智能制造與機器人焊接技術(shù)的集成與應(yīng)用

任萱

摘? ?要：焊接機器人技術(shù)缺少“柔性”，需要根據(jù)實際數(shù)據(jù)以及實際作業(yè)的要求來提前設(shè)置焊接需要進行的路徑和焊接中重要的參數(shù)，這往往在焊接工作中留下比較明顯的缺點。像常見的點焊、弧焊等這些常見的機械示教式流程，主要為通過穩(wěn)定的編程程序，使焊接電源需要的參數(shù)以及焊接機器人所用的焊槍中心點位的位姿行走、軌跡達到一個穩(wěn)定可控的狀態(tài)。在近年來人工智能技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，現(xiàn)在的單一示教再現(xiàn)型焊接機器人正在像智能化、多傳感的智能化柔性加工單元體系為發(fā)展方向?，F(xiàn)在主要講解焊接機器人通過智能化焊接工作平臺的系統(tǒng)實際應(yīng)用和關(guān)鍵組成部分。通過設(shè)計較為先進的智能焊接系統(tǒng)，解決在柔性生產(chǎn)當(dāng)中機器人的問題以及控制系統(tǒng)與其他組成系統(tǒng)諸如通信、快速裝夾工件和焊縫跟蹤等技術(shù)上的難題。

關(guān)鍵詞：智能化? 機器人集成? 焊接工作平臺

中圖分類號：F426.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0084-02

在焊接機器人的前景當(dāng)中，出現(xiàn)了之前從未出現(xiàn)的機遇，就是在技術(shù)不斷發(fā)展的同時，焊接機器人的售價卻是在下降，性價比的提升成為了顯而易見的事情;除此之外，現(xiàn)在階段的勞動力成本處于一個不斷上升的狀態(tài)，我國邁出了由工業(yè)制造大國向工業(yè)制造強國的腳步。在這個過程當(dāng)中，需要提升我國的產(chǎn)品質(zhì)量、讓產(chǎn)業(yè)的加工手段得到提高，以此來增加我國企業(yè)的國際競爭力，這些現(xiàn)象都可表明在焊接機器人產(chǎn)業(yè)還有很大的發(fā)展前景以及發(fā)展空間。

現(xiàn)在的高新型應(yīng)用技術(shù)包含機械設(shè)計、焊接工藝、識別以及傳感技術(shù)、信息采集、自動控制和處理多種學(xué)科形成的新型應(yīng)用技術(shù)，其主要目的是解決焊接工藝作為主體的自動化設(shè)備能否在滿足工業(yè)制造中的焊接需求，在檢測和控制質(zhì)量時以自動化、智能化和信息化作為評定的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

1? 焊接機器人的發(fā)展方向以及分類

在現(xiàn)階段，焊接機器人的基礎(chǔ)應(yīng)用模塊以及趨于成熟，類型豐富多樣，主要包括電焊機器人、摩擦焊接機器人、弧焊機器人和激光焊接機器人在內(nèi)的多種類型。

而焊接機器人的發(fā)展方向大致如下。

1.1 焊接機器人的本體結(jié)構(gòu)

機器人的本體結(jié)構(gòu)是一個精細的工作流程，對于定位的精準(zhǔn)要求以及動作的靈活度要求都非常高，正因如此，使得機器人成為關(guān)鍵時刻執(zhí)行機構(gòu)的重要發(fā)展方向是輕便巧妙，而模塊化和可重構(gòu)的也同樣成為了本體結(jié)構(gòu)將來的發(fā)展方向。

1.2 智能傳感技術(shù)

環(huán)境可以對焊接過程造成較大的影響，工作本身也會因為這個因素而發(fā)生變形，為了改變被稱為“盲人式”焊接的一代示教焊接編程，需要我們對焊接未來的發(fā)展方向注入更有效更多彩的感覺，除了視覺傳感器之外，還可以額外的添加聲覺、觸覺、力覺等其他多方面的傳感設(shè)備，增加其對于周遭環(huán)境的感知能力，當(dāng)這些設(shè)備在機器人系統(tǒng)中運行時，可以 確保機器人焊接的過程可以實現(xiàn)自動把控和精準(zhǔn)定位。

1.3 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

機器人焊接從原來孤立的一方面在企業(yè)自動化和信息化的浪潮當(dāng)中迅速融入，被添加到數(shù)字化工廠的名錄當(dāng)中。不但如此，今后還會增加機器人多智能化群體體系的構(gòu)建、相互磋商機理以及通信以及學(xué)習(xí)方法和感知、模型構(gòu)建與規(guī)劃、控制群體行為以及其他相關(guān)方面的研究。

1.4 VR技術(shù)

VR就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將仿真、預(yù)演和發(fā)展添加到機器人應(yīng)用的控制過程中，讓操作者可以通過遠程操縱來完成對機器人的操縱，依賴多元傳感器、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和臨場技術(shù)來完成機器人的虛擬操縱，實現(xiàn)人機交互的過程。

2? 典型機器人焊接系統(tǒng)

機器人、工裝夾具和焊接裝備等內(nèi)容構(gòu)成了機器人焊接的基本系統(tǒng)，在技術(shù)角度來分析，焊接體系主要分為“焊接+機器人”“焊接工作站+機器人”“焊接生產(chǎn)線+機器人”三個體系。

3? 智能焊接技術(shù)的集成應(yīng)用

3.1 智能焊接站系統(tǒng)的主要應(yīng)用

智能焊接站的主要構(gòu)成組件是機器人系統(tǒng)、焊接電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、焊槍防撞傳感器、機器人移動軌道、安全系統(tǒng)、清槍站、變位機和工裝夾具以及排煙除塵系統(tǒng)。在焊接工作站中采用兩工位這種設(shè)計和液壓/氣動焊接夾具的多是弧焊機器人，這種工作方式可以實現(xiàn)操作者與機器人焊接交替工作，可以在最大程度上減少焊接機器人的待機時間，最大化提高生產(chǎn)效率。在一周內(nèi)，傳統(tǒng)系統(tǒng)可以處理400個工件，而智能焊接系統(tǒng)則可以處理600個工件，極大地提高了工作的效率。如圖1所示。

對于其中具體的構(gòu)建如下所述：

（1）機器人系統(tǒng)：這種專用的1660ID弧焊機器人多采用ABB，除此之外還配備有TBI的水冷焊槍，這種焊槍上往往自帶傳感器來檢測發(fā)生的碰撞情況，可以在更大程度上保護移動或焊接過程中的焊槍。

（2）焊接電源系統(tǒng)：這種智能站點所采用的電源系統(tǒng)為美國林肯的全數(shù)字化焊機R500，這套焊接技術(shù)具有比較完善的焊接工藝，可以滿足客戶在工件不同時的不同的焊接需求。

（3）控制系統(tǒng)：德國西門子旗下的PLC是控制系統(tǒng)的主要元件，這套系統(tǒng)可以構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，將各個電子元件連接在一起，保證整個系統(tǒng)可以有效穩(wěn)定的運行，實現(xiàn)自動化的進程，并且可以對相關(guān)的生產(chǎn)參數(shù)進行監(jiān)測。

（4）變位機與夾具：作為系統(tǒng)中的主要執(zhí)行中樞機構(gòu)，需要有工裝夾具安裝在變位機上，可以快速定位到工作元件當(dāng)中，其中有通過電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸作為變位機身，以此來達到精確控制旋轉(zhuǎn)角度的任務(wù)。