焊接機器人技術研究與應用現(xiàn)狀

陳德喜

摘 要：目前，焊接技術已經(jīng)成為廣泛使用的連接方式之一，主要應用在宇宙航天領域、電子制造領域、機械制造領域以及船舶制造領域等。然而，焊接的現(xiàn)場環(huán)境確十分的惡劣，在焊接時焊槍所產(chǎn)生的有害氣體和焊接時焊槍所產(chǎn)生的刺眼弧光，非常的容易使焊工們的生命安全受到威脅。因此，工廠為了減少在焊接時對工作人員的生命安全構成威脅和改善焊接現(xiàn)場的環(huán)境。工廠開始在焊接生產(chǎn)的時候廣泛的使用焊接機器人技術。隨著電子制造技術和計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，機器人焊接技術在制造行業(yè)發(fā)展迅速。同時，對焊接機器人的所用材料、制造結構和高效率的焊接需求受到了人們的關注。實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的焊接是當前焊接機器人的意義所在，也是焊接機器人研究領域的重要問題。

關鍵詞：機器人焊接;焊接的技術;焊接的安全;智能化

進入21世紀以后，伴隨著我國的經(jīng)濟的飛速的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷的提高，但是我國的人口老齡化現(xiàn)象卻是十分嚴重。根據(jù)焊接環(huán)境的惡劣以及焊接工人逐年減少的趨勢，我國的經(jīng)濟發(fā)展迅速，從而使焊接產(chǎn)量在逐年的增加，這就說明了焊接的工作量在逐漸的加大。為了解決這樣的問題，焊接機器人開始在工廠中逐漸出現(xiàn)。但是焊接機器人和焊工相比較，焊接機器人的工作方式比較的單一，而焊工可以憑借著自己的經(jīng)驗，對焊件進行預想的加工和改造，從而達到預期效果。但是相比于焊工，焊接機器人不僅可以大大的提高工作效率，還可改善焊接技術人員的工作環(huán)境。焊接機器人目前在我國有著非常重要的地位，對我國的經(jīng)濟轉型發(fā)揮著非常重要的作用。

一、焊接機器人技術研究

（一）焊縫的自動識別與跟蹤技術

對焊接機器人視覺自動識別焊接位置以及焊縫跟蹤技術上的研究，是提高焊接質(zhì)量的關鍵技術之一[1]。焊接機器人在焊接的過程中，由于對加工和裝配上的誤差，焊接時產(chǎn)生的強弧光輻射、飛濺和產(chǎn)品在焊接過程中所產(chǎn)生的溫度分配不均勻，使焊炬和焊縫產(chǎn)生了偏離，導致焊接的質(zhì)量有所降低。焊縫的跟蹤技術本質(zhì)就是對焊接條件的變化而實時進行焊縫查驗，并識別跟蹤焊縫與焊縫進行精準的定位。通過傳感器達到控制電壓和電流的目的，來實現(xiàn)焊槍對焊縫位置焊接的工作。隨著現(xiàn)在網(wǎng)絡的發(fā)展和數(shù)學領域在焊接技術上的應用，焊接跟蹤技術已經(jīng)進入了智能化的時代。

（二）遠程遙控焊接、離線編程、路徑規(guī)劃技術

隨著經(jīng)濟與科技的雙重發(fā)展，焊接技術的工作范圍正在向深海、太空、高溫、極寒等領域快速的發(fā)展。在保證焊接質(zhì)量的前提上，最大程度提高了人們活動的舒適性，降低在焊接工作中的危險性。當前，焊接領域的發(fā)展，嚴控焊接技術的成形，在一定程度上有效地解決了焊接在遠程作業(yè)上的局限性[2]?，F(xiàn)在遙控焊接技術都是人機交互，也就是焊接工作者操作焊接機器人遠程地完成焊接任務。由于在技術方面的研究有所不足，目前全自動遙控機器人的研究團隊幾乎沒有出現(xiàn)。但是在遙控自動化焊接方面不斷提高，遙控焊接自動化的發(fā)展方向是全自動化遙控焊接。例如20世紀70年代加拿大的一家核電站發(fā)生了嚴重的核電泄露事故，在這場事故中就成功的使用了遙控焊接技術對核泄漏的位置進行了遠程的操作。在各方面技術的支持下，遙控焊接技術越來越優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定，焊接技術領域也在不斷的壯大[3]。

機器人離線編程技術可以是機器人編程語言的拓展采用圖形和相關的算法，建立起機器人與工作環(huán)境之間的模型。焊接機器人在焊接時，根據(jù)焊接的任務、焊接的參數(shù)進行軌跡的規(guī)劃，完成相應的焊接任務，由此而產(chǎn)生焊接機器人技術。這種編程技術的效率和智能化程度高，正向著全自動化編程反向發(fā)展。

（三）專用弧焊電源技術

焊接技術包括點焊和弧焊兩種，焊接技術的核心主要是推行機構和電源，電氣綜合性能優(yōu)秀的專用弧焊電源對焊接機器人十分重要。計算機電子技術以及控制技術的飛速發(fā)展，為機器人的專用弧焊電源的研究開辟處出了一條新的道路。借助反饋控制系統(tǒng)進行精密的控制，包括對電的控制、弧焊電流的控制等，可以使機器人在焊接過程中達到高質(zhì)量的焊接效果。

二、焊接機器人的應用現(xiàn)狀

目前，焊接機器人在焊接領域上得到了廣泛的應用，使得在焊接質(zhì)量和效率上得到了很大的提升。但焊接機器人在焊接的應用過程中仍然存在一些問題，主要有以下幾個方面。

（一）焊接機器人的零件價格十分昂貴

由于我國對機器人的零部件批量生產(chǎn)的技術水平有限，焊接機器人的零件大部分都是依賴進口，這就導致了機器人零件的價格十分昂貴。一旦機器人的零件損壞，僅更換的費用就可能是十幾萬，而且供貨的時間相對長一些，這就嚴重影響了工廠的生產(chǎn)進度。像損壞率極高的槍纜、焊槍等價位不低，導致廠家買得起而用不起，嚴重阻礙了中國智能制造的發(fā)展[4]。

（二）復雜焊件焊接編程問題

機器人的焊接編程主要包括展示教學編程和焊接藝術編程兩部分。對于相對復雜焊件的焊接，焊縫相對較多。相對于這種情況，就需要在示教編程上來消耗大量的時間。但是對于多數(shù)的焊接需要編寫和調(diào)試多個參數(shù)點，需要消耗大量的人力物力。大量的時間浪費在了編寫和調(diào)試上，從而也就降低了企業(yè)的競爭力。焊接機器人與焊件的相對位置發(fā)生了變化后會產(chǎn)生重新示教的問題。焊接機器人的焊接編程主要通過示教控制器來控制行走路徑，當焊槍達到指定的焊接點時，對于焊槍的停留時間、送絲、送氣、收絲、收氣、引弧、息弧等，一旦焊接工件與機器人位置發(fā)生變化，程序就會重新示教，這樣會浪費很多的工作時間[5]。

（三）對于相同焊縫的焊接，焊接機器人與和焊工的操作過程是完全不一樣的

焊工在對焊縫的操作過程中可以感受到焊接時電弧的沖擊力，以及焊接熔池的流動情況。焊工通過這些情況來判斷出焊件是否處于自己的理想狀態(tài)。焊工憑借著自己多年的焊接經(jīng)驗可以自由的來調(diào)節(jié)焊接的參數(shù)，使焊件達到自己的預想狀態(tài)[6]。而對于焊接機器人而言，焊接的參數(shù)必須是提前設定好的。焊接機器人不會因為外界的環(huán)境變化而對提前設定好的參數(shù)作出相應的改變。焊接機器人是一個自動化的程序，它的焊接參數(shù)和焊工的經(jīng)驗是不一樣的。所以，系統(tǒng)的對焊接機器人的各個參數(shù)的研究是十分的有必要的，對于實現(xiàn)機器人代替焊工的焊接有著重要的意義。

三、焊接機器人技術未來發(fā)展趨勢分析

（一）機器人控制技術

隨著科學信息技術的飛速發(fā)展，先進的技術手段為各行各業(yè)也帶來了很多便捷，其中焊接技術被大量地應用在機器人制造中，現(xiàn)如今，也獲得了令人稱贊的成績和效果，可以說該技術未來發(fā)展具有很廣闊的前景。而機器人控制技術又分為以下幾種，比如，視覺控制技術、模糊控制技術或者是神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術，每一種技術都發(fā)揮著不同的作用?！耙曈X控制技術”主要是指通過視覺傳感器，對機器人焊接的地方展開深層次處理，隨后再將所收集到的圖像、信號及時錄入計算機系統(tǒng)，進一步為工作人員帶來有力數(shù)據(jù)支持，最后，經(jīng)過對數(shù)據(jù)信息的分析與處理準確焊接機器人的位置。而“神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術”實質(zhì)上是模擬人類思維的一種方式，因為焊接機器人的過程中，往往會遇到一些難以控制的問題，而通過神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術，能夠快速處理好焊接過程中所遇到的問題，進而將神經(jīng)網(wǎng)絡的控制系統(tǒng)靈活地運用在焊接機器人中，最終獲得最令人滿意的焊接效果。

（二）虛擬現(xiàn)實、多傳感器信息融合技術

所謂“虛擬現(xiàn)實技術”主要是指利用計算機編程手段，將相應的數(shù)據(jù)資料進一步生成一種模擬現(xiàn)實的環(huán)境，進而為焊接機器人工作帶來科學數(shù)據(jù)支持。當然，運用此技術也可以為相關使用者帶來更加真實的環(huán)境體驗感受，在最大限度上提高焊接產(chǎn)品的質(zhì)量和使用效率。同時，工作人員還應在計算機設備上完成相應的機器人焊接工作，以便于提高整體焊接工作的實效性。而“多傳感器信息融合技術”也是焊接機器人中常用的一種技術手段，它能夠在最大限度上滿足企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需求，也可以將焊接機器人技術全面地推廣與發(fā)展出去。除此之外，現(xiàn)代化焊接機器人裝備中往往會裝有一定的超聲波傳感器，以便于確保焊接機器人的安全性和穩(wěn)定性，使其能夠第一時間接收到信息，且確保數(shù)據(jù)信息內(nèi)容的準確性?？梢?，焊接機器人技術未來發(fā)展趨勢之廣闊，需要相關科研人員予以重視并深入研究，也只有這樣，才能真正意義上實現(xiàn)機器人智能化焊接作業(yè)的目的。

四、結語

焊接機器人的應用將會越來越普遍，但是在目前的應用場景來看，焊接機器人還存在著一些問題。隨著科技的進步，時代的發(fā)展，這些問題都會得到有效的解決。焊接機器人在未來制造行業(yè)中的地位會非常重要。焊接機器人在生產(chǎn)制造領域發(fā)揮了相當重要的作用，大大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品生產(chǎn)的效率。有關團隊對焊接機器人的研究、應用很大程度上推動了工業(yè)制造業(yè)技術的前進步伐。最近幾年，焊接機器人的焊接技術的研究與應用取得了突破。例如模糊控制技術、智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡視覺化、視覺控制技術等給焊接機器人的編程系統(tǒng)帶來了新的發(fā)展。如何將最新的科研成果應用到焊接機器人上，將是未來焊接技術的主要方向。

參考文獻：

[1]費存華.焊接機器人技術研究與應用現(xiàn)狀探討[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2018，258（05）：65+67.

[2]靳全勝，李杰.焊接機器人技術研究與應用現(xiàn)狀[J].輕工科技，2018，34，231（02）：39-40+62.

[3]謝小寶，林健力.焊接機器人應用現(xiàn)狀與研究發(fā)展趨勢[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2018，228（06）：90-92.

[4]閆河江.焊接機器人的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].華東科技（綜合），2018（9）：3.

[5]麻鵬.焊接機器人在焊接技術應用中的關鍵技術研究[J].中國科技投資，2019，000（011）：214.

[6]徐秀環(huán).關于焊接機器人的技術現(xiàn)狀及未來發(fā)展探討[J].中國高新區(qū)，2018，000（014）：24.