智能制造與機器人焊接技術(shù)的集成與應(yīng)用

周振宏

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

焊接機器人面世之初，由于人工智能技術(shù)尚未完全成熟，機器人焊接參數(shù)與焊接路徑都需結(jié)合實際作業(yè)需求來展開預(yù)先設(shè)計，而且在工作時也展現(xiàn)出明顯弊端。而隨著我國人工智能技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的日益發(fā)展，機器人焊接技術(shù)由單一式再現(xiàn)功能轉(zhuǎn)化為智能化傳感系統(tǒng)，因此具備了一定的柔性特征。通過科學地開展智能焊接系統(tǒng)設(shè)計，可以有效解決焊接機器人的各種技術(shù)難題，為機器人焊接技術(shù)發(fā)展提供重要助力?；诖?，本文深度分析智能制造對機器人焊接技術(shù)重要支撐，并且提出實際應(yīng)用策略，供廣大相關(guān)從業(yè)人員參考。

1 焊接機器人發(fā)展方向分析

首先，機器人焊接技術(shù)對運動軌跡與運動姿態(tài)具有一定的精度要求，因此更為巧妙地六軸焊接機器人與七軸焊接機器人與市場發(fā)展更為吻合，是焊接機器人的未來發(fā)展方向與發(fā)展趨勢。機器人整體結(jié)構(gòu)正在朝向模塊化發(fā)展、智能化發(fā)展、可重構(gòu)方向發(fā)展，滿足制造工作柔性工藝以及各項技術(shù)發(fā)展需求。其次，焊接過程會受到各種環(huán)境因素的限制與影響，而工件結(jié)構(gòu)以及制造工藝也會受到內(nèi)部不穩(wěn)定因素以及外界環(huán)境的影響與干擾[1]。傳統(tǒng)焊接機器人所采用的代入式焊接模式，更類似于盲人式焊接技術(shù)，雖然具備良好的穩(wěn)定性特征，但是靈活性嚴重不足，與智能制造理念缺乏契合程度，甚至一度與人工智能基礎(chǔ)發(fā)展渠道背道而馳。而新時代背景下，焊接機器人不僅需要具備視覺傳感功能。還需具備多角度、全方位的感知能力，并且將各種感官融入到系統(tǒng)當中，這樣才可以有效確保機械機器人智能化發(fā)展、自動化發(fā)展。在整個焊接工作環(huán)節(jié)，精準把控掌握自身定位，確保運動軌跡與運動姿態(tài)符合高精度工藝標準要求。最后，隨著國內(nèi)各個制造企業(yè)數(shù)字化發(fā)展、智能化發(fā)展、信息化發(fā)展深度融合，焊接機器人可以合理納入到智能設(shè)備管理系統(tǒng)當中。不僅如此，在人工智能技術(shù)日益發(fā)展的背景下，還可以對機械人展開群體控制，使焊接機器人通過感知完成操作步驟學習，這也是焊接機器人的未來發(fā)展方向之一[2]。

2 智能制造對機器人焊接技術(shù)的重要支撐

結(jié)合目前形勢分析，國內(nèi)現(xiàn)階段開展的智能制造研究工作是建立在人工智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。通常而言，人工智能設(shè)備應(yīng)當具備獨立的智力集成與知識集成，在開展制造工作時，合理運用各種知識解決實際問題，以此提升人工智能設(shè)備的計算能力與制造能力。與此同時，在智能制造環(huán)節(jié)，主要由智能制造系統(tǒng)以及智能制造技術(shù)兩大技術(shù)體系構(gòu)成，在系統(tǒng)當中，焊接機器人需要一個長期的發(fā)展過程，并且對知識庫當中的內(nèi)容加以完善。同時確保人工智能設(shè)備具有一定的自主學習能力，可以對周圍數(shù)據(jù)展開細致分析與精準采集，確保焊接機器人行為與規(guī)劃范圍高度吻合。需要注意的是，在智能制造環(huán)節(jié)，機器人焊接體系著重體現(xiàn)在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展、工作效率提升、生命周期管理工作等方面，在系統(tǒng)運營環(huán)節(jié)需要配備完善的技術(shù)支持與生產(chǎn)制造體系，確保整體制造質(zhì)量與制造效率[3]。

3 焊接機器人的集成

隨著現(xiàn)代化科學技術(shù)的日益發(fā)展，焊接機器人也迎來了廣闊的空間與發(fā)展前景。在人工智能技術(shù)日益成熟的背景下，市場上也出現(xiàn)了各式各樣的焊接機器人類型，國內(nèi)焊接機器人主要以電焊、激光焊兩種焊接機器人為主。首先在焊接環(huán)節(jié)對焊接機器人的靈敏度與感應(yīng)能力有著極高要求，因此在開展機器人設(shè)計環(huán)節(jié)，需要確保選用輕量化運作方式，并且保證機器人類型符合未來發(fā)展趨勢。需要在機器人研發(fā)環(huán)節(jié)開展模式化方式與科重構(gòu)方式完成研發(fā)[4]。其次，在開展焊接工作時，焊接機器人容易受到內(nèi)部不穩(wěn)定因素以及外界環(huán)境的影響，因此在機器人開展焊接工作時，需要合理控制機器人工作軌跡與工作形態(tài)變形這一問題。最后，隨著國內(nèi)科技的日益發(fā)展，信息技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)也逐漸完成了普及，在改變大眾日常生活日常工作的同時，也產(chǎn)生大量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息，因此焊接機器人需要具備信息采集功能，這樣可以促進焊接機器人成為人工智能產(chǎn)物，因此就需要在系統(tǒng)當中安裝通信技術(shù)配合專業(yè)的電子傳感器，充分發(fā)揮焊接機器人優(yōu)勢，保證整個焊接工作不出紕漏，同時可以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展需求以及市場發(fā)展需求[5]。

4 智能制造在機器人焊接技術(shù)當中的合理應(yīng)用

在焊接機器人發(fā)展環(huán)節(jié)與人工智能技術(shù)有機融合，就形成了穩(wěn)定的控制論。主要體現(xiàn)在傳感器技術(shù)應(yīng)用以及現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)。因此，人工智能機器人在焊接工作當中科學應(yīng)用，可以滿足焊接工作多元化需求，在不同類型、不同層次、不同位置上展開焊接工作，有效解決各種空間復雜性焊接問題、解決各種高難度焊接工作難題，通過復雜反轉(zhuǎn)的技術(shù)過程可以實現(xiàn)多層次焊接，提升整體焊接質(zhì)量，同時可以有效避免各種操作失誤與違規(guī)操作所帶來的技術(shù)問題與人為影響。

4.1 構(gòu)建穩(wěn)定的控制系統(tǒng)

在焊接機器人的控制系統(tǒng)當中，主要由人機界面系統(tǒng)機器人移動外軸系統(tǒng)PLC系統(tǒng)工具，定位軸系統(tǒng)等核心構(gòu)件組成。因此對于電路控制工作而言，在實際應(yīng)用環(huán)境主要應(yīng)用于工業(yè)通信領(lǐng)域當中，在運行環(huán)節(jié)需要借助各種可靠的系統(tǒng)類型，確保主控制器可以處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。其中Prc系統(tǒng)裝置可以對機器人移動展開科學控制。而在人機界面，主要為在開展產(chǎn)品選擇時，將眾多參數(shù)以及數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街鳈C系統(tǒng)當中。最后，整個系統(tǒng)將控制系統(tǒng)作為核心，在未來技術(shù)研發(fā)以及技術(shù)升級環(huán)節(jié)，就需要對控制系統(tǒng)展開有效提升，進而確保機器人焊接技術(shù)可以實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展[6]。

4.2 提升復雜曲面焊接效率

針對復雜曲面開展焊接工作是指焊接機器人在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)運用離線編程技術(shù)以及冷狐焊接技術(shù)應(yīng)對復雜曲面的焊接工作，并且將兩種技術(shù)合二為一。在沖擊式工作模式下，對這種制造技術(shù)展開必要的創(chuàng)新，結(jié)合國內(nèi)設(shè)備研究工作分析，在設(shè)備使用環(huán)節(jié)，往往可以借助自動焊接水斗等技術(shù)來提焊接水平，確保整體焊接質(zhì)量與焊接效率?？梢栽诖竺娣e加工制造環(huán)節(jié)有效降低人力資源成本投入。而在數(shù)控技術(shù)加工應(yīng)用環(huán)節(jié)，可以有效對整塊不銹鋼材料實現(xiàn)智能加工，使焊接機器人開著智能化推焊水抖處理，確保整個數(shù)控加工環(huán)節(jié)精準無誤，并且可以適當開展拋光處理以及鏟模處理[7]。

4.3 提升異形曲面定量堆焊效率

在現(xiàn)階段的研究工作當中針對異形曲面兒開展的堆焊技術(shù)，是整個焊接機器人技術(shù)的應(yīng)用難題。因此相關(guān)人員應(yīng)當積極引入智能制造技術(shù)，提升相關(guān)產(chǎn)品性能，并且有效降低技術(shù)成本投入。這也是在開展部分水電產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)所生成的特殊要求，因此需要在加工環(huán)節(jié)確保表面具備一定的耐腐蝕功能與耐磨功能，在普通材料加工環(huán)節(jié)，盡可能選用較厚板材的材料，同時在指定區(qū)域內(nèi)展開大幅度曲面焊接工作。一旦遇到異性曲面都需要開展堆焊處理，這也是針對異性曲面開展焊接工作的特殊性質(zhì)，可以合理應(yīng)對異性曲面焊接工作，可以顯著發(fā)揮焊接機器人技術(shù)智能化發(fā)展優(yōu)勢。結(jié)合目前市場情況分析，通過提升異形曲面定量對焊效率，可以起到良好的產(chǎn)品效果，因此為保證焊接機器人智能化發(fā)展，需要積極引入智能制造技術(shù)，加強焊接處理工作效率。

5 機器人焊接技術(shù)制造領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

首先，在工程機械行業(yè)當中，隨著智能化技術(shù)的日益發(fā)展，機器人焊接技術(shù)在工程機械領(lǐng)域當中的應(yīng)用頻率與應(yīng)用空間明顯提升。在挖掘機制造、起重機制造、裝載機制造環(huán)節(jié)都應(yīng)用了大量的機器人焊接技術(shù)，而且憑借機器人焊接效率較高、焊接質(zhì)量較好等優(yōu)勢，在工程機械領(lǐng)域當中的應(yīng)用比例明顯提升。機器人焊接技術(shù)的作用與優(yōu)勢也日漸凸顯出來。其次，在汽車制造環(huán)節(jié)，也會應(yīng)用各式各樣的智能化機器人，而機器人焊接技術(shù)就在其中占據(jù)較大比例，結(jié)合目前形勢分析，由于機器人機械技術(shù)的大量應(yīng)用，使得汽車制造行業(yè)逐漸實現(xiàn)了自動化發(fā)展、智能化發(fā)展。具體而言，機器人焊接技術(shù)主要在汽車底盤制造、汽車座椅制造、汽車車身制造以及汽車零部件制造環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，使得汽車制造行業(yè)也逐漸從密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)型產(chǎn)業(yè)發(fā)展。最后，雖然在船舶制造領(lǐng)域當中，我國機器人焊接技術(shù)應(yīng)用時間較短，但還是在船舶制造工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮特定作用，使得產(chǎn)業(yè)鏈更加完善。在船舶制造行業(yè)當中，機器人焊接技術(shù)擁有超強的技術(shù)覆蓋范圍，且工藝相對復雜，因此在船舶制造工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用機器人還需相關(guān)人員在應(yīng)用環(huán)節(jié)展開反復實踐，為焊接技術(shù)發(fā)展與船舶制造行業(yè)發(fā)展提供助力，科學開展技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)優(yōu)化，保證機器人制造技術(shù)可以在船舶制造領(lǐng)域擁有更加亮眼的表現(xiàn)。

6 智能化機器人焊接技術(shù)類型

6.1 自動規(guī)劃技術(shù)

機器人焊接技術(shù)是計算機技術(shù)智能化發(fā)展的重要體現(xiàn)，傳統(tǒng)焊接技術(shù)難以滿足社會發(fā)展的實際需求，相較于傳統(tǒng)機器人焊接技術(shù)，智能化焊接機器人技術(shù)擁有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。例如：在智能機器人焊接環(huán)節(jié)，機器人關(guān)節(jié)更為靈活，可以顯著提升焊接的靈活度與柔韌性。在視覺信息當中，機器人焊接技術(shù)可以完成焊縫信息獲取以及視覺傳感獲取配備高效傳感器。與此同時，焊接編程技術(shù)也是我國智能化機器人自主研發(fā)的技術(shù)類型，可以結(jié)合具體的焊接工作展開全面修正，在焊接系統(tǒng)當中展開技術(shù)操作，具備完整的系統(tǒng)證明方法操控智能弧焊機器人。

6.2 柔韌焊接技術(shù)

智能化技術(shù)的引入，使機器人焊接技術(shù)的柔韌性明顯提升，可以顯著提升整個機器人設(shè)施的協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定性。在提升環(huán)節(jié)可以使各個部分代理工作更加協(xié)調(diào)，提升焊接工作柔韌，以一種自然而然的方式來提升機器人焊接技術(shù)應(yīng)用空間與應(yīng)用效率，確保智能化機器人適用于各種工作環(huán)境與應(yīng)用領(lǐng)域。柔韌制造技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域，并且取得良好成效，為汽車制造行業(yè)發(fā)展帶來了重要助力。在智能化機器人應(yīng)用方面，機器人可以通過實時監(jiān)控來完成各種復雜工作，有效減少人力資源的使用頻率，在保證工作效率的同時，也保證了焊接質(zhì)量，為企業(yè)在人力配置方面提供重要支持節(jié)省人力資源投入，確保企業(yè)經(jīng)濟效益最大化。

6.3 焊縫跟蹤技術(shù)

在機器人焊接技術(shù)智能化發(fā)展環(huán)節(jié)，經(jīng)常會受到各種惡劣天氣以及惡劣生產(chǎn)環(huán)境的影響，例如高溫天氣或者加工誤差，就會導致實際焊接期限明顯延長、焊接質(zhì)量與焊接效率也會受此影響。焊接技術(shù)需要結(jié)合焊接環(huán)境的轉(zhuǎn)變而發(fā)轉(zhuǎn)變，減少焊接誤差。若智能化機器人無法接收到環(huán)境信息的影響，則無法有效緩解環(huán)境對焊接工作所帶來的限制與影響。因此，為保證焊縫誤差可以達到可控范圍，需要對焊接參數(shù)與焊接路徑展開科學調(diào)整，以此提升焊接質(zhì)量焊縫跟蹤技術(shù)。主要配合智能化管控理論與傳感器技術(shù)，傳感器技術(shù)又以光合傳感器、電弧傳感器兩大類型為主，其中電荷傳感器可以直接作用于焊縫位置，具有應(yīng)用成本較低、成效較好的優(yōu)勢，符合技術(shù)性發(fā)展原則，并且可以應(yīng)用于各種場合；而電弧傳感器的應(yīng)用原則則是利用距離變化來展開參數(shù)調(diào)整從而減少焊接誤差。

6.4 焊縫跟蹤技術(shù)與導線技術(shù)

在智能化機器人開展焊接工作時，對機器人運動軌跡展開科學設(shè)定，是整個焊接工作順利開展的重要保證。為此，通過焊縫跟蹤技術(shù)與導線技術(shù)可以顯著提升智能機器人的適應(yīng)能力。簡而言之，就是通過輸入口令來幫助傳感器收集信息，使機器人設(shè)備結(jié)合工作環(huán)境做出修正行為，在預(yù)設(shè)位置展開焊縫連接，顯著提升智能機器人焊接效率，導線技術(shù)對于智能化機器人發(fā)展具有重要的引領(lǐng)作用，可以分析焊線大小以及焊接結(jié)構(gòu)，針對在焊接環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各種問題，機器人也可以結(jié)合具體情況來展開科學調(diào)整，使整個焊接工作更加規(guī)范、更加精準，而這也是未來機器人重要的發(fā)展方向。為保證智能化機器人可以適用于各種工作程序與工作環(huán)境，相關(guān)人員應(yīng)當積極引進焊縫跟蹤技術(shù)與導線技術(shù)，提升整體機器人焊接水平。

7 結(jié)語

總而言之，機器人焊接技術(shù)與智能制造理念高度契合，二者之間具有諸多互通之處。相關(guān)人員可以通過構(gòu)建穩(wěn)定的控制系統(tǒng)、提升復雜曲面焊接效率、提升異形曲面定量堆焊效率等方式來開展機器人焊接技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)揮智能制造系統(tǒng)功能。在為焊接機器人智能化發(fā)展提供助力的同時，也為實現(xiàn)智能制造奠定堅實而穩(wěn)固的基礎(chǔ)。