焊接機(jī)器人的發(fā)展及相關(guān)技術(shù)分析

劉登華

（深圳安納赫科技有限公司，廣東深圳 518000）

1 應(yīng)用焊接機(jī)器人的重要意義

焊接機(jī)器人是隨著工業(yè)水平而發(fā)明出來的，它在焊接產(chǎn)品中的運(yùn)用有著重大的意義：①極大地提升了焊接產(chǎn)品的品質(zhì)，因?yàn)楹附赢a(chǎn)品的焊接壓力、電流、焊接轉(zhuǎn)速等參數(shù)和人工操作因素對(duì)焊接產(chǎn)品的品質(zhì)起著決定性的影響，因此焊接機(jī)器人的使用更高效地的減少了人為因素對(duì)焊接品質(zhì)所產(chǎn)生的影響，并可以更好地調(diào)節(jié)焊接的壓力、電流、轉(zhuǎn)速等，使之保持統(tǒng)一性，進(jìn)而提升焊接的品質(zhì)。②極大提高了效率，因?yàn)闄C(jī)器人焊接的反應(yīng)速度比人工焊接更快，且它還能夠在24h 內(nèi)不停地連續(xù)性進(jìn)行，從而極大地提高了生產(chǎn)焊接產(chǎn)品的效率。③改變了工人勞動(dòng)條件，因?yàn)槿斯ず附訒r(shí)必須面臨著嚴(yán)酷的焊接環(huán)境，會(huì)對(duì)焊接工作者的身體健康產(chǎn)生危害，而焊接機(jī)器人的應(yīng)用可以使得工作人員不需要再進(jìn)行對(duì)工件的搬運(yùn)，從而改善了工作人員的勞動(dòng)環(huán)境，且可以減少了高強(qiáng)度體力勞動(dòng)。另外焊接機(jī)器人的使用也合理地減少了工業(yè)生產(chǎn)的制造周期，從而促使制造業(yè)產(chǎn)品進(jìn)一步更新?lián)Q代。

2 焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 焊接機(jī)器人在生產(chǎn)線上的發(fā)展現(xiàn)狀

對(duì)于車輛制造焊接工業(yè)來說，在車輛焊接加工制造的流程中，一般凈化器的最前端主要用來連接發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器和車輛排氣裝置。在汽車設(shè)備的加工制造流程中，汽車焊接生產(chǎn)線大致包括了以下關(guān)鍵焊接過程，主要涉及半殼體的焊接、進(jìn)氣法蘭的焊接、焊接裝配、焊接泄漏測(cè)試、裝配尺寸測(cè)試，以及補(bǔ)焊處理。可以看出，在實(shí)際焊接流程中，生產(chǎn)線上的焊接與質(zhì)量檢驗(yàn)工作過程往往是同步進(jìn)行的。在這個(gè)工作中，兩邊的焊接工作主要由機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)，而隨后的質(zhì)檢與包裝等工作則必須由相關(guān)檢驗(yàn)部門工作人員進(jìn)行。

2.2 焊接機(jī)器人目前的缺陷

在焊接產(chǎn)品的加工過程中，通過凈化器前端的檢測(cè)過程，發(fā)現(xiàn)也有不少問題。例如會(huì)有部分作業(yè)人員，崗位分布出現(xiàn)困難，不能有效應(yīng)用檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)行效率。由于焊接機(jī)器人制造的產(chǎn)品不能進(jìn)行檢測(cè)與封裝，大量成品不能進(jìn)行封裝，會(huì)對(duì)整體企業(yè)的制造質(zhì)量造成影響。另外，在制造流程中，由于制造節(jié)拍不對(duì)應(yīng)，將直接造成焊接機(jī)器人暫停運(yùn)行，直接影響整個(gè)產(chǎn)品的正常安全運(yùn)行。另外，由于焊接機(jī)器人采用的檢測(cè)技術(shù)參數(shù)產(chǎn)生偏差，檢測(cè)作業(yè)效率很低。

3 焊接機(jī)器人的應(yīng)用分析

通過對(duì)焊接機(jī)器人工作流程的分析可以看出，生產(chǎn)線控制問題較為明顯。對(duì)這一問題的分析主要表現(xiàn)在目前生產(chǎn)中使用的焊接機(jī)器人，整體智能控制程度不足，從而無法完全實(shí)現(xiàn)焊接加工過程中的自動(dòng)檢測(cè)工作。另外，機(jī)器人在運(yùn)行過程中并沒有柔性控制思想，因此不能達(dá)到對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)的需要以及對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)的針對(duì)性評(píng)估。隨著焊接機(jī)器人的生產(chǎn)工作理論與技術(shù)的優(yōu)化與發(fā)展，從而對(duì)現(xiàn)行的工程機(jī)器人生產(chǎn)作業(yè)過程進(jìn)行改善：①PFMEA 模式。該理論屬于失效模型，分析后的結(jié)論能夠有效提高焊接機(jī)器人在實(shí)際工作流程中，對(duì)焊接工作中的問題和錯(cuò)誤動(dòng)作加以預(yù)測(cè)和分析。例如，在汽車尾氣凈化器產(chǎn)品的焊接流程中，通過確定產(chǎn)品在前端工序中產(chǎn)生的故障影響等級(jí)，就能夠進(jìn)一步減輕因后期人工檢驗(yàn)工作而產(chǎn)生的工作壓力，從而提升產(chǎn)品的制造效率。②過程能力分析。該分析主要面向于焊接機(jī)器人，通過對(duì)生產(chǎn)線中各個(gè)崗位的效率問題進(jìn)行綜合分析研究，由此能夠合理分析工藝能力，從而高效解決在生產(chǎn)線焊接過程中出現(xiàn)的各類問題，保證每件產(chǎn)品的加工時(shí)間間隔滿足正常的生產(chǎn)率要求。同時(shí)需要逐步優(yōu)化人員的工作方法，以確保人員能夠和焊接機(jī)器人的工作速度形成對(duì)應(yīng)，避免生產(chǎn)中大量積壓材料等問題，從而提升生產(chǎn)效率。

4 焊接機(jī)器人相關(guān)技術(shù)分析

4.1 機(jī)器人傳感器技術(shù)

通過應(yīng)用該技術(shù)，感應(yīng)器裝置可以重點(diǎn)用來提升機(jī)械化生產(chǎn)的工作效率，以及合理調(diào)節(jié)工作距離和工作時(shí)限。例如關(guān)于光電換能器裝置的應(yīng)用，主要是為了在生產(chǎn)線焊接管理工作中焊接機(jī)器人對(duì)加工崗位的高效感知，從而能夠有效地降低因焊接機(jī)器人位置偏差所造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題。又例如在焊接機(jī)器人的焊接過程中，就必須正確設(shè)定好適當(dāng)?shù)暮附庸ぷ鲓A具，可以通過焊接機(jī)器人了解具體的焊接情況和焊接內(nèi)容，進(jìn)而可以合理確定焊接工作的順利進(jìn)行。不過在實(shí)際的管理工作中，夾具往往會(huì)松動(dòng)，使得位置工作產(chǎn)生相應(yīng)的偏差，這也將影響焊接機(jī)器人的焊接精度。所以，應(yīng)用機(jī)器人傳感器技術(shù)，將能夠有效地改善焊接作業(yè)的整體品質(zhì)與穩(wěn)定性。圖1為傳感器技術(shù)下的光電信息輸入電路。

圖1 傳感器技術(shù)下的光電信息輸入電路

4.2 PLC控制系統(tǒng)

該技術(shù)重點(diǎn)在于焊接機(jī)器人對(duì)各設(shè)備生產(chǎn)線的所有設(shè)備進(jìn)行集中式監(jiān)控與離散監(jiān)控，以充分保證各設(shè)備在工作中都得以進(jìn)行迅速反應(yīng)。而一旦焊接機(jī)器人發(fā)生了故障，PLC 控制器也得以迅速反應(yīng)，從而合理調(diào)節(jié)整個(gè)工廠的所有設(shè)備工作狀況，有效防止因錯(cuò)誤加工導(dǎo)致的物料浪費(fèi)。

4.3 智能信息技術(shù)

在整個(gè)焊接生產(chǎn)線的正常工作流程中，借助智能信息技術(shù)的合理運(yùn)用，就能夠?qū)φw焊接生產(chǎn)實(shí)施科學(xué)管理。通過可編程控制器的系統(tǒng)，能夠有效收集焊接機(jī)器人在工作流程中的所有運(yùn)行數(shù)據(jù)信息。并且，在智能信息系統(tǒng)中，還能夠?qū)@些信息加以管理與使用，因此能夠合理計(jì)算流水線的生產(chǎn)節(jié)拍，同時(shí)根據(jù)各崗位生產(chǎn)情況提供適當(dāng)?shù)墓ぷ鲌?bào)表，為生產(chǎn)線的工位調(diào)度提供必要的數(shù)據(jù)支持。

4.4 柔性生產(chǎn)技術(shù)

柔性生產(chǎn)技術(shù)，能夠保證機(jī)器人的焊接工作更為智能與敏捷。也因此，通過采用快換襯砌臺(tái)車裝置，能夠更高效完成裝夾的速度轉(zhuǎn)換，從而減少人工干涉對(duì)整個(gè)制造效率產(chǎn)生的不良影響。

4.5 仿真模擬技術(shù)

使用焊接機(jī)器人在完成有關(guān)焊接工作時(shí)，當(dāng)使用比較先進(jìn)的信息技術(shù)時(shí)，必須通過對(duì)槍機(jī)軌跡仿真方式查找到比較精確的焊接初始點(diǎn)。通過使用這一技術(shù)手段，機(jī)器人可以在實(shí)際工作過程中具有相當(dāng)好的智能特性，從而可以更加精確地把障礙物和焊接物辨識(shí)開來，這樣在實(shí)際焊接工作中也就具有相當(dāng)高的效率。針對(duì)焊接工作的具體內(nèi)容而言，最關(guān)鍵的就是所采用的技術(shù)必須突破原本的核心要點(diǎn)，促使整個(gè)相關(guān)工作在不斷進(jìn)行過程中都可以具有比較好的效果，從而使得看起來十分復(fù)雜的工作才能更加順暢進(jìn)行，以便于優(yōu)質(zhì)、高效地進(jìn)行焊接工作，從而促進(jìn)焊接產(chǎn)業(yè)的未來蓬勃發(fā)展。所以，仿真模擬技術(shù)在焊接機(jī)器人中是十分關(guān)鍵的，通過發(fā)揮這項(xiàng)技術(shù)，可以充分發(fā)揮焊接機(jī)器人自身的功能。

4.6 焊接識(shí)別技術(shù)

焊接機(jī)器人在開始實(shí)施相關(guān)任務(wù)之前，必須先對(duì)焊接的目標(biāo)、形狀和結(jié)構(gòu)等方面加以分析，才能正確找到和確定焊接所處的部位，如此便能夠有效提升焊接技術(shù)本身的質(zhì)量。如果為了使機(jī)器人在工作上擁有更高的品質(zhì)，就需要在焊接機(jī)器人實(shí)際工作時(shí)查找到的所有焊點(diǎn)，從而使其在后續(xù)工作中更加精確地計(jì)算路徑，從而使得焊接的工作得到良好進(jìn)行。根據(jù)目前狀況分析，國內(nèi)所采用的焊接機(jī)器人技術(shù)還是無法完成對(duì)焊接的精確定位，還是工作人員使用肉眼對(duì)焊接進(jìn)行觀測(cè)，如此則造成很多焊接無法在焊接過程中保持完整性，造成焊接工作本身質(zhì)量并不高，這便無法提高焊接機(jī)器人在焊接尋找上的精確度。從中可以看得出，焊接識(shí)別技術(shù)在未來尚有很長的路需要走，因此有關(guān)研發(fā)部門需要進(jìn)一步加大在此方向上的研發(fā)，從而使得焊接識(shí)別技術(shù)可以在焊接機(jī)器人上充分發(fā)揮自己的功能。圖2為焊接機(jī)器人高速識(shí)別焊接技術(shù)流程。

圖2 焊接機(jī)器人高速識(shí)別焊接技術(shù)流程

4.7 專用弧焊電源

焊接機(jī)器人核心技術(shù)的研發(fā)、控制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及機(jī)器人本身的研發(fā)，還必須對(duì)機(jī)器人所使用的弧焊電源進(jìn)行更全面的深入研究。近年來，對(duì)弧焊電源的研發(fā)由常規(guī)的開關(guān)電源到采用嵌入式單片機(jī)的晶體管型弧焊電源，再發(fā)展到具有專家制度的焊接開關(guān)式供電（MIG/MAG），對(duì)弧焊電源也開始進(jìn)行迅速地改進(jìn)?，F(xiàn)階段，對(duì)弧焊電源主要是向著電子化方面開發(fā)，是將連接中焊機(jī)的工作信號(hào)以數(shù)碼的形態(tài)表現(xiàn)起來，可以保持焊接參數(shù)的穩(wěn)定性，減少對(duì)外界的影響，同時(shí)也更容易調(diào)整，從而極大提高了焊接加工的質(zhì)量品質(zhì)。

5 優(yōu)化焊接機(jī)器人工作的策略

5.1 選擇專業(yè)水平較高的員工

當(dāng)下，焊接機(jī)器人在生產(chǎn)線上的使用還存在著一定問題，因此必須對(duì)機(jī)器人裝置加以合理調(diào)配，并全面進(jìn)行對(duì)各種生產(chǎn)工件的品質(zhì)檢測(cè)檢驗(yàn)。因?yàn)樯a(chǎn)線中的質(zhì)量檢測(cè)工作都必須由專門工作人員完成，所以想要提高焊接機(jī)器人的工作效率與品質(zhì)，就需要匹配更多的專門操作人才，這樣不但能夠充分適應(yīng)生產(chǎn)線中生產(chǎn)加工工人的需要，還能夠完成對(duì)焊接機(jī)器人更系統(tǒng)、更有針對(duì)性的維修工作，從而使生產(chǎn)線中各項(xiàng)生產(chǎn)工作順利進(jìn)行。

5.2 焊接機(jī)器人設(shè)備的合理選擇

焊接機(jī)器人系統(tǒng)是由運(yùn)行系統(tǒng)中的多種不同型號(hào)的機(jī)器人構(gòu)成。這些技術(shù)設(shè)備從他們的運(yùn)行特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)到設(shè)計(jì)要求，都會(huì)直接影響整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效果和產(chǎn)品質(zhì)量。所以，企業(yè)必須嚴(yán)格按照生產(chǎn)線和現(xiàn)場生產(chǎn)人員的工作特點(diǎn)，正確選用焊接機(jī)器人裝備，以便合理地選擇各種夾具和小部件滿足生產(chǎn)的設(shè)計(jì)和檢測(cè)需要，以防止設(shè)備對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的制造品質(zhì)和效果造成不良影響。

6 結(jié)束語

我國正在全面推行資源節(jié)約型、生態(tài)節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展模式。所以，在中國工業(yè)機(jī)械制造工藝中，有必要適當(dāng)運(yùn)用一些比較完善的智能控制，從而高效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性與效益。焊接機(jī)器人的應(yīng)用對(duì)于促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)具有重要的作用，焊接機(jī)器人技術(shù)發(fā)展至今已逐步完善，但是新技術(shù)的應(yīng)用、開發(fā)以及機(jī)器人智能化控制等方面還需要進(jìn)一步加深，以更好地發(fā)揮焊接機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。