焊接机器人技术研究与应用现状

    陈德喜

    摘 要：目前，焊接技术已经成为广泛使用的连接方式之一，主要应用在宇宙航天领域、电子制造领域、机械制造领域以及船舶制造领域等。然而，焊接的现场环境确十分的恶劣，在焊接时焊枪所产生的有害气体和焊接时焊枪所产生的刺眼弧光，非常的容易使焊工们的生命安全受到威胁。因此，工厂为了减少在焊接时对工作人员的生命安全构成威胁和改善焊接现场的环境。工厂开始在焊接生产的时候广泛的使用焊接机器人技术。随着电子制造技术和计算机网络技术的发展，机器人焊接技术在制造行业发展迅速。同时，对焊接机器人的所用材料、制造结构和高效率的焊接需求受到了人们的关注。实现稳定、高效的焊接是当前焊接机器人的意义所在，也是焊接机器人研究领域的重要问题。

    关键词：机器人焊接;焊接的技术;焊接的安全;智能化

    进入21世纪以后，伴随着我国的经济的飞速的发展，人们的生活质量不断的提高，但是我国的人口老龄化现象却是十分严重。根据焊接环境的恶劣以及焊接工人逐年减少的趋势，我国的经济发展迅速，从而使焊接产量在逐年的增加，这就说明了焊接的工作量在逐渐的加大。为了解决这样的问题，焊接机器人开始在工厂中逐渐出现。但是焊接机器人和焊工相比较，焊接机器人的工作方式比较的单一，而焊工可以凭借着自己的经验，对焊件进行预想的加工和改造，从而达到预期效果。但是相比于焊工，焊接机器人不仅可以大大的提高工作效率，还可改善焊接技术人员的工作环境。焊接机器人目前在我国有着非常重要的地位，对我国的经济转型发挥着非常重要的作用。

    一、焊接机器人技术研究

    （一）焊缝的自动识别与跟踪技术

    对焊接机器人视觉自动识别焊接位置以及焊缝跟踪技术上的研究，是提高焊接质量的关键技术之一[1]。焊接机器人在焊接的过程中，由于对加工和装配上的误差，焊接时产生的强弧光辐射、飞溅和产品在焊接过程中所产生的温度分配不均匀，使焊炬和焊缝产生了偏离，导致焊接的质量有所降低。焊缝的跟踪技术本质就是对焊接條件的变化而实时进行焊缝查验，并识别跟踪焊缝与焊缝进行精准的定位。通过传感器达到控制电压和电流的目的，来实现焊枪对焊缝位置焊接的工作。随着现在网络的发展和数学领域在焊接技术上的应用，焊接跟踪技术已经进入了智能化的时代。

    （二）远程遥控焊接、离线编程、路径规划技术

    随着经济与科技的双重发展，焊接技术的工作范围正在向深海、太空、高温、极寒等领域快速的发展。在保证焊接质量的前提上，最大程度提高了人们活动的舒适性，降低在焊接工作中的危险性。当前，焊接领域的发展，严控焊接技术的成形，在一定程度上有效地解决了焊接在远程作业上的局限性[2]。现在遥控焊接技术都是人机交互，也就是焊接工作者操作焊接机器人远程地完成焊接任务。由于在技术方面的研究有所不足，目前全自动遥控机器人的研究团队几乎没有出现。但是在遥控自动化焊接方面不断提高，遥控焊接自动化的发展方向是全自动化遥控焊接。例如20世纪70年代加拿大的一家核电站发生了严重的核电泄露事故，在这场事故中就成功的使用了遥控焊接技术对核泄漏的位置进行了远程的操作。在各方面技术的支持下，遥控焊接技术越来越优质、稳定，焊接技术领域也在不断的壮大[3]。

    机器人离线编程技术可以是机器人编程语言的拓展采用图形和相关的算法，建立起机器人与工作环境之间的模型。焊接机器人在焊接时，根据焊接的任务、焊接的参数进行轨迹的规划，完成相应的焊接任务，由此而产生焊接机器人技术。这种编程技术的效率和智能化程度高，正向着全自动化编程反向发展。

    （三）专用弧焊电源技术

    焊接技术包括点焊和弧焊两种，焊接技术的核心主要是推行机构和电源，电气综合性能优秀的专用弧焊电源对焊接机器人十分重要。计算机电子技术以及控制技术的飞速发展，为机器人的专用弧焊电源的研究开辟处出了一条新的道路。借助反馈控制系统进行精密的控制，包括对电的控制、弧焊电流的控制等，可以使机器人在焊接过程中达到高质量的焊接效果。

    二、焊接机器人的应用现状

    目前，焊接机器人在焊接领域上得到了广泛的应用，使得在焊接质量和效率上得到了很大的提升。但焊接机器人在焊接的应用过程中仍然存在一些问题，主要有以下几个方面。

    （一）焊接机器人的零件价格十分昂贵

    由于我国对机器人的零部件批量生产的技术水平有限，焊接机器人的零件大部分都是依赖进口，这就导致了机器人零件的价格十分昂贵。一旦机器人的零件损坏，仅更换的费用就可能是十几万，而且供货的时间相对长一些，这就严重影响了工厂的生产进度。像损坏率极高的枪缆、焊枪等价位不低，导致厂家买得起而用不起，严重阻碍了中国智能制造的发展[4]。

    （二）复杂焊件焊接编程问题

    机器人的焊接编程主要包括展示教学编程和焊接艺术编程两部分。对于相对复杂焊件的焊接，焊缝相对较多。相对于这种情况，就需要在示教编程上来消耗大量的时间。但是对于多数的焊接需要编写和调试多个参数点，需要消耗大量的人力物力。大量的时间浪费在了编写和调试上，从而也就降低了企业的竞争力。焊接机器人与焊件的相对位置发生了变化后会产生重新示教的问题。焊接机器人的焊接编程主要通过示教控制器来控制行走路径，当焊枪达到指定的焊接点时，对于焊枪的停留时间、送丝、送气、收丝、收气、引弧、息弧等，一旦焊接工件与机器人位置发生变化，程序就会重新示教，这样会浪费很多的工作时间[5]。

    （三）对于相同焊缝的焊接，焊接机器人与和焊工的操作过程是完全不一样的

    焊工在对焊缝的操作过程中可以感受到焊接时电弧的冲击力，以及焊接熔池的流动情况。焊工通过这些情况来判断出焊件是否处于自己的理想状态。焊工凭借着自己多年的焊接经验可以自由的来调节焊接的参数，使焊件达到自己的预想状态[6]。而对于焊接机器人而言，焊接的参数必须是提前设定好的。焊接机器人不会因为外界的环境变化而对提前设定好的参数作出相应的改变。焊接机器人是一个自动化的程序，它的焊接参数和焊工的经验是不一样的。所以，系统的对焊接机器人的各个参数的研究是十分的有必要的，对于实现机器人代替焊工的焊接有着重要的意义。

    三、焊接机器人技术未来发展趋势分析

    （一）机器人控制技术

    随着科学信息技术的飞速发展，先进的技术手段为各行各业也带来了很多便捷，其中焊接技术被大量地应用在机器人制造中，现如今，也获得了令人称赞的成绩和效果，可以说该技术未来发展具有很广阔的前景。而机器人控制技术又分为以下几种，比如，视觉控制技术、模糊控制技术或者是神经网络控制技术，每一种技术都发挥着不同的作用。“视觉控制技术”主要是指通过视觉传感器，对机器人焊接的地方展开深层次处理，随后再将所收集到的图像、信號及时录入计算机系统，进一步为工作人员带来有力数据支持，最后，经过对数据信息的分析与处理准确焊接机器人的位置。而“神经网络控制技术”实质上是模拟人类思维的一种方式，因为焊接机器人的过程中，往往会遇到一些难以控制的问题，而通过神经网络控制技术，能够快速处理好焊接过程中所遇到的问题，进而将神经网络的控制系统灵活地运用在焊接机器人中，最终获得最令人满意的焊接效果。

    （二）虚拟现实、多传感器信息融合技术

    所谓“虚拟现实技术”主要是指利用计算机编程手段，将相应的数据资料进一步生成一种模拟现实的环境，进而为焊接机器人工作带来科学数据支持。当然，运用此技术也可以为相关使用者带来更加真实的环境体验感受，在最大限度上提高焊接产品的质量和使用效率。同时，工作人员还应在计算机设备上完成相应的机器人焊接工作，以便于提高整体焊接工作的实效性。而“多传感器信息融合技术”也是焊接机器人中常用的一种技术手段，它能够在最大限度上满足企业生产发展的需求，也可以将焊接机器人技术全面地推广与发展出去。除此之外，现代化焊接机器人装备中往往会装有一定的超声波传感器，以便于确保焊接机器人的安全性和稳定性，使其能够第一时间接收到信息，且确保数据信息内容的准确性。可见，焊接机器人技术未来发展趋势之广阔，需要相关科研人员予以重视并深入研究，也只有这样，才能真正意义上实现机器人智能化焊接作业的目的。

    四、结语

    焊接机器人的应用将会越来越普遍，但是在目前的应用场景来看，焊接机器人还存在着一些问题。随着科技的进步，时代的发展，这些问题都会得到有效的解决。焊接机器人在未来制造行业中的地位会非常重要。焊接机器人在生产制造领域发挥了相当重要的作用，大大地提高了产品的质量和产品生产的效率。有关团队对焊接机器人的研究、应用很大程度上推动了工业制造业技术的前进步伐。最近几年，焊接机器人的焊接技术的研究与应用取得了突破。例如模糊控制技术、智能控制、神经网络视觉化、视觉控制技术等给焊接机器人的编程系统带来了新的发展。如何将最新的科研成果应用到焊接机器人上，将是未来焊接技术的主要方向。

    参考文献：

    [1]费存华.焊接机器人技术研究与应用现状探讨[J].现代制造技术与装备，2018，258（05）：65+67.

    [2]靳全胜，李杰.焊接机器人技术研究与应用现状[J].轻工科技，2018，34，231（02）：39-40+62.

    [3]谢小宝，林健力.焊接机器人应用现状与研究发展趋势[J].海峡科技与产业，2018，228（06）：90-92.

    [4]闫河江.焊接机器人的应用现状和发展趋势[J].华东科技（综合），2018（9）：3.

    [5]麻鹏.焊接机器人在焊接技术应用中的关键技术研究[J].中国科技投资，2019，000（011）：214.

    [6]徐秀环.关于焊接机器人的技术现状及未来发展探讨[J].中国高新区，2018，000（014）：24.