陳城洋

摘 要：本文闡述了工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的特征與焊接技術(shù)，分析弧焊機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成與焊縫起始點尋位及電弧傳感焊縫跟蹤技術(shù)，焊接機(jī)器人利用弧焊電源的技術(shù)要點。對我國焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行歸納，其中包括智能化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等有關(guān)方向。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；焊接機(jī)器人；技術(shù)研究

一、引言

對于任何一個制造業(yè)企業(yè)來說，如果要強(qiáng)化企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭能力，實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升，確保在焊接階段平穩(wěn)性及焊接質(zhì)量以及降低企業(yè)一線工人的勞動強(qiáng)度，改善生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境已經(jīng)變成制造業(yè)企業(yè)的發(fā)展需求。通過大量實踐證明，結(jié)合工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點，采用弧焊機(jī)器人實施焊接產(chǎn)品的生產(chǎn)制造是解決上述問題的有效實現(xiàn)途徑。

（一）工程機(jī)械焊接結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)。（1）結(jié)構(gòu)特征。工程機(jī)械結(jié)構(gòu)組成主要有：薄板件（板厚為2～4mm） 、 中板件（板厚為7～21mm）、厚板件（板厚在20mm以上） 。一般情況下結(jié)構(gòu)件通過板材拼焊組成，箱形結(jié)構(gòu)是主要結(jié)構(gòu)件，上部位焊接一些附件，主要有機(jī)座鑄鋼件，結(jié)構(gòu)相對而言比較復(fù)雜，焊縫密集。

工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件有大量的斜角焊縫，常規(guī)下只檢測焊縫的外觀水平，但對于一些比較關(guān)鍵的受力結(jié)構(gòu)件則也必須行磁粉探傷或是超聲波探傷，各自檢測其表面裂紋及焊縫內(nèi)部缺陷。

（二）焊接技術(shù)。我國工程機(jī)械焊接結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中，應(yīng)用的主要板材有Q235、Q345、Q390，板厚一般選擇大于6mm中板件?，F(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的焊接技術(shù)為埋弧自動焊和CO2/MAG氣體保護(hù)焊。前者，在技術(shù)領(lǐng)域擁有熔深大、速度快、無弧光煙塵的優(yōu)勢。氣體保護(hù)焊技術(shù)與埋弧自動焊一樣，也具備電流密度大、熔深大的優(yōu)勢，而在焊接速度方面要遜色前者，速度為手工電弧焊的二倍左右，后者能夠達(dá)到六倍。但是即便如此，氣體保護(hù)焊技術(shù)所需輔助時間更少，尤其是利用Ar混合氣體，所產(chǎn)生的熔渣很少，也縮減了清理時間，整體來看工作效率仍可讓人滿意[1]。

二、弧焊機(jī)器人系統(tǒng)

（一）始端尋位。尋位裝置中的線包，能夠形成數(shù)十V電壓，而尋位的推動力就是利用焊絲接觸工件造成一瞬的短路。換言之，弧焊機(jī)器人系統(tǒng)察覺現(xiàn)實工件焊縫這個點的空間三維坐標(biāo)，利用這類辦法，弧焊機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)而檢測出許多點后，再按照這些點測算出偏差值，通過該偏差值修改成最開始的示教焊縫的位置數(shù)據(jù)，最終獲得實踐中的焊縫起始點位置，如圖1所示。值得注意的是，焊縫起始點應(yīng)當(dāng)實施進(jìn)行2次以上的尋位，且以此產(chǎn)生數(shù)據(jù)矩陣。焊接時機(jī)器人自動計算這個起始點矩陣相對TCP，從而讓焊槍達(dá)到現(xiàn)實焊縫起始點。

（二）清槍裝置。清槍的主要功能有：（1）附帶傳感性能，在程序?qū)嵤╇A段，剪去多余的焊絲，從而讓電嘴焊絲伸至相對的長度，確保傳感狀態(tài)的精準(zhǔn)性。（2）焊接程序在執(zhí)行前期，可對焊槍實施清理，具體流程，利用氣動旋刀之前殘留在噴嘴中的飛濺進(jìn)行清除，之后再噴入防飛濺的硅油。

（三）傳感技術(shù)。近些年來，隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷發(fā)展，傳感器技術(shù)已經(jīng)不再只是單純的以信號變換元件存在，如今很多傳感器的內(nèi)部都擁有能夠?qū)π盘枌嵤┨囟ㄌ幚淼墓δ?。尤其在制造業(yè)中，弧焊機(jī)器人智能傳感技術(shù)更是顯示出了十分突出的作用。由于電弧傳感技術(shù)是通過焊接電弧直接獲取焊縫部位的偏差信號，因此實效性更為出現(xiàn)，并且不用在焊槍上附帶輔助裝置，焊槍行為的靈活性好，特別是符合一些中小企業(yè)對于焊接低成本自動化的標(biāo)準(zhǔn)要求。

電弧傳感的主要原理是通過焊炬和工件距離之間的改變從而產(chǎn)生的焊接參數(shù)，最終監(jiān)測焊炬的高度及其它偏差。電弧傳感技術(shù)主要包括在三種傳感器上：并列雙絲電弧傳感器、擺動電弧傳感器、旋轉(zhuǎn)式掃描電弧傳感器[2]。而旋轉(zhuǎn)電弧傳感器相較于前兩種在對偏差進(jìn)行監(jiān)測的過程中具有更好的靈敏性，能夠強(qiáng)化控制性能，如今已經(jīng)普遍得到了國內(nèi)外焊接專業(yè)與技術(shù)人員的認(rèn)可。

（四）跟蹤技術(shù)。在傳統(tǒng)的模糊控制技術(shù)基礎(chǔ)上，如今研制出了部分高性能模糊控制器。隨著模糊數(shù)學(xué)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生，并且把這項研究應(yīng)用到焊接這個非線性系統(tǒng)中，使焊縫跟蹤技術(shù)邁向了進(jìn)嶄新的時代，即智能焊縫跟蹤時代。因為焊接屬于充滿了時變、多因素以及非線形的復(fù)雜系統(tǒng)，無論是弧光、電壓浮動、技術(shù)以及工件的變形狀態(tài)都會對其產(chǎn)生一定干擾，致使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)無法達(dá)到焊縫精確跟蹤。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能顧讓機(jī)器人完成一系列諸如學(xué)習(xí)、記憶、聯(lián)想的功能，由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所通過的為并行處理方式，分布式的信息存儲，具備信息存儲量大、容錯性強(qiáng)等優(yōu)勢，從自動化的角度來說很適合焊縫跟蹤中的視覺模式識別和跟蹤智能控制。

結(jié)語：綜上所述，節(jié)能與可靠一直以來都是人們對未來工程機(jī)械發(fā)展的趨勢展望，當(dāng)前許多工程機(jī)械產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)升級換新，內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的焊接技術(shù)也有了顯著的加強(qiáng)。通過對機(jī)器人自動焊技術(shù)應(yīng)用于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件的焊接進(jìn)行分析后得知，該技術(shù)能夠保證企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，為我國整體工業(yè)制造水平的提升做出了良好的技術(shù)鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛鵬軍，黃石生，薛家祥.弧焊機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電焊機(jī)，2012，18（07）：159-160.

[2]毛鵬軍，黃石生，李陽.焊接機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的回顧與展望[J].焊接， 2013，11（06）：185.