莫明朝

摘 要：隨著我國科學技術的不斷發(fā)展，機器人焊接智能化技術也逐漸提升，越來越多的制造企業(yè)都提高了對焊接智能化技術的重視度，機器人已經(jīng)不再是稀有產(chǎn)品，采用智能化機器人來代替人工焊接已經(jīng)成為觸手可及的夢想，本文就針對焊接智能化與智能化焊接機器人技術進行了分析和研究。

關鍵詞：焊接智能化；焊接機器人技術；分析研究

中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0081-02

近幾年，伴隨各種智能化技術的普及，焊接生產(chǎn)過程也逐漸朝著智能化、自動化的方向發(fā)展，當前，采用焊接機器人技術進行焊接已經(jīng)成為我國實現(xiàn)焊接智能化的重要標志，相對于傳統(tǒng)的焊接技術來說，機器人焊接技術主要具有自動化程度高、焊接速度快、焊接質量佳等優(yōu)勢，但是從當前的現(xiàn)狀看，我國的機器人焊接技術還存在成本高、焊接時間長等問題，只有解決這些問題，才能進一步拓展我國智能化機器人焊接技術的應用范圍。

1 焊接智能化與智能化焊接機器人技術的研究現(xiàn)狀

1.1 焊接路徑規(guī)劃技術

焊接機器人的焊接路徑主要包括三種，即在線自主編程法、手工示教法和離線編程法。以下是具體分析：

1.1.1 在線自主編程法

在線自主編程法主要是通過視覺傳感器來實現(xiàn)對焊縫的自動識別，同時繪制出焊縫在機器人基坐標下的三維圖形，這樣就能達到機器人焊接在線自主規(guī)劃路徑的目的，這種方式可以避免人工焊接中因觀察失誤而導致的問題，能有效提升焊接機器人的智能化水平，將成為當前以及今后一段時間我國焊接路徑規(guī)劃技術的發(fā)展方向，為了避免在線自主編程法在應用過程中出現(xiàn)誤差，一些著名學者在現(xiàn)有的視覺傳感技術之上進行了更進一步的研究，以縮小焊縫定位的誤差，當前，利用在線自主編程法進行焊接路徑的規(guī)劃已經(jīng)能夠將誤差控制在合理的范圍之內(nèi)，基本能符合一般電弧焊接技術的需求。

1.1.2 手工示教法

所謂手工示教法，指的就是通過操作工人手動操作示教盒，實現(xiàn)對焊接軌跡的在線控制的一種方法，這種焊接路徑規(guī)劃技術主要具有適應性強、靈活性高、操作便捷等優(yōu)勢，在焊接機器人中應用比較普遍，但是因為手工示教法需要人工進行操作，因此，很容易受到人為因素的影響，進而對路徑規(guī)劃的準確度和整體效率造成影響，正是由于這些問題，導致焊接機器人技術只能在小范圍內(nèi)得以應用和推廣。

1.1.3 離線編程法

離線編程法又稱“虛擬示教法”，它主要通過交互式三維圖形軟件對環(huán)境、機器人等進行建模，利用創(chuàng)設出的模擬環(huán)境，開展虛擬示教工作，并通過對示教結果的分析，找出實際的焊接路徑，這種方法的主要優(yōu)勢是可以提升焊接自動化水平以及機器人的利用效率，大幅減少成本耗費，然而，離線編程法規(guī)劃出的焊接路徑很容易出現(xiàn)與實際不符合的情況，因此，在實際應用之時，必須經(jīng)過校正處理才能使用，與國外發(fā)達國家相比，我國在焊接路徑規(guī)劃過程中采用的離線編程法水平較低，仍處于試驗時期。

1.2 焊縫跟蹤技術

1.2.1 電弧跟蹤法

電弧傳感器是電弧跟蹤法應用過程中用來測量電信號的主要工具，根據(jù)電信號的變化情況們可以比較準確地掌握焊縫是否存在偏差，進而達到對整個焊接過程誤差的快速糾正，這種方法一般不會受煙塵、弧光等因素的影響，焊槍可以達到比較好的焊接效果，同時還具有成本較低、實時性強的優(yōu)點，但電弧跟蹤法的應用范圍有限，僅僅適用于幾何特征明顯的焊縫跟蹤，從目前的現(xiàn)狀看，我國的電弧跟蹤技術正朝著磁控電弧技術的方向發(fā)展，焊槍運動的復雜性逐漸降低，只需要周期性地改變磁場，就能達到焊接電弧周期性變化的目的，該技術的應用潛力非常大，發(fā)展前景十分廣闊。

1.2.2 視覺跟蹤法

視覺跟蹤法指的是利用視覺傳感器得到焊縫的清晰圖像，通過對圖像進行分析，找出焊縫中心線，進而達到對焊縫的跟蹤，這種方法的適用范圍比較廣，基本可以對所有接頭形式的焊縫進行跟蹤，在焊縫跟蹤領域中的應用范圍是最廣的，該方法的實現(xiàn)過程主要包括圖像的獲取、圖像分析和處理、找出特征點以及對焊槍端部的跟蹤控制等。焊縫圖像的獲取方式主要可分為以下兩類：第一是被動視覺傳感方法，也就是通過自然光或者弧光照亮焊縫區(qū)域，然后采用過濾技術取得清晰的焊縫圖像。第二是主動視覺傳感方法，主要通過激光照亮焊縫，然后利用CCD得到焊接區(qū)域的圖像，這種方式的優(yōu)點主要是圖像的分辨率較高，而且能較好地抵御外界干擾。

1.3 焊接傳感技術

1.3.1 多傳感信息融合技術

在焊接過程中采用多傳感信息融合技術需要用到多個傳感器，這些傳感器可以實現(xiàn)從多角度、多方位把握焊接信息，并將獲得的信息進行融合處理，最終得到完整、真實的焊接過程動態(tài)信息，這種方法的主要優(yōu)點是容錯能力強，能全面展現(xiàn)整個焊接過程的相關信息，對焊接質量的提升來說大有裨益，多傳感信息融合技術將成為今后一段時間我國傳感技術的發(fā)展方向。當前，我國已經(jīng)研制出的多傳感器信息融合系統(tǒng)還存在諸多缺陷，其中比較明顯的就是對焊接狀態(tài)的描述不完善、傳感器類型過少等，還需在實踐中不斷提升多傳感信息融合處理的技術水平，從而提升融合信息的真實性和準確性。

1.3.2 焊接中用到的傳感器類型

在立足于傳感原理的基礎上，對焊接傳感器進行類型的劃分，主要可分為溫度傳感器、光譜傳感器、聲學傳感器、電弧傳感器和視覺傳感器。溫度傳感器主要通過建立焊接過程中的溫度場模型，利用溫度傳遞感應信號的方式來達到檢測焊接熔池幾何形狀的目的。光譜傳感方器則主要利用氫氣孔部位電弧光譜變化的主要特征，及時檢測出整個焊接過程中存在的不足之處。聲學傳感器可以通過對焊接電弧聲音信號的檢測來達到識別熔透狀態(tài)的目的。電弧傳感器在應用過程中具有較高的實時性，而且操作也比較方便，不用添加任何額外的裝置，正是由于這些優(yōu)勢，電弧傳感器在實際中的應用比較普遍。視覺傳感器的優(yōu)點主要是不會擾亂焊接過程，因為它在應用的過程中不會與焊接回路直接接觸。能準確地識別焊接接頭的類型，并得到相關的熔池信息、焊縫位置信息等。

2 工程應用實例分析

以船用管系雙機器人工作站系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)主要利用自動化施焊方式，進行自動上下料、夾緊、定位等，由于焊接現(xiàn)場存在一些裝配方面的偏差，必須配備電弧跟蹤器等裝置，以保證焊縫接頭質量達標。在整個工作站系統(tǒng)中，有專門針對船體分段的曲面而設計的弧焊機器人工作站，該工作站主要應用了離線編程法、電弧傳感跟蹤技術以及始端檢出技術等，其工作的具體流程如下：首先，利用人機對話軟件，得到相關的分段結構件加工數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)信息進行離線編程工作，利用通信模塊將這些信息輸入機器人焊接程序，根據(jù)得到的結果，可校正焊接起始點的具體位置，并隨著焊接的不斷深入，利用電弧跟蹤器對焊槍進行調(diào)整，最終達到自動焊接的目的。此外，我國還在海洋重工業(yè)領域取得了重大突破，研發(fā)出了Q690高強鋼厚板的雙機器人雙弧立焊機器人工作站，鋼板的厚度最大可達150毫米，高工作站系統(tǒng)可高效快速地解決大厚板焊接過程中存在的質量偏低、熱變形嚴重以及工作效率低等問題。不銹鋼薄壁結構件的弧焊機器人工作站也是我國智能化焊接機器人技術實際應用的體現(xiàn)，這一工作站系統(tǒng)利用遠程監(jiān)控設備，由視覺CCD傳感模塊負責對機器人運行模式、服務狀態(tài)等各項信息的傳遞。在焊縫跟蹤與焊位識別方面，該系統(tǒng)主要利用的是激光傳感器。

3 結語

綜上所述，焊接智能化與智能化焊接機器人技術對我國焊接制造領域工作效率以及質量的提升具有極大的促進作用，當前，我國的智能化焊接機器人技術在焊縫跟蹤、焊接路徑規(guī)劃以及焊接傳感等方面都取得了一定的成就，但必須意識到我國的焊接智能化技術與國外發(fā)達國家相比還存在較大的差距，必須在實踐中不斷總結經(jīng)驗和教訓，積極引進國外的先進技術理念，堅持自主創(chuàng)新的原則，進一步加大自主研發(fā)的力度，這樣才能從根本上壯大我國的智能化焊接機器人技術實力，提高我國的國際競爭力。

參考文獻

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