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摘要：焊接作為工業生產中非常重要的一種加工手段，對于鋼結構的組裝，焊接質量的好壞和鋼結構相關產品質量起著決定性的作用。通過對機器人智能焊接技術進行探討，可促進和推動精密行業實現批量生產、質量管控、自動化控制，與工業智能化接軌，為建設工廠智能化提供堅實有力的依據。

關鍵詞：智能焊接；機器人焊接

近年來，我國伴隨著金融經濟逐漸提升，勞動成本也相應的升高，“中國制造”的經濟模式不再以廉價勞動力為支撐。焊接作為工業生產中非常重要的一種加工手段，對于鋼結構的組裝，焊接質量的好壞和鋼結構相關產品質量起著決定性的作用，同時焊接作業會產生煙塵、弧光、金屬飛濺的污染物，焊接的工作環境呈現出臟亂差的表象。

1行業需求

精密行業，與普通民用品比較有大自身特點：產量較少，技術含量高、訂單生產、生產環節復雜、大部分工序都是人工操作，特別是焊接方面，由于焊接操作面較為復雜，柔性要求較高，基本是靠人工焊接，由于人工焊接成本較高、焊接品質上、一致性上都達不到較高水準。順著儀表行業發展，要求也不斷提高，落后的生產工藝成了國內儀表發展和提高的障礙。儀表行業急需智能化程度高、柔性好的焊接裝備，替代落后的生產工藝。

2機器人智能焊接意義

（1）提高儀表整體品質，縮短與進口儀表差距，國內精密儀表需求從20世紀50年代至今，對進口的依賴程度未有減小，究其原因：加工工藝達不到設計要求，而焊接工藝是至關重要的一環，展開精密儀表焊接工藝研究，提升焊接工藝及水平，是保證儀表品質的有效手段。（2）焊縫質量的穩定性和均一性。采用智能裝備焊接技術，設置穩定的焊接參數（焊接速度，變位系數，焊接電流，電壓）可直觀的保證焊縫的質量。人工焊接，在焊接參數中得不到可靠的保證，而且工人的基本素質技能也是因人而異，焊接生產作業量及質量做不到均一性。（3）改善作業環境。采用機器人智能裝備焊接設備，操作工人使用此設備進行簡單的操作，只需要對相應焊接工件輸入一些簡單參數，停開機操作。遠離了焊接產生的有害弧光、焊接煙塵煙霧和鐵水飛濺等。對于工件的連續焊接和點焊，機器人智能裝備焊接設備都能夠完成，工人無需使用手工焊鉗，降低高強度的體力勞動。（4）提高生產效率。機器人智能裝備焊接設備可連續24h進行生產。使用此設備焊接，可以高速高效焊接，明顯的提高了生產效率。（5）產品周期及產量。機器人智能裝備焊接設備的節拍固定，在生產計劃的安排上更加合理，明確。（6）減小投資，和換型生產的周期。機器人智能裝備焊接設備可實現產品小批量的自動化焊接作業。在生產過程中換型操作簡單，工人操作機器人控制器調用相應產品型號與之對應的程序，快速的更換產品型號的更換工作。

3焊接工藝介紹

現階段的焊接工藝在操作人員上分為手工焊、自動焊。自動焊包括機器人焊接，專機焊接，然而在焊接柔性方面機器人智能裝備焊接技術常用氣體保護焊（電弧融化極氬弧焊、富氬混合氣體保、鎢極氬氣保護焊）、等離子弧焊、融焊、釬焊以及激光焊等。

4機器人智能焊接技術

4.1機器人專用弧焊電源技術。弧焊電源是機器人智能裝備焊接設備的重要環節。弧焊電源應具備良好的電氣性能，動特性，能夠使機器人智能裝備焊接的功能發展到最大限度。逆變弧焊電源系統已經發展成熟，該系統設計設備具體積小，質量輕，高效節能，控制靈活，動特性好。具備精細的波形控制技術，焊接工作頻率寬廣（20～200kHz），適用于機器人智能裝備智能焊接。數字化控制是弧焊電源設計中的重要組成部分，具備穩定的焊接參數、電網電壓波動小、元器件溫升及老化影響小，重復精度高，焊縫成形好，質量穩定，可以采用DS快速響應，控制系統精確的給定控制指令，使電源輸出穩定，輸出的電流波形和電弧電壓種類多，高速穩定調節適應于多種焊接電源要求。4.2焊接機器人系統仿真技術。機械手的仿真技術，在機器人智能裝備焊接設備的設計過程中使用機器人控制系統、Auto-CAD和計算機3D建模等圖形設計軟件，在計算機中以仿真動畫形式呈現出來，然后對機械手手臂進行控制、運動正反解分析，在實際運行中環境中遇到的抗干擾和避讓問題進行運動仿真模擬。設計模型通過ANSYS等分析軟件在力學、光學、電磁學、流體學等環境中分析，達到最實用，最可靠的設計，通過這種方法可以很好地解決遇到的問題。4.3多設備的協調控制技術。按照常規設計進行，機器人智能裝備是一臺機器人系統或工作站，包括焊接電源，機器人控制柜，焊接機器人本體及焊接夾具等。通常工人操作中只對焊接夾具及變位機、焊接機器人和弧焊電源集成，才能發揮其更好的作用。當焊接設備具有多個焊接機器人時，多套系統進行集成，如何做好多套機器人合作，使用多套設備協調控制技術。4.4焊縫實時跟蹤技術。機器人智能裝備焊接設備使用焊縫實時跟蹤技術，保證良好的焊接質量。焊縫的實時跟蹤受設備、環境、溫度、材料等諸多因素影響。焊接在不同的環境等諸多因素中進行時，焊接參數就要跟著變化，應力的變化，會使焊縫發生偏離，就會出現質量缺陷等嚴重情況發生。焊縫質量實時檢測，隨時對焊接參數及路徑進行調整，才能保證焊縫質量。要想實現焊縫實時跟蹤技術，必須實現焊縫跟蹤控制理論與方法和傳感器技術。（1）焊縫跟蹤控制理論與方法。使用焊縫跟蹤控制技術，常用的控制理論與方法有以下幾種。①焊接過程中，在焊接軌跡方向上，焊槍相對工件按照每移動固定的距離，就完成一次調整，或者說，每移動固定的距離，控制器向傳感系統發出一次位置指令，焊槍依據系統給定的相對位置進行移動，進行焊接作業。②在焊接過程中，以固定的時間間隔控制器向控制系統發送位置請求的指令，焊槍依據系統給定的相對位置進行移動，從而進行焊接作業。③焊接過程中，在焊接速度方向上，提前確定焊縫線路，傳感器對焊縫前段（未開始焊接）進行跟蹤，向控制系統發送位置請求指令，焊槍依據系統給定的相對位置進行移動，進行焊接作業。以上幾種控制理論直接關系到焊縫自動跟蹤技術的關鍵，所有這些焊縫自動跟蹤技術都離不開傳感器進行實時傳輸數據，數據指令傳輸到控制系統，控制系統分析處理后，隨時發送位置指令，依據位置請求指令進行下一步動作。（2）傳感器技術。傳感器技術不斷飛速發展，在原有傳感器上突飛猛進，出現一代又一代的智能傳感器。在機器人智能裝備焊接設備中使用廣泛，為智能化設備研究起重要的推動作用。在智能裝備焊接設備中長使用電弧傳感器及光傳感器，然而兩種的原理各有不同。電弧傳感器的原理是從焊弧中獲得相應焊縫偏差信息的，不添加外設裝置設備，使用方便，成本較低，實時性良好等優點。然而光傳感器中多使用視覺識別，是傳統的光傳感器與圖形識別及處理系統綜合集成的現代先進生產技術，有效的提高了智能焊接裝備的適應能力及產量和質量的提高。①路徑規劃及編程仿真技術。利用計算機進行圖形建模，依據現場設定焊接作業的工作環境，采用動畫仿真模式進行焊接路徑規劃，通過機器人智能焊接裝備設置對相應的規劃路徑信息進行分析，利用規劃路徑的算法進行科學的分析，結合仿真技術，得出詳細的焊縫規劃路徑。設置焊接材料，焊絲數據，焊接任務等參數，通過計算算法分析得出焊接程序，機器人智能焊接裝備焊接設備依據焊接程序對工件進行焊接作業，完成智能化焊接，保證焊接質量。自動編程仿真技術以焊接任務、焊接軌跡、焊接參數等為基礎，針對于機器人智能焊接裝備運用與研究有著重要的推動作用。自動編程技術在焊接的各個環節中能夠獨立完成相應的實施目的，具備高智能化、高效率、高精度等優良特點。②遙控焊接技術。遙控焊接技術是指工作人員在離開現場，在安全的環境中對設備進行焊接或遠程監視和控制，達到整個焊接完成的相關焊接工作。在一些特定場所不適合人員進入該現場進行操作，會危害人身安全的環境，如核電廠反應塔等設備維護，石油海上工作站，高溫高壓環境等都不適合焊接工作人員進入現場進行焊接作業，所以遙控焊接技術是完成相關工作的必然物。

5結語

在先進的工業制造技術發展趨勢，焊接是工業制造中重要的組成部分，機器人智能裝備焊接設備的研制，已是焊接設備的發展趨勢，柔性集成、智能制造已是工業制造技術的趨勢，現代機器人智能裝備焊接制造，是自動化焊接的重要發展環節及工業制造技術前進的動力。

參考文獻:

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作者:甘濤 魏國軍 劉強 陳銳 單位:重慶工業自動化儀表研究所