機器人智能焊接在工程機械平地機后車架中的應用

宋同凱

（沈陽新松機器人自動化股份有限公司，遼寧 沈陽 110169）

關鍵字：智能焊接；機器人；平地機后車架；電弧跟蹤；接觸反饋

1 人工焊接現狀

當前通過對平地機生產加工現場工作的總結，主要歸納出以下三個主要問題：

1） 工作環境差：長期在弧光、焊煙等有害環境下工作，會對人的皮膚、眼睛和肺器官等造成嚴重傷害，容易患電光眼、皮膚灼傷以及矽肺病等疾病；2） 勞動強度高，生產效率低：現場人工焊接完一個平地機后車架需要連續焊接6~7個小時，勞動強度高；3） 焊接質量不穩定：人工焊接時，由于焊接速度、焊絲干伸長等都是變化的，所以焊接質量很難保證均一性。

企業亟待通過引進焊接機器人來完成平地機后車架的焊接工作，旨在改善工人的工作環境，降低工人的勞動強度，提高生產效率，保證生產質量穩定，降低企業的生產成本。

2 生產中所需的機器人智能焊接技術

工人將組對好的工件放到變位機上用機器人進行總成焊接。由于工件各部件的來料尺寸精度誤差、組對誤差、各焊縫坡口間隙不一致以及最大焊腳要求10mm 等原因，導致傳統的示教再現型機器人無法滿足焊接需求。因此，機器人需要具備智能焊接技術作為支撐進行生產。

機器人智能焊接系統主要包括：位置點傳感功能、電弧跟蹤功能、多層多道功能、焊接參數實時調整功能以及連續運轉功能。

2.1 機器人位置點傳感功能

由于平地機后車架組對精度為±2mm，再加上在焊接過程中產生的焊接變形，進而導致焊縫的位置會發生變化，使得一般的示教再現型焊接機器人無法滿足焊接生產質量及多樣性的要求。

為此，機器人通過位置點檢測和三方向傳感功能，可以使焊接過程不受由于工件的加工、組對拼焊和焊接裝夾定位帶來的誤差的影響，自動尋找焊縫位置，保證能夠順利地焊接。具有精度高、可達性好、安全可靠等優點。

2.2 電弧跟蹤功能

由于車架部件的來料誤差、組隊誤差以及在焊接過程中產生的應力變形等原因，使得整條焊接軌跡發生位置偏差，從而使得一般的示教再現型焊接機器人無法滿足焊接需求。使用機器人的電弧跟蹤功能，可以實現位置出現偏差的焊縫的正常焊接工作。通過焊縫跟蹤功能，機器人可以分辨出焊接左右方向的偏移和焊接上下方向的偏移，系統運算自動實現糾正。保證焊縫在各個位置方向上的偏差，都可以進行準確的焊接。保證焊接成型，提高生產效率，提高產品合格率。

2.3 多層多道焊接功能

由于平地機后車架的焊縫焊后焊腳要求為6mm、8mm和10mm，對于6mm 和8mm 的焊腳可以焊接一道即可達到要求，但是對于要求達到10mm 的焊腳，而且還不能變為成船型位置的焊縫，需要進行多道焊接。焊縫長1000mm 左右，需要焊三道，人工難以一次完成，焊接強度大，質量很難保證一致。

通過多層多道焊功能，可以實現大型厚板高效率，高質量的焊接工作。在使用多層多道焊功能焊接厚板時，只需要示教根層的焊縫，之后通過設定偏移值來實現覆蓋層的焊接，大幅度提高工作效率。

2.4 焊接參數實時調整功能

在調試焊接工藝參數時，操作者可以根據焊接過程中的焊縫成形情況，實時調整焊接參數，直到達到要求為止，大幅提高焊接調試效率。并且，在實際生產中，操作者也可以根據實際情況進行參數的微調，從而保證焊縫焊接質量，經過調整后的工藝參數可以選擇是否保存。

2.5 支持連續運轉的功能

1） 焊絲干伸長補償功能，由于焊接收弧或清槍剪絲等原因，使焊絲干伸長發生了變化，導致位置點傳感時出現焊槍碰撞或檢測不到的情況，或者由干伸長變化引起的焊接質量不穩定等問題。為此，針對這一問題研發出焊絲干伸長補償功能，旨在保證焊絲干伸長不變，從而保證位置點傳感順利進行以及焊接質量的穩定，保證焊接連續運行。

2） 電弧重啟功能，通過電弧重啟功能，可以實現在焊接起始點起弧困難時，機器人進行小范圍移動，在不同地點起弧成功后，機器人回到焊接起始點繼續焊接。增加起弧成功率，保證系統連續運轉。

3） 粘絲自動解除功能，通過粘絲自動解除功能，機器人可以在焊接結束后，判斷焊絲是否粘在焊縫處。如果粘絲會自動解除，保證設備的安全以及車架焊接的連續性。

4） 配有焊槍清槍站，能夠實現自動清槍、剪絲和噴油，保持系統連續運行。

將清槍器放置在機器人底座上，使得清槍器與機器人的位置關系不變，編輯六軸系統作業即可快速進行清槍，無需將桁架運行到一固定位置進行清槍，提高工作效率。

3 平地機后車架機器人焊接工作站

該站配有機器人本體及控制系統（包括智能焊接軟件系統、外部軸控制系統以及PLC 控制系統等），采用三軸桁架及變位機結構，確保了機器人焊接工件時焊槍的可達性，保證焊槍始終在最佳姿態焊接，焊縫可達率在90%以上。機器人焊接時間為160 分鐘，焊后需人工補焊20 分鐘，總用時180 分鐘，只需一個工人將車架安裝在變位機上，再按下啟動按鈕即可，大大提高生產效率。

4 結語

根據現場應用的實際情況，可以總結以下兩點結論：1） 智能焊接機器人系統解決了客戶人工焊接的勞動強度高、生產率低、焊接質量不一致等問題，將平地機后車架生產效率提高一倍，降低了工人的勞動強度以及操作技術的難度，降低了企業生產成本；2） 機器人智能焊接技術解決了傳統示教型焊接機器人因來料尺寸精度誤差、組對誤差、各焊縫坡口間隙不一致造成設備無法滿足焊接要求的問題，節約客戶下料及組對配套設備成本。