機器人在焊接作業中的應用現狀及未來趨勢分析

楊 文

（湖南信息職業技術學院，湖南 長沙 410000）

0 引言

近幾年，我國的科技技術取得了較好發展，工程機械行業中也逐漸向智能化、科技化、自動化的方向發展。焊接技術在結構件生產的過程中屬于一種基礎工藝，焊接技術隨著科技的不斷發展，已由最初的手工焊接、半自動焊接發展至現在的機器人焊接，工藝日漸成熟。 焊機機器人的應用，極大的提升了工程的生產效率，為焊接工人提供了良好的工作環境，有效提升了焊接生產的水平和質量[1]。

1 焊接機器人概述

焊接機器人顧名思義就是由焊接設備、 機器人兩部分構成，通過遠程操控機器人實施焊接技術，可不受周邊環境的影響，有效避免了環境、溫度對人工作業的影響。焊接在機械制造中具有十分重要的地位，對設備的安全、穩定有著重要的影響，焊接機器人也屬于工業機器人，將焊鉗、焊槍安裝在機器人的末軸處，使機器人具備切割、焊接的技能[2]。

在工業生產制造中應用焊接機器人還具備幾個方面的優點：第一，機器人的工作狀態較為穩定，有效提升焊接的水平和質量， 只要在前期的規劃工作中，將焊接機器人工作的內容和焊縫軌跡進行規劃，就可以保證其在不斷電的狀態下能穩定工作。 第二，機器人在工作狀態穩定的同時， 還能有效提升工作效率，我們常說“像個機器人一樣工作”，焊接機器人開始運行工作時， 能保持高效的工作效率， 可以24 小時工作，避免時間的浪費。第三，有效改善了工人的工作條件，機器人對工作的環境要求較低，完全能夠在人無法工作的環境條件下依舊保持穩定的工作狀態。 同時，焊接機器人也存在一定的缺點，第一，在前期，應充分準備好焊接作業所需的技術條件，如果出現異常情況，機器人就會停止工作，對生產制造造成不利影響。 第二，焊接機器人的日常維護、養護工作較為復雜、繁瑣，不僅需要對機械、電氣方面進行維護，還需要對預設的操作系統等一些軟件進行維護， 而且，機械方面出現故障比較容易解決， 但是系統上出現bug就會嚴重影響機器人穩定的工作狀態，情況嚴重時還會出現宕機的現象[3]。

2 焊接機器人應用現狀

2.1 工作站

工作站主要是指焊接工藝較為簡單，焊接機器人的位置是固定的，只需將焊接機器人在工作臺上固定好，通過傳輸設備將所用的焊接工件傳輸到焊接位置上，通常這種傳輸設備也會選擇用工業機器人進行操作。一些較為簡單的工件的變位也可以選擇采用移位機器人對變位機進行移位操作，以此來保障焊接工藝能夠流暢的進行銜接。 對大型的、復雜的焊接工藝就需要通過流水線將焊接流程進行分類處理，通過多臺焊接機器人互相配合進行焊接作業，這種也稱作生產線， 焊接機器人的工作站性質主要分為以下幾類：第一類，箱體工作站。 此類工作站使用焊接機器人主要對一些生產量較大、質量尺寸要求較高的箱柜行業中的箱體進行焊接，比如保險箱、保險柜、大型的集裝箱等[4]。第二類，不銹鋼透氣室工作站。主要是對不銹鋼進行焊接， 因為在對不銹鋼進行焊接的過程中常常會出現不銹鋼受熱后發生變形的現象， 因此就需要采取激光焊接技術對其進行焊接，比如對激光發射器、激光掃描跟蹤設備、水冷設備等的焊接，對一些需要變位的焊接位， 還應采用移位機器人或變位機進行操作。 第三類，軸類工作站。 主要為一些專門生產低壓電器的行業所需要的萬能式斷路器的轉軸進行焊接研發的焊接機器人，所需要的設備有焊接機器人、移位機器人、焊槍和控制系統等。現階段，在一些電力、電氣等需要用到精密度較高的轉軸中廣泛用到此類工作站，對人工焊接技術相比較， 軸類焊接機器人的生產效率高、精密度較高。 第四類，水下焊接的工作站。 近幾年，水下工程的發展較為迅速，有許多的機械設備都需要在水下進行焊接和安裝，針對這一問題，采用特殊材料研發出了可以在水下或是其他一些人工無法進行焊接安裝的焊接機器人進行工作。

2.2 生產線

生產線主要是將具有不同功能的焊接機器人，依據流水線作業的方式將其進行連接， 以此讓上下 （前后）焊接工序能夠有效的銜接在一起，各個點位的機器人只需要承擔一種焊接工藝，各司其職，通過傳輸設備將需要進行焊接的工件傳送至焊接工序點進行焊接。采用生產線這種焊接方式不僅能夠在很大程度上減少人力成本的投資，還可以確保長時間穩定工作，僅僅只用投入一小部分的精力對生產線上的所有設備進行維護即可。通常生產線主要是應用在汽車的制造過程中。現階段， 全世界大部分的汽車制造都已形成了規模較為完善的自動化生產線， 對車身的鋼架框架結構進行焊接都已全部由焊接機器人進行替代。 在日本的豐田汽車公司中，這一模式發展的最為成功，該公司最早是采用電焊機器人進行焊接，不僅有效增強了焊接質量，還提升了汽車生產的工作效率， 大大縮短了成品的制造時間，在極短的時間內迅速占領了我國汽車市場，在這之后，德國、美國等一些汽車制造大國也開始紛紛在汽車制造領域應用焊接機器人生產線進行生產制造。當前，我國國內的汽車品牌如哈弗、傳祺和奇瑞等也已開始在汽車制造中應用焊接機器人生產線， 有效地提升了我國國產汽車的生產質量， 在近幾年中也逐漸獲得了消費者的認同和好評。

3 焊接機器人發展趨勢

3.1 對焊接機器人的控制系統進行優化

當前，大部分投入使用的焊機機器人其控制系統都是預先設計好的，通過電子計算機的終端對機器人的焊接工藝進行控制和操作。而預先設計好的操作控制系統無法進行遠程操控或者是離線更改，如果控制系統出現異常情況，或者是系統本身出現bug，就會使整個生產系統出現癱瘓。 因此，未來的焊接機器人的控制系統，主要是向智能化、模塊化的方向發展，最終達到能夠遠程操控、離線編程的目的。

3.2 焊接機器人的網絡通信功能

現階段，大部分使用的焊接機器人都是單機工作的，缺少網絡鏈接技術應用，機器人缺少網絡控制的功能，因而只能是進行單一的、重復的工作。 目前，網絡通信技術的發展處于日新月異的狀態，因此，實現焊接機器人的網絡化，具有較大的發展前景，在焊接機器人中連接網絡也能夠實現遠程操控的目的，具有十分重要的意義。

3.3 對焊接機器人的操作結構進行優化

在最初，研發焊接機器人就是為了焊接工藝設立的，導致其結構系統較為單一化，無法在其他方面充分應用。而在未來，隨著智能化的機器人的出現，將會取代傳統的結構單一的焊接機器人，因此，在焊接機器人的操作結構上，應加大研發力度，改變其單一化的結構模式。

3.4 焊接機器人的傳感技術

在焊接機器人進行工作時，傳感器發揮了巨大的作用，通過傳感器，可以控制焊接機器人的工作位置、工作速度等，同時，為了確保部分焊接點位的精確度，還會在焊接機器人上配備壓力傳感器、 激光傳感器等。 但是這些傳感器在惡劣的環境下，無法精確的確定焊接點位，具有一定的誤差。因此，在未來的焊接機器人中，傳感技術會從聲覺、觸覺、視覺等偏向于人類功能的發現發展。

4 結束語

綜上所述，在目前的工業制造過程中，焊接機器人的應用具有十分顯著的效果，特別是在汽車制造等方面，焊接機器人技術得到了廣泛的應用，在未來的發展過程中，人工智能化、環保化是焊接研發焊接機器人的主要發展方向， 對焊接機器人的操作結構、控制系統進行優化，能夠有效地提升焊接機器人的工作效率和工作質量，使自動焊接技術的發展邁入一個新的里程。