焊接機器人關鍵技術及應用發展現狀初探

鄭建勇

[摘 ? ?要 ]文章重點分析焊接機器人的關鍵技術以及應用發展現狀，對焊接機器人的具體組成和分類進行詳細闡述。以此為基礎，對我國焊接機器人目前應用和發展現狀進行詳細分析，目前由于焊接機器人的零部件價格過于昂貴，同時復雜焊件焊接編程問題相對比較嚴重，導致焊接機器人的整體應用效果并不是很理想。因此，要結合實際情況，促使焊接人可以利用弧焊電源，實現焊接機器人傳感技術的合理應用，以此來推動焊接機器人的未來可持續發展。

[關鍵詞]焊接機器人;關鍵技術;應用發展;發展現狀

[中圖分類號]TG409 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]This article focuses on analyzing the key technology and application development status of welding robots， and elaborates on the specific composition and classification of welding robots. Based on this， a detailed analysis of the current application and development status of welding robots in my country is carried out. At present， due to the excessively expensive parts and components of welding robots， and the relatively serious problem of welding programming of complex weldments， the overall application effect of welding robots is not very good. ideal. Therefore， it is necessary to combine the actual situation to encourage the welder to use the arc welding power source to realize the reasonable application of the welding robot's sensing technology， so as to promote the future sustainable development of the welding robot.

[Keywords]welding robot; key technology; application development; development status

焊接工作在具體展開中，其自身環境相對比較惡劣，同時具有高強度工作特點，對于操作人員而言，其自身熟練性以及專業技術水平要求普遍比較高。特別是新時期背景下我國經濟快速發展，人們日常生活質量和水平的提升，一線焊接工人數量有明顯下降趨勢。焊接機器人的出現，能夠對供需矛盾起到良好的緩解作用，促使人們能夠將更多時間投入到具有創造力特點的工作當中。焊接機器人在應用時，能夠保證焊接生產效率的提升，盡可能避免由于人的因素影響而帶來的一系列誤差問題發生。對于我國工業發展而言，也可以起到良好的推動效果。

1 焊接機器人的組成

焊接機器人系統在構建和應用時，主要是由機器人系統、焊接系統以及焊接外部傳感系統等組合而成。機器人系統主要是以機器人本體、控制柜等零部件組合而成，焊接系統則是以焊接電源以及送絲機構等組合而成。焊接輔助系統在應用時，主要是指焊接工裝夾具等，焊接外部傳感系統在應用時涉及的內容相對比較多，包括采集焊接環境信息、視覺傳感器等。焊接綜合處理以及控制系統主要是針對焊接現狀展開有針對性地處理，促使焊接機器人能夠實現穩定有效運行。

2 焊接機器人應用和發展現狀

2.1 焊接機器人的應用情況

根據相關數據統計結果可以看出在，2019年我國的焊接機器人保有量大概為83081臺。與2018年相比有明顯上升趨勢，增加了18%。在工業機器人保有量當中的占比可以達到32.4%，與現階段相關數據統計結果進行結合，發現近年來我國焊接機器人的銷量呈現出波浪式增長狀態[1]。焊接機器人在整個工業機器人當中占比有明顯上升趨勢，但是近年來在工業機器人當中的占比有所下降，該問題出現的主要原因是焊接機器人在焊工當中的擁有量與我國工業機器人平均密度相比要更高一些。根據相關數據統計結果，我國在2018年焊接材料的整個產量為568萬t，扣除出口部分后，與我國國內自身消耗數量進行對比分析，保守估算2018年我國焊接工人數量大概為200萬人左右。在這一基礎上，2018年我國焊接機器人的整個行業力度大概為352臺，與同期工業機器人密度相比要高出36臺。據不完全統計，現階段焊接機器人在服務于焊接加工領域中的數量在全球工業機器人當中的占比可以達到一半左右[2]。由此可以看出，焊接機器人在我國的整個發展空間相對比較良好。如表1所示。

2.2 焊接機器人應用現狀

2.2.1 焊接機器人零部件價格昂貴

與目前焊接機器人的發展現狀進行結合發現，雖然焊接機器人應用范圍相對比較廣泛，焊接質量以及焊接效率有明顯上升趨勢。但是焊接機器人在應用時，仍然存在很多問題，由于我國工業機器人自身在關鍵核心零部件的研發方面受到技術限制影響。焊接機器人當中涉及的主要零部件基本上需要以進出口為主，導致國內焊接機器人自身零部件價格非常昂貴。工業機器人當中的核心部件一旦受到損壞影響，需要更換時，要耗費幾萬甚至幾十萬的成本費用[3]。比如機器人用精密減速機時，由于我國75%的精密減速機基本是由日本進口。對于國內關系比較良好的客戶而言，大概價格為7萬元，而對于普通用戶則需要10萬以上的價格，才能夠購買到1臺精密減速機。整個供貨周期相對比較長，對于焊接生產企業也自身的生產計劃而言，將會造成非常嚴重的阻礙影響。特別是焊槍等這些零部件自身的損壞率相對比較高，整個價格通常在1萬左右，導致很多企業根本無法承擔購買焊接機器人的費用，對于國內“機器換人”的腳步造成了非常嚴重的阻礙影響。

2.2.2 復雜焊件焊接編程問題

焊接機器人自身在編程方面通常會包括視角編程以及焊接工藝參數編寫，對于相對比較復雜的機器人焊接而言，焊縫相對比較多，需要耗費大量的時間和精力對其展開有針對性的示教。對于存在變角度坡口焊縫而言，通常需要利用多層多道焊接方式，實現對現有工藝參數及時有效地調試，整個過程中需要耗費的時間和精力也相對比較多。多數復雜焊接通常需要對多個焊接參數進行準確有效地編寫和調試，通過長周期能夠對相關工藝參數進行確定，無形當中導致企業產品生產周期無限延長，企業自身競爭力也會受到影響，無法得到有效提升。

2.2.3 機器人與焊件相對位置發生變化

機器人與焊件自身位置發生變化之后，需要對視角問題進行重新設置，機器人焊機編程通常是以示教器為基礎，對機器手進行有效控制，促使其自身行走路徑能夠得到合理管控。焊槍末端到達指定位置時，由于受到對應動作命令影響，可以實現停留、送氣等一系列操作[4]。該指定點通常是按照變頻器或者焊接工裝當中的焊接工件進行確定，一旦焊接工件與機器人自身位置出現變化，需要對焊接程序進行重新示教，整個過程中需要耗費的時間和精力相對比較多。

3 焊接機器人技術發展現狀與趨勢

3.1 焊接機器人利用弧焊電源的研究

焊接機器人技術的整體發展形勢相對比較良好，與其配套的弧焊電源逐漸朝著高效、高性能的趨勢發展。由于數字化弧焊電源自身在焊接參數輸出時具有良好穩定性，焊接重復性普遍比較高。同時可以滿足各種不同類型焊接方法對于電源提出的一系列要求，以此為基礎，合理利用全數字化弧焊電源，對焊接機器人的發展而言具有非常重要的推動作用。現階段機器人通常是以數字化弧焊電源為主，雖然國內在這一方面已經展開一系列研究，同時有相關產品逐漸推向市場，但是在焊接穩定性以及精準性的控制方面，仍然與國外產品之間存在一定差距。需要在實踐中不斷完善和優化，這樣才能夠將弧焊電源的作用和價值充分發揮出來。

3.2 焊接機器人傳感技術

經濟的快速發展，我國已經全面進入到現代化智能化時代，焊接自動化以及智能化可以被看作是焊接行業發展的主要趨勢。傳感技術在應用時能夠實現焊接自動化以及智能化，機器人傳感技術在應用時，主要是在整個機器人焊接中獲取相關信息，實現對信息有效轉化和處理。相關信息的獲取能夠對該技術發展短板起到良好的制約效果，針對具有穩定性和可靠性的傳感器而言，可以對焊接過程的整個狀態進行實施有效地檢測，為質量控制效果提供保證。焊接傳感器在應用時，由于環境相對比較惡劣，很有可能會受到高溫、煙塵等一系列因素干擾影響。其中部分干擾因素無法去除，對于焊接傳感器的要求相對比較高。弧焊機器人經常會利用觸感接觸式傳感器或者溫度傳感器等，焊接傳感器在應用時，其自身是否具有非常良好的穩定性和可靠性，會直接影響到焊接過程特征信息的提取是否具有準確性。對于焊接過程的整個監控而言，具有非常重要的影響。在諸多焊接傳感器當中，接觸式傳感器以及激光視覺傳感器等，由于各自具有非常明顯的優勢特點，所以在應用時的范圍相對比較廣。

3.3 焊縫自動識別與跟蹤技術

在針對焊接機器人展開視覺傳感時，初期焊位識別以及焊接過程的焊縫跟蹤是其中非常重要的組成部分。同時也是保證焊接機器人自身能夠實現高效優質焊接的必要前提條件，焊縫自動識別被看作是焊接動作具體實施中的基礎組成部分，對于焊接機器人自身智能化水平提升而言具有實質性意義。由于加工以及裝配中存在一系列誤差問題，同時焊接中會出現不均勻溫度等情況，導致焊接變形或者焊縫形狀出現一系列變化。在整個焊接中要采取焊縫跟蹤技術，保證焊工狀態能夠得到及時有效地跟蹤處理，這樣能夠適當調整焊接路徑，為焊接質量提供保證。現階段該技術在應用時，主要是在傳感器以及控制技術基礎上展開，在傳感器方面，CCD在應用時的優勢特點相對比較明顯，能夠保證信息獲取以及處理時的可靠性和穩定性。在機器人焊接領域傳感器的應用中，可以實現與智能信息的有效融合，在控制方面可以利用模糊控制或者神經網絡控制等方法，實現焊縫自動識別與跟蹤處理。

4 結束語

經濟的快速發展對焊接機器人的應用提出了更高要求。焊接機器人在焊接生產中的應用，有利于保證焊接生產效率和質量的提升，能夠緩解焊接工人自身的工作壓力，保證焊接生產柔性化水平的提升，為焊接質量提供保證。雖然目前在焊接機器人應用中仍然存在很多問題，但是在實踐中，采取有針對性的對策，結合現實情況，與自動化、智能化技術手段進行結合，以此來推動我國焊接機器人的應用和發展。

參考文獻

[1] 王彩鳳，丁志遠，雷寧寧，等.焊接機器人在工程機械行業的應用現狀及發展趨勢[J].金屬加工（熱加工），2020（6）：3-6.

[2] 孟憲偉，肖玉龍，唐宇佟，等.焊接智能化的研究現狀及應用[J].電焊機，2019，49（9）：84-87.

[3] 李憲政.國內焊接機器人應用的快速發展及認識誤區[J].焊接，2019（4）：5-15，65.

[4] 張昊，黃永德，郭躍等.適用于機器人焊接的攪拌摩擦焊技術及工藝研究現狀[J].材料導報，2018，32（1）：128-134.