自動焊接技術在機器人技術加工中的應用現狀

紀景周 明碩

摘要：近年來，焊接機器人技術的研究與應用，在焊縫跟蹤、信息傳感、智能控制等方面都取得了突出的成果。隨著計算機技術、智能控制技術和人工智能技術等先進技術的不斷發展，焊接機器人技術領域還有很多等待我們去認真研究的問題，特別是焊接機器人的視覺控制技術、智能化控制技術、嵌入式控制技術等方面將是未來研究的主要方向。

關鍵詞：焊機機器人;應用現狀;發展趨勢

1 焊接機器人的分類

1.1弧焊機器人

弧焊機器人不只是一個簡單的操作運動機構，是包括各種電弧焊附屬裝置在內的柔性焊接系統，因此，它的性能有特殊要求。在電弧焊接中，火炬尖端應珠沿預定軌跡，并且連續地形成焊縫填充金屬。

1.2 點焊機器人

汽車工業是一個重大的點焊機器人系統的應用，在該組件中的每個車體，當身體中，焊料接頭的約60%是由機器人完成。點焊機器人逐漸需要有更好的工作性能，主要有：1）與點焊機的接口通訊功能;2）工作空間大;3）點焊速度與生產線速度相匹配，快速完成小節距的多點定位（大約每0.3―0.4s移動30―50mm且準確定位）;4）持重大（50―100kg），以便攜帶內裝變壓器的焊鉗;5）定位準確，精度約±0.25mm，以確保焊接質量。

1.3 焊接機器人使用其分類方法的不同軌跡

按下電源驅動方法的不同點，每個焊接機器人以下幾類：1）氣壓驅動。壓力0.4-1.0MPa。其主要優點是氣動氣方便，驅動系統具有圓筒型，氣動驅動結構簡單，成本低，維護方便的緩沖作用;主要的缺點是該裝置的尺寸大，定位精度不高;2）液壓驅動。電能質量液壓驅動系統，既快又好，而且速度液壓驅動的大，傳動平穩，高效率的內在比較簡單，通過閥門無級變速在很寬的范圍內流動;其主要缺點是我們需要泵液壓站，易漏油，這不僅影響穩定性和定位精度，而且還污染環境;3）電氣驅動。電驅動是利用由馬達或多種轉矩產生的力，無論是直接或通過減速機構來驅動負載，以獲得所需的機器人動作。由于電驅動器是容易控制的精度高的運動，使用方便，成本低，效率高的車程，不污染環境等諸多優點，是最常見的，大部分應用為導向的方法。目前生產的機器人大都采用交流伺服電機驅動。

2 我國焊接機器人應用現狀

經過幾年的摸索實踐，進入90年代初期以來進臼焊接機器人的大多數廠家基本上注意到了這些問題，大都隨機器人本體購置了比較完善了的外圍設備，如變位機、移動回轉裝置以及部分傳感系統，并注意到購進后與廠商維持技術服務、人員培一訓、管理方法等基本環節。同時開展與國內科研院、所及高等院校的技術合作，委托或配合進行焊接機器人外圍設備的功能開發、軟件編程等工作，使得近年來的焊接機器人應用具有一定的成效和積極影響。

焊接機器人系統的操作編程開發。這里主要是指對焊接機器人系統的操作性與離線編程功能的開發。大部分應用單位都已注意到熟練操作焊接機器人并盡可能地通過軟件編程開發其功能的重要性。對于初次引進焊接機器人的單位，進行這項工作的實際而有效的途徑是首先要充分利用制造廠商的售后技術服務，抓住本單位操作技術人員的培訓環節，仔細研讀隨機技術文件，熟練實際操作。

3 焊接機器人的最新應用技術

機器人技術、焊接技術和系統工程技術融合在一起構成了焊接機器人應用技術，這幾項技術的融合程度決定了焊接機器人在在實際生產中應用程度及其特性的發揮程度。目前，焊接機器人技術研究主要集中在焊縫軌跡的跟蹤技術、多個機器人協調控制技術、專用弧焊電源技術、焊接機器人系統仿真技術、機器人用焊接工藝方法、遙控焊接技術、離線編程與路徑規劃技術等。另外，最新的焊接機器人應用技術包括伺服焊鉗技術、雙絲焊接技術、激光/電弧復合熱源焊接技術和電源融合技術等。

3.1 伺服焊接技術

點焊機器人焊鉗按電極臂加壓驅動方式可分為氣動驅動和伺服驅動兩類。伺服驅動采用伺服電動機作為動力源，完成焊鉗的張開與閉合，張開度可根據實際焊接需要任意選定并預置，電極間的壓緊力也可以實現無極調節。伺服驅動可提高焊接工件表面的質量及生產率，也可改善工作環境。總之，點焊機器人伺服焊鉗是焊接機器人應用技術的發展趨勢。

3.2 雙絲焊接技術

焊接薄板時采用雙絲焊接技術可顯著提高焊接速度，焊接厚板時可提高熔敷效率。采用雙絲焊接技術，在熔敷效率增加時，可保持較低的熱輸入，且熱影響區小，焊接變形小，焊接氣孔率低。

3.3 激光/電弧復合熱源焊接技術

激光焊接技術和氣體保護焊接技術兩種焊接熱源同時作用于一個焊接熔池的技術成為激光/電弧復合熱源技術。這種焊接技術對工件的裝配間隙要求低，消除了激光焊接存在的固有缺陷，使焊縫更加致密，同時還能提高電弧的穩定性和功率密度，提高焊接速度和焊縫熔深，具有熱影響區小，變形低，消除起弧時的不良缺陷等優點[2]。

3.4 電源融合技術

電源融合技術是將焊接機器人的焊接設備的電源和機器人的電源相融合，改善傳統焊接機器人焊接焊接設備與機器人之間數據交換量有限的缺點。目前，日本松下的TAWERS焊接機器人實現了機器人與高性能焊接電源的完美結合，采用全軟件高速波形控制技術，可控制焊接熱輸入，實現焊接飛濺極小化，非常適合于高速焊接。

3.5 焊接機器人在高職高專焊接機實訓中的應用

高職高專院校教育對接市場產業的發展，工業機器人技術將成為高職高專院校機電類、自動控制類專業的新型發展方向。焊接機器人實訓更是成為焊接技術及其自動化專業必備的實訓項目。通過ABB焊接機器人工作站，可實現對焊接機器人系統構造和基本操作的教學，讓學生可以學習如何搭建焊接機器人系統和相關焊接機器人的維護與故障排查技能、焊接軌跡在線示教編程、焊接軌跡在線語言編程、焊接軌跡離線編程等，并可配合變位機工作臺實現復雜空間焊接軌跡的應用，在實現基本教學的基礎上完成更加綜合的教學內容。

4 結語

焊接機器人現階段在工業生產上的應用成效不錯，尤其是在汽車、輪船等制造業上的應用最為廣泛，未來其在人工智能化的發展是主要的研究方向，優化其結構功能提高其工作效率對于人類工業的發展勢必又是一個新突破。

參考文獻：

[1]呂超榮.焊接機器人技術現狀與發展趨勢的研究[J].辦公自動化，2015（1）：52-53+51.

[2]許燕玲，林濤，陳善本.焊接機器人應用現狀與研究發展趨勢[J].金屬加工（熱加工），2010（8）：32-36.

[3]施春芳.焊接機器人技術現狀和發展趨勢的研究[J].中國科技投資，2012（30）：161.