自動化焊接技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用策略

劉繼業(yè)

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司設(shè)計研發(fā)中心，天津 300450）

隨著我國對于工業(yè)制造領(lǐng)域的需求，為追求焊接的質(zhì)量標準、產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)、降低焊接成本等因素，自動化焊接技術(shù)的應(yīng)用需求也越來越大。如何加強生產(chǎn)中的自動化焊接技術(shù)，滿足這些需求，這是非常值得研究的問題。

1 自動化焊接技術(shù)應(yīng)用的意義

因當今世界科技的迅猛發(fā)展，我國如果想在機械工程領(lǐng)域獲得一定的地位，就必須大力推行自動化焊接技術(shù)[1]。通過將自動化智能控制系統(tǒng)運用到對于設(shè)備和構(gòu)件的焊接中去，可以提高整個產(chǎn)品生產(chǎn)的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，既能滿足大批量生產(chǎn)的需求，也能降低相應(yīng)的勞動與生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。同時，因為焊接的過程采用機器人進行操作，可以非常有效地降低焊接對于人體的傷害，所以自動化焊接技術(shù)也是具有極高的人文主義關(guān)懷精神的[2]。此外，自動化焊接技術(shù)對于焊接品質(zhì)的增強和對于繁多的焊接要求的滿足，符合我國對于工業(yè)生產(chǎn)大國進程的需求，是一項具有極高社會發(fā)展價值的工業(yè)技術(shù)。

2 自動化焊接技術(shù)的特點

2.1 功能更加全面

如今為了迎合機械化生產(chǎn)的需求，機械制造企業(yè)所使用的自動化焊接設(shè)備都是體形較大、功能和系統(tǒng)較為全面的，同時，各企業(yè)也非常注重對于新的自動焊接技術(shù)的引入，通過技術(shù)的革新來達到企業(yè)業(yè)務(wù)能力的拓展。而更加全面的自動化焊接技術(shù)和更加全面的自動化焊接功能，正是機械制造企業(yè)對于多種多樣的機械制造生產(chǎn)線的形成所需要的。

2.2 更加數(shù)字化和智能化

為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的科學性和可持續(xù)生產(chǎn)性，數(shù)字化和智能化已然成為當今各生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)所必須迎合的內(nèi)容，而自動化焊接恰好就是數(shù)字化與智能化的完美融合。通過結(jié)合自動化焊接技術(shù)與自動化焊接設(shè)備的使用，可以實現(xiàn)非常全面的智能操作和數(shù)字管理，這不僅有助于實現(xiàn)復雜的焊接動作，同時也能讓焊接的效率得到顯著提高，從而為產(chǎn)業(yè)化、批量化的焊接實現(xiàn)提供了足夠的可能性[3]。此外，因為自動化焊接采用了高度的數(shù)字化和智能化設(shè)備，其不但可以完美實現(xiàn)產(chǎn)品所需的各種焊接任務(wù)，同時也能有效地處理焊接時因原材料受熱導致的形變，對于焊接產(chǎn)品質(zhì)量的影響，這是傳統(tǒng)的手工焊接所難以達到的。

3 自動化焊接技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用策略

3.1 質(zhì)量第一的基本原則

為加強自動化焊接技術(shù)的應(yīng)用，提高自動化焊接技術(shù)的品質(zhì)和水平，保證自動化焊接技術(shù)的使用價值，就必須堅持質(zhì)量第一的原則。質(zhì)量永遠是生產(chǎn)的重中之重，只有產(chǎn)品的質(zhì)量過硬，才能提高產(chǎn)品的市場競爭力，保證市場對于企業(yè)產(chǎn)品的需求，這是自動化焊接技術(shù)所必須要強調(diào)的一個基礎(chǔ)原則[4]。

3.2 創(chuàng)新的工件檢測方法

隨著自動化焊接技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的工件檢測方法如利用工人肉眼觀察進行檢測存在著速度慢、對于檢測人員需求量大、對于檢測人員的技術(shù)要求高等特點，因此需要有足夠創(chuàng)新的工件檢測方法來確保自動焊接的質(zhì)量[5]。目前，世界上最主要的機械工件檢測方法是運用圖像處理技術(shù)進行工件檢測，常稱為焊縫無損探傷法，包括射線探傷法、超聲波探傷法和磁粉探傷法。其原理及其優(yōu)缺點見表1。

表1 焊縫無損探傷法原理及其優(yōu)缺點

3.3 做好圖像預(yù)處理工作

自動化焊接圖像預(yù)處理工作是確保焊縫圖像質(zhì)量和焊縫坐標精準度的關(guān)鍵，其重點是確保在圖像輸入的過程中，能夠準確地降低和消除原始自動化焊接圖像中無用或者存在干擾性的信息，例如對自動化焊接圖像進行增強和復原以及變換等操作[6]。

此外，對于很多表面并不平滑的機械焊件，為規(guī)避光照、信號干擾等因素，應(yīng)對自動化焊接圖像進行濾波、增強、二值化等方面的處理，保證自動化焊接圖像質(zhì)量和焊縫左邊的精確。

3.4 加強孤點濾波工作的開展

在自動化焊接圖像處理過程中會有孤立點出現(xiàn)在閾值分割的基礎(chǔ)上，所以為了處理這些孤立點帶來的對于自動化焊接圖像的影響，就需要采取相對應(yīng)的算法進行過濾。常見的孤立點過濾法為標記法，即在逐步掃描自動化焊接圖像的過程中，標記目標區(qū)域，并設(shè)置閾值，然后對于每個標記點的像素進行分析和確定，與所設(shè)置的閾值比較，最終去小保大。

3.5 注重邊緣檢測工作

對于自動化焊接圖像邊緣檢測可以大幅度地減少數(shù)據(jù)量，并且能夠很好地篩選信息的相關(guān)性，尋求并保留自動化焊接圖像重要的結(jié)構(gòu)屬性。因此，切實注重對于自動化焊接圖像的邊緣提取與檢測，結(jié)合實際需求確定算法，明確信噪比，達成精度定位，保證單邊緣響應(yīng)，然后通過一維高斯函數(shù)對自動化焊接圖像實施低通濾波處理，最后再對自動化焊接圖像梯度值進行計算，確定自動化焊接圖像的梯度方向，以此來確定并把握自動化焊接圖像的特征。

3.6 做好攝像機位置的標定工作

攝像機位置的標定會直接影響焊接的質(zhì)量，一旦攝像機的位置出現(xiàn)偏差，那么必然會導致圖像的變形和扭曲，從而導致焊接質(zhì)量問題。因此，對于攝像機模型進行標定工作，掌握好實際過程中每個點的坐標與自動化焊接圖像中坐標的轉(zhuǎn)換關(guān)系，確保攝像機的攝像質(zhì)量，實現(xiàn)坐標的準備定位，其操作表現(xiàn)為，通過控制焊接機器人的焊縫運動，記錄其實際坐標值并與自動化焊接圖像上的坐標值進行對比，以此確定是否存在偏差，然后進行調(diào)整[7]。

3.7 完善自動化焊接系統(tǒng)的調(diào)試工作

在實際機械焊接之前，還應(yīng)做好自動化焊接系統(tǒng)的調(diào)試，通過調(diào)試去驗證是否能達到焊接所需要的要求。具體操作流程為：

1.上電前檢測，主要為電路檢測。

2.電源電壓的檢查，確保電壓符合機器的要求。

3.檢查控制器的輸入和輸出。

4.下載程序，包括控制器程序、觸摸屏程序、顯示文本程序以及自動化焊接所需要的其他程序等。

5.參數(shù)調(diào)試，包括各方面的參數(shù)。

6.設(shè)備功能的調(diào)試，包括設(shè)備的報警功能，焊接機器人自動焊接頭是否橫向收縮、接頭焊接收縮量等，其中焊接機器人自動焊接頭橫向收縮影響因素和影響方式如表2 所示。

表2 焊接機器人自動焊接頭橫向收縮影響因素

7.系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，在完成單臺設(shè)備的調(diào)試后進行前機與后機的聯(lián)機調(diào)試。

8.連續(xù)長時間地運行，檢測設(shè)備工作的穩(wěn)定性。

同時，應(yīng)在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)問題，確定焊接過程中可能出現(xiàn)的誤差因素等，并對最大偏差值和評價偏差值等信息進行分析，合理地規(guī)避可能的誤差，從而實現(xiàn)自動化焊接的準確性，保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 總結(jié)

自動化焊接技術(shù)不僅滿足了工業(yè)機械生產(chǎn)日益增長的生產(chǎn)需求，同時也為工業(yè)機械化生產(chǎn)的革新與突破提供了可能。因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動化焊接技術(shù)更好地在機械制造中的應(yīng)用，企業(yè)不僅要不斷引進新的焊接設(shè)備去迎合生產(chǎn)需求，同時也要注意人才的培養(yǎng)，通過人才來實現(xiàn)技術(shù)的革新和產(chǎn)品質(zhì)量的把控，讓自動化焊接技術(shù)能夠在未來的機械化生產(chǎn)中發(fā)光發(fā)熱，最終實現(xiàn)其時代性的產(chǎn)業(yè)發(fā)展任務(wù)。