弧焊機器人焊偏問題分析

霍厚志+杜啟恒+張?zhí)?張謙+王棟梁+齊俊滕

摘 要：介紹了焊偏問題及機器人焊接中為避免焊偏常采用的兩種方法，并在生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上總結(jié)分析了弧焊機器人在焊接過程中出現(xiàn)焊偏問題的原因。

關(guān)鍵詞：弧焊機器人；焊接過程；焊偏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.025

0 引言

進入21世紀，一方面伴隨工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人焊接技術(shù)不斷成熟，焊接機器人的價格在不斷下降；另一方面由于焊接工作環(huán)境惡劣、勞動強度大、對焊接工作人員熟練程度要求高，致使焊接生產(chǎn)企業(yè)招工難，用工貴；第三國家政策在大力鼓勵生產(chǎn)制造企業(yè)實施機器人換人。在這三重因素的作用下在過去的十年間我國焊接機器人的裝機量出現(xiàn)爆發(fā)式增長截止到2015年年底我國焊接機器人保有量約83081臺，預(yù)計未來十年我國焊接機器人的裝機量將保持兩位數(shù)以上增長[1-3]。在焊接機器人的使用快速普及的同時，機器人焊接過程中出現(xiàn)焊偏的問題卻越發(fā)明顯，這嚴重影響到機器人焊接的質(zhì)量及效率，也讓很多焊接機器人使用者開始懷疑焊接機器人的技術(shù)水平。根據(jù)大量焊偏問題分析，造成機器人焊偏的根本原因并不是機器人的問題，而是操作管理問題，換句話說就是焊接機器人使用企業(yè)的使用管理水平?jīng)]有跟上。鑒于此，本文對機器人焊偏問題進行分析，希望能夠幫助焊接機器人使用企業(yè)認識到焊偏問題的原因所在，并在焊接機器人的使用過程中避免此類問題的發(fā)生，從而使焊接機器人為其創(chuàng)造更大的效益。

1 焊偏問題簡介

所謂焊偏是指機器人執(zhí)行焊接工作時實際焊接軌跡脫離焊接接頭位置導(dǎo)致所焊焊縫連接不良甚至無法連接。機器人焊接過程中一旦出現(xiàn)焊偏，所焊焊縫須全部打磨掉，打磨工作效率低、勞動強度大、工作環(huán)境惡劣，嚴重影響弧焊機器人的焊接效率。所以想要高效、優(yōu)質(zhì)的使用弧焊機器人，就必須避免焊偏問題。

為了最大限度的避免焊偏問題，通常采取的方法有兩種：第一是保證焊接工件與焊接機器人末端的相對位置高度一致；第二就是給機器人怎加焊縫識別跟蹤系統(tǒng)。第一種方法對結(jié)構(gòu)簡單尺寸較小的工件比較實用，這二中方法適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜尺寸較大的工件。

2 焊偏問題分析

根據(jù)大量的生產(chǎn)實踐，造成弧焊機器人焊偏的原因主要有以下10個方面的原因：

（1）弧焊機器人焊槍與機器人末端的相對位置發(fā)生變化即TCP沒有校準。

（2）工件基準偏差過大，此類問題一般為工件尺寸和合格所致。

（3）焊縫識別與跟蹤出現(xiàn)問題，目前弧焊機器人可用的焊縫識別與跟蹤方式有焊絲接觸傳感尋位、激光識別、視覺識別[4]。其中焊絲接觸傳感尋位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、成本低廉是弧焊機器人系統(tǒng)中采用最多的一種焊縫識別與跟蹤系統(tǒng)[5]，其工作原理為焊絲碰到工件時，系統(tǒng)內(nèi)部繼電器線圈得電，該線圈對應(yīng)的常開閉合，快速檢測通道導(dǎo)通并記錄機器人當(dāng)時的空間坐標，通過多個點的組合最終確定焊縫位置。本文針對焊絲接觸傳感尋位簡單闡述該尋位方式中經(jīng)常出現(xiàn)的問題：a.沒有清剪焊絲，在尋位檢測前應(yīng)運行一次清槍程序，否則會出現(xiàn)焊絲長度不標準或焊絲末端導(dǎo)電不良最終導(dǎo)致尋位檢測出現(xiàn)問題；b.焊接工件上的尋位檢測點導(dǎo)電不良，通常焊接工件上尋位檢測點處存在氧化皮、油污、防飛濺液等異物都能導(dǎo)致尋位檢測出現(xiàn)問題；c.焊接尋位檢測回路接觸不良或短路。

（4）角焊、船位焊或帶坡口的對接焊中沒有打開電弧跟蹤功能。

（5）不帶坡口的對接焊中打開電弧跟蹤功能。

（6）使用基于擺動掃描電弧傳感器的焊縫跟蹤功能時沒有使用焊接擺動功能。

（7）基于打底焊電弧跟蹤的多層多道焊接中填充或蓋面焊過程中出現(xiàn)斷電重啟狀況。

（8）焊接帶坡口的焊縫使用電弧跟蹤時，若坡口角度α過小同時根部間隙b也過小時，導(dǎo)致焊接擺動的擺幅d遠大于坡口實際寬度l，造成焊槍擺動兩側(cè)母材熔化過量如圖1所示。此時極容易出現(xiàn)焊偏現(xiàn)象。

（9）弧焊機器人焊接編程時焊接姿態(tài)中存在奇異點（死點）。

（10）焊槍角度設(shè)置不當(dāng)。

3 結(jié)論

綜上所述，要想應(yīng)用焊接機器人技術(shù)實現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)的焊接，焊接機器人系統(tǒng)的質(zhì)量技術(shù)水平是一個方面，使用企業(yè)的使用管理水平也是很重要的一個方面。結(jié)合上述造成機器人焊偏的十個方面原因，焊接機器人使用企業(yè)可從機器人日常維護、焊接工件質(zhì)量檢測、焊接編程、焊接機器人操作等方面入手制定相應(yīng)的機器人使用管理規(guī)范，從而實現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)的使用焊接機器人，讓焊接機器人為焊接生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造更大的價值。

參考文獻：

[1]梁文麗.全球機器人市場統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用，2016（01）：44-48

[2]桂仲成，吳建東.全球機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀趨勢研究及中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展預(yù)測[J].東方電氣評論，2014（12）：4-10

[3]梁文麗.快速增長的中國機器人市場[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用，2014（03）：2-7

[4]王偉，鄒奇仕，朱六妹，宋國軍.視覺傳感焊縫跟蹤技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及實施方案探討[J].電焊機，2002（05）：1-8

[5]曾松盛，石永華，王國榮.基于電弧傳感器的焊縫跟蹤技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].焊接技術(shù)，2008（04）：1-5

作者簡介：霍厚志（1986-），男，山東臨沂人，工學(xué)碩士，工程師。