焊接機器人應(yīng)用痛點與調(diào)試方法

程中甫 劉成

摘 要：科技進步在改變了人們生活方式的同時，也促進了工業(yè)現(xiàn)代化的建設(shè)進程。焊接機器人是集數(shù)控、計算機、電子技術(shù)于一身，在社會建設(shè)工作大力開展的態(tài)勢之下，衍生出的新型焊接方式。焊接機器人的出現(xiàn)，不僅提升了焊接的品質(zhì)及效率，也改善了工人的勞動強度、有效地控制了企業(yè)的生產(chǎn)成本。通過焊接機器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究分析，了解焊接機器人應(yīng)用的主要優(yōu)勢，焊接機器人技術(shù)的主要應(yīng)用，未來焊接機器人技術(shù)應(yīng)用的主要方向，使焊接機器人技術(shù)得以更好的應(yīng)用，推動我國工業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)進程。

關(guān)鍵詞：社會建設(shè);焊接機器人;技術(shù)應(yīng)用;展望

引言

焊接是工業(yè)建設(shè)中經(jīng)常會用到的一種技術(shù)，其焊接水平及工藝直接會對產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生影響。隨著我國社會建設(shè)工作的大力開展，焊接技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域變得越來越廣，同時對于焊接技術(shù)也提出了更高的要求。焊接機器人出現(xiàn)，不僅提升了焊接的精度及效能，也使焊接中對人體產(chǎn)生危害的電弧、煙塵得到了更好的控制。通過分析焊接機器人應(yīng)用的主要優(yōu)勢，了解焊接機器人技術(shù)的主要應(yīng)用，為未來焊接機器人技術(shù)的應(yīng)用與拓展，打下堅實的基礎(chǔ)，正好的服務(wù)于我國的社會建設(shè)事業(yè)。

1.焊接機器人應(yīng)用的主要優(yōu)勢

1.1更好地保證了勞動者的健康

在傳統(tǒng)焊接作業(yè)的環(huán)境之下，人們通過要適應(yīng)各種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，不僅會對作業(yè)者的身體造成一定的損害，同時也會降低整個工程的安全系數(shù)。焊接機器人的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)焊接方式帶來的弊端，不但可以適應(yīng)各種條件惡劣的環(huán)境，同時也能提升整個焊接過程的安全系數(shù)，降低了整體作業(yè)的勞動強度，提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效能，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，對于整個工業(yè)產(chǎn)品的升級換代，具有重要的指導(dǎo)意義。

1.2提升了焊接的品質(zhì)

焊接機器人作業(yè)之前，技術(shù)人員可以根據(jù)企業(yè)的品質(zhì)要求，通過對電流、電壓及速度的控制，使焊接的品質(zhì)得到更好的控制。同時，焊接機器人還能避免傳統(tǒng)焊接技術(shù)中人為主觀因素對焊接品質(zhì)產(chǎn)生的消極作用。

1.3能夠更好的保證生產(chǎn)的效能

焊接機器人技術(shù)的應(yīng)用，能夠根據(jù)生產(chǎn)的要求進行流速、電流、電壓等相關(guān)參數(shù)的控制，從而更好的保證了生產(chǎn)的效能。與此同時，焊接機器人能夠?qū)崿F(xiàn)24h不間斷作業(yè)，技術(shù)人員可以根據(jù)生產(chǎn)計劃及定單的需求，對焊接機器人的相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整，從而使企業(yè)能夠按照原定的計劃開展相關(guān)的工作，提升了整體工作的效能。

2.焊接機器人主要技術(shù)問題

2.1焊接工藝參數(shù)調(diào)試及焊絲選擇

機器人需要確定的工藝參數(shù)包括焊接參數(shù)、多道焊相對位置參數(shù)、擺動參數(shù)及電弧跟蹤參數(shù)等，為實現(xiàn)各參數(shù)之間的良好匹配，需要進行大量調(diào)試試驗，以最大化的發(fā)揮機器人焊接穩(wěn)定的優(yōu)點。一旦確定了合適的參數(shù)，機器人就可以穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)具有良好成形的焊縫。

機械臂在執(zhí)行行走、尋位、焊接等操作時，送絲軟管隨之頻繁扭動，使用傳統(tǒng)的有縫藥芯焊絲可能導(dǎo)致藥粉泄露堵塞送絲軟管，而無縫焊絲則不存在這樣的問題;此外，使用無縫藥芯焊絲還可以有效避免藥芯受潮帶來的質(zhì)量風(fēng)險。

2.2立角焊焊縫容易鼓包現(xiàn)象

立角焊熱輸人水平高于平角焊，工藝開發(fā)過程中通常不會遇到接頭硬度超標(biāo)問題，但是小焊腳工藝容易出現(xiàn)余高過高的問題。

由下向上焊接的立角焊，當(dāng)熔池受到的電弧吹力和表面張力不足以抵抗重力時，熔融金屬會沿著焊縫中心向下流淌，凝固后導(dǎo)致焊縫中心鼓起，余高過高。且鼓起沿著焊接方向越發(fā)明顯，這是由于在焊接過程中，鋼板溫度不斷升高，熔池結(jié)晶速度變慢，向下流淌現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，焊縫中心鼓起也越發(fā)明顯。

通過提高焊接速度可以有效改善焊縫成形，F(xiàn)3 40-2在同時增加焊接電流、焊接速度并保持熱輸入不變的條件下，熔池結(jié)晶速度加快，可有效避免熔融金屬沿焊縫向下流淌，從而達到控制余高的目的。

3.焊接機器人參數(shù)調(diào)試方法

上述問題是在焊接機器人使用過程中經(jīng)常會遇到的技術(shù)問題，為充分挖掘焊接機器人在實際工藝過程中的技術(shù)優(yōu)勢，有必要結(jié)合焊件的特殊工藝要求，對焊接機器人進行更加精準(zhǔn)的參數(shù)調(diào)試，有效的參數(shù)調(diào)試包括：電弧跟蹤、擺動和多層多道焊參數(shù)調(diào)試，具體如下：

3.1電弧跟蹤參數(shù)

若機器人沒有配備視覺傳感器等輔助裝置用于焊接過程中的糾偏，則需要用到機器人自帶的電弧跟蹤功能來實現(xiàn)焊縫糾偏。

ABB機器人可選的電弧跟蹤類型（track type）包括中心線跟蹤、自適應(yīng)跟蹤、單側(cè)（左、右、高度方向）跟蹤，角焊縫通常選用中心線跟蹤。選擇跟蹤類型后還需給定gain_y&gain_ z值，用于設(shè)定電弧跟蹤修正靈敏度的大小，數(shù)值越大，系統(tǒng)修正響應(yīng)速度越快。賦值區(qū)間為1100的整數(shù)，初始值的設(shè)定視擺動寬度而定，通常初始賦值30即可，若擺動寬度很小，可以從賦值5開始嘗試。

完成上述初始設(shè)定后需要通過試驗確定跟蹤基準(zhǔn)電流（Current）。基準(zhǔn)電流確定后，機器人可以根據(jù)焊接過程中的實際電流與基準(zhǔn)電流的差異對焊槍動作進行調(diào)整，包括Y方向（擺動方向）的糾偏，以及Z方向?qū)笜屌c工件距離的調(diào)整，如測量電流小于基準(zhǔn)電流，則機器人會控制焊槍接近工件，此時測量電流會隨之增大直到等于基準(zhǔn)電流;反之，如測量電流大于基準(zhǔn)電流，則機器人會控制焊槍遠離工件直到電流減小到與基準(zhǔn)電流一致。

3.2電弧擺動參數(shù)

為實現(xiàn)Y方向的電弧跟蹤功能（避免出現(xiàn)偏焊），無論是平角焊工藝還是立角焊工藝，都要求焊槍必須擺動（Y方向）。可以選用的擺動路徑形狀（weave_shape）包括不擺動、Z字形擺動、V字形擺動、三角形擺動和圓形擺動，角焊縫工藝通常采用Z字形擺動。

選定擺動路徑形狀后還需要選擇擺動類型（weave_type），包括6軸同時參與擺動、腕部擺動、1，2，3軸擺動和4，5，6軸擺動，電弧焊通常選用4，5，6軸擺動，這也是擺動頻率最高的類型，適合焊接。

完成上述初始設(shè)定后需要通過試驗確定擺動動作幾何參數(shù)以滿足焊縫成形要求，包括：

（1） weave一 length，在擺動類型選定為4，5，6軸擺動的條件下，weave_ length即為擺動頻率（擺動完成1個完整周期所用時間的倒數(shù)）。

（2） weave_ width，擺動寬度，在Z字形擺動條件下即為擺動幅度（Y方向）。

（3）dwell_ left/ right/ center，在擺動左右極限位置/中間位置停留長度。

3.3多層多道參數(shù)

多層多道焊每一道的焊接、擺動、跟蹤參數(shù)相互獨立，可以按照前文介紹的方法分別設(shè)置，但需要給出相鄰兩條焊道的相對位置關(guān)系（當(dāng)前焊道TCP相對于上一道的偏置參數(shù)）。可以結(jié)合工件結(jié)構(gòu)特點選擇焊接方向（Direction），Direction賦值為“1”代表與上一道同向，“一1”代表與上一道反向。選擇焊接方向完成后需要設(shè)置TCP的平移距離（seamoffs_y&seamoffs_ z）和旋轉(zhuǎn)角度（seamrot一 x & seamrot_y）。

以雙層雙道平角焊為例，第一道焊接完成后，通過TCP平移與轉(zhuǎn)動，確定第二道的位置，而不需要重新示教或?qū)の粊泶_定第二道行走路徑。

結(jié)語

綜上所述，通過焊接機器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究分析，認(rèn)識到焊接機器人應(yīng)用的主要優(yōu)勢：更好地保證了勞動者的健康、提升了焊接的品質(zhì)、能夠更好地保證生產(chǎn)的效能，相信科技水平的不斷完善及專業(yè)技術(shù)人員的共同努力之下，焊接機器人技術(shù)會得到更好的進步，為社會建設(shè)工作的有序開展及人們生活水平的提升，提供更加強大的助力。

參考文獻

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注：廣東省高性能伺服系統(tǒng)企業(yè)重點實驗室開放基金（HPSKL202 1KT03）資助項目。