焊接機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀初探

鄭建勇

[摘 ? ?要 ]文章重點(diǎn)分析焊接機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)焊接機(jī)器人的具體組成和分類進(jìn)行詳細(xì)闡述。以此為基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)焊接機(jī)器人目前應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)分析，目前由于焊接機(jī)器人的零部件價(jià)格過(guò)于昂貴，同時(shí)復(fù)雜焊件焊接編程問(wèn)題相對(duì)比較嚴(yán)重，導(dǎo)致焊接機(jī)器人的整體應(yīng)用效果并不是很理想。因此，要結(jié)合實(shí)際情況，促使焊接人可以利用弧焊電源，實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人傳感技術(shù)的合理應(yīng)用，以此來(lái)推動(dòng)焊接機(jī)器人的未來(lái)可持續(xù)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]焊接機(jī)器人;關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用發(fā)展;發(fā)展現(xiàn)狀

[中圖分類號(hào)]TG409 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(kāi)中，其自身環(huán)境相對(duì)比較惡劣，同時(shí)具有高強(qiáng)度工作特點(diǎn)，對(duì)于操作人員而言，其自身熟練性以及專業(yè)技術(shù)水平要求普遍比較高。特別是新時(shí)期背景下我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量和水平的提升，一線焊接工人數(shù)量有明顯下降趨勢(shì)。焊接機(jī)器人的出現(xiàn)，能夠?qū)┬杳芷鸬搅己玫木徑庾饔茫偈谷藗兡軌驅(qū)⒏鄷r(shí)間投入到具有創(chuàng)造力特點(diǎn)的工作當(dāng)中。焊接機(jī)器人在應(yīng)用時(shí)，能夠保證焊接生產(chǎn)效率的提升，盡可能避免由于人的因素影響而帶來(lái)的一系列誤差問(wèn)題發(fā)生。對(duì)于我國(guó)工業(yè)發(fā)展而言，也可以起到良好的推動(dòng)效果。

1 焊接機(jī)器人的組成

焊接機(jī)器人系統(tǒng)在構(gòu)建和應(yīng)用時(shí)，主要是由機(jī)器人系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)以及焊接外部傳感系統(tǒng)等組合而成。機(jī)器人系統(tǒng)主要是以機(jī)器人本體、控制柜等零部件組合而成，焊接系統(tǒng)則是以焊接電源以及送絲機(jī)構(gòu)等組合而成。焊接輔助系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)，主要是指焊接工裝夾具等，焊接外部傳感系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)涉及的內(nèi)容相對(duì)比較多，包括采集焊接環(huán)境信息、視覺(jué)傳感器等。焊接綜合處理以及控制系統(tǒng)主要是針對(duì)焊接現(xiàn)狀展開(kāi)有針對(duì)性地處理，促使焊接機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定有效運(yùn)行。

2 焊接機(jī)器人應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 焊接機(jī)器人的應(yīng)用情況

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出在，2019年我國(guó)的焊接機(jī)器人保有量大概為83081臺(tái)。與2018年相比有明顯上升趨勢(shì)，增加了18%。在工業(yè)機(jī)器人保有量當(dāng)中的占比可以達(dá)到32.4%，與現(xiàn)階段相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行結(jié)合，發(fā)現(xiàn)近年來(lái)我國(guó)焊接機(jī)器人的銷(xiāo)量呈現(xiàn)出波浪式增長(zhǎng)狀態(tài)[1]。焊接機(jī)器人在整個(gè)工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中占比有明顯上升趨勢(shì)，但是近年來(lái)在工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中的占比有所下降，該問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因是焊接機(jī)器人在焊工當(dāng)中的擁有量與我國(guó)工業(yè)機(jī)器人平均密度相比要更高一些。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我國(guó)在2018年焊接材料的整個(gè)產(chǎn)量為568萬(wàn)t，扣除出口部分后，與我國(guó)國(guó)內(nèi)自身消耗數(shù)量進(jìn)行對(duì)比分析，保守估算2018年我國(guó)焊接工人數(shù)量大概為200萬(wàn)人左右。在這一基礎(chǔ)上，2018年我國(guó)焊接機(jī)器人的整個(gè)行業(yè)力度大概為352臺(tái)，與同期工業(yè)機(jī)器人密度相比要高出36臺(tái)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段焊接機(jī)器人在服務(wù)于焊接加工領(lǐng)域中的數(shù)量在全球工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中的占比可以達(dá)到一半左右[2]。由此可以看出，焊接機(jī)器人在我國(guó)的整個(gè)發(fā)展空間相對(duì)比較良好。如表1所示。

2.2 焊接機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀

2.2.1 焊接機(jī)器人零部件價(jià)格昂貴

與目前焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行結(jié)合發(fā)現(xiàn)，雖然焊接機(jī)器人應(yīng)用范圍相對(duì)比較廣泛，焊接質(zhì)量以及焊接效率有明顯上升趨勢(shì)。但是焊接機(jī)器人在應(yīng)用時(shí)，仍然存在很多問(wèn)題，由于我國(guó)工業(yè)機(jī)器人自身在關(guān)鍵核心零部件的研發(fā)方面受到技術(shù)限制影響。焊接機(jī)器人當(dāng)中涉及的主要零部件基本上需要以進(jìn)出口為主，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)焊接機(jī)器人自身零部件價(jià)格非常昂貴。工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中的核心部件一旦受到損壞影響，需要更換時(shí)，要耗費(fèi)幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)的成本費(fèi)用[3]。比如機(jī)器人用精密減速機(jī)時(shí)，由于我國(guó)75%的精密減速機(jī)基本是由日本進(jìn)口。對(duì)于國(guó)內(nèi)關(guān)系比較良好的客戶而言，大概價(jià)格為7萬(wàn)元，而對(duì)于普通用戶則需要10萬(wàn)以上的價(jià)格，才能夠購(gòu)買(mǎi)到1臺(tái)精密減速機(jī)。整個(gè)供貨周期相對(duì)比較長(zhǎng)，對(duì)于焊接生產(chǎn)企業(yè)也自身的生產(chǎn)計(jì)劃而言，將會(huì)造成非常嚴(yán)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(duì)比較高，整個(gè)價(jià)格通常在1萬(wàn)左右，導(dǎo)致很多企業(yè)根本無(wú)法承擔(dān)購(gòu)買(mǎi)焊接機(jī)器人的費(fèi)用，對(duì)于國(guó)內(nèi)“機(jī)器換人”的腳步造成了非常嚴(yán)重的阻礙影響。

2.2.2 復(fù)雜焊件焊接編程問(wèn)題

焊接機(jī)器人自身在編程方面通常會(huì)包括視角編程以及焊接工藝參數(shù)編寫(xiě)，對(duì)于相對(duì)比較復(fù)雜的機(jī)器人焊接而言，焊縫相對(duì)比較多，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力對(duì)其展開(kāi)有針對(duì)性的示教。對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有工藝參數(shù)及時(shí)有效地調(diào)試，整個(gè)過(guò)程中需要耗費(fèi)的時(shí)間和精力也相對(duì)比較多。多數(shù)復(fù)雜焊接通常需要對(duì)多個(gè)焊接參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確有效地編寫(xiě)和調(diào)試，通過(guò)長(zhǎng)周期能夠?qū)ο嚓P(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行確定，無(wú)形當(dāng)中導(dǎo)致企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)周期無(wú)限延長(zhǎng)，企業(yè)自身競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)受到影響，無(wú)法得到有效提升。

2.2.3 機(jī)器人與焊件相對(duì)位置發(fā)生變化

機(jī)器人與焊件自身位置發(fā)生變化之后，需要對(duì)視角問(wèn)題進(jìn)行重新設(shè)置，機(jī)器人焊機(jī)編程通常是以示教器為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)器手進(jìn)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(dá)指定位置時(shí)，由于受到對(duì)應(yīng)動(dòng)作命令影響，可以實(shí)現(xiàn)停留、送氣等一系列操作[4]。該指定點(diǎn)通常是按照變頻器或者焊接工裝當(dāng)中的焊接工件進(jìn)行確定，一旦焊接工件與機(jī)器人自身位置出現(xiàn)變化，需要對(duì)焊接程序進(jìn)行重新示教，整個(gè)過(guò)程中需要耗費(fèi)的時(shí)間和精力相對(duì)比較多。

3 焊接機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

3.1 焊接機(jī)器人利用弧焊電源的研究

焊接機(jī)器人技術(shù)的整體發(fā)展形勢(shì)相對(duì)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(shì)發(fā)展。由于數(shù)字化弧焊電源自身在焊接參數(shù)輸出時(shí)具有良好穩(wěn)定性，焊接重復(fù)性普遍比較高。同時(shí)可以滿足各種不同類型焊接方法對(duì)于電源提出的一系列要求，以此為基礎(chǔ)，合理利用全數(shù)字化弧焊電源，對(duì)焊接機(jī)器人的發(fā)展而言具有非常重要的推動(dòng)作用。現(xiàn)階段機(jī)器人通常是以數(shù)字化弧焊電源為主，雖然國(guó)內(nèi)在這一方面已經(jīng)展開(kāi)一系列研究，同時(shí)有相關(guān)產(chǎn)品逐漸推向市場(chǎng)，但是在焊接穩(wěn)定性以及精準(zhǔn)性的控制方面，仍然與國(guó)外產(chǎn)品之間存在一定差距。需要在實(shí)踐中不斷完善和優(yōu)化，這樣才能夠?qū)⒒『鸽娫吹淖饔煤蛢r(jià)值充分發(fā)揮出來(lái)。

3.2 焊接機(jī)器人傳感技術(shù)

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)全面進(jìn)入到現(xiàn)代化智能化時(shí)代，焊接自動(dòng)化以及智能化可以被看作是焊接行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。傳感技術(shù)在應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)焊接自動(dòng)化以及智能化，機(jī)器人傳感技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，主要是在整個(gè)機(jī)器人焊接中獲取相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息有效轉(zhuǎn)化和處理。相關(guān)信息的獲取能夠?qū)υ摷夹g(shù)發(fā)展短板起到良好的制約效果，針對(duì)具有穩(wěn)定性和可靠性的傳感器而言，可以對(duì)焊接過(guò)程的整個(gè)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施有效地檢測(cè)，為質(zhì)量控制效果提供保證。焊接傳感器在應(yīng)用時(shí)，由于環(huán)境相對(duì)比較惡劣，很有可能會(huì)受到高溫、煙塵等一系列因素干擾影響。其中部分干擾因素?zé)o法去除，對(duì)于焊接傳感器的要求相對(duì)比較高。弧焊機(jī)器人經(jīng)常會(huì)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(yīng)用時(shí)，其自身是否具有非常良好的穩(wěn)定性和可靠性，會(huì)直接影響到焊接過(guò)程特征信息的提取是否具有準(zhǔn)確性。對(duì)于焊接過(guò)程的整個(gè)監(jiān)控而言，具有非常重要的影響。在諸多焊接傳感器當(dāng)中，接觸式傳感器以及激光視覺(jué)傳感器等，由于各自具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，所以在應(yīng)用時(shí)的范圍相對(duì)比較廣。

3.3 焊縫自動(dòng)識(shí)別與跟蹤技術(shù)

在針對(duì)焊接機(jī)器人展開(kāi)視覺(jué)傳感時(shí)，初期焊位識(shí)別以及焊接過(guò)程的焊縫跟蹤是其中非常重要的組成部分。同時(shí)也是保證焊接機(jī)器人自身能夠?qū)崿F(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)焊接的必要前提條件，焊縫自動(dòng)識(shí)別被看作是焊接動(dòng)作具體實(shí)施中的基礎(chǔ)組成部分，對(duì)于焊接機(jī)器人自身智能化水平提升而言具有實(shí)質(zhì)性意義。由于加工以及裝配中存在一系列誤差問(wèn)題，同時(shí)焊接中會(huì)出現(xiàn)不均勻溫度等情況，導(dǎo)致焊接變形或者焊縫形狀出現(xiàn)一系列變化。在整個(gè)焊接中要采取焊縫跟蹤技術(shù)，保證焊工狀態(tài)能夠得到及時(shí)有效地跟蹤處理，這樣能夠適當(dāng)調(diào)整焊接路徑，為焊接質(zhì)量提供保證。現(xiàn)階段該技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，主要是在傳感器以及控制技術(shù)基礎(chǔ)上展開(kāi)，在傳感器方面，CCD在應(yīng)用時(shí)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)相對(duì)比較明顯，能夠保證信息獲取以及處理時(shí)的可靠性和穩(wěn)定性。在機(jī)器人焊接領(lǐng)域傳感器的應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等方法，實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)識(shí)別與跟蹤處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)焊接機(jī)器人的應(yīng)用提出了更高要求。焊接機(jī)器人在焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用，有利于保證焊接生產(chǎn)效率和質(zhì)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(chǎn)柔性化水平的提升，為焊接質(zhì)量提供保證。雖然目前在焊接機(jī)器人應(yīng)用中仍然存在很多問(wèn)題，但是在實(shí)踐中，采取有針對(duì)性的對(duì)策，結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，與自動(dòng)化、智能化技術(shù)手段進(jìn)行結(jié)合，以此來(lái)推動(dòng)我國(guó)焊接機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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