焊接機器人的發展及相關技術分析

劉登華

（深圳安納赫科技有限公司，廣東深圳 518000）

1 應用焊接機器人的重要意義

焊接機器人是隨著工業水平而發明出來的，它在焊接產品中的運用有著重大的意義：①極大地提升了焊接產品的品質，因為焊接產品的焊接壓力、電流、焊接轉速等參數和人工操作因素對焊接產品的品質起著決定性的影響，因此焊接機器人的使用更高效地的減少了人為因素對焊接品質所產生的影響，并可以更好地調節焊接的壓力、電流、轉速等，使之保持統一性，進而提升焊接的品質。②極大提高了效率，因為機器人焊接的反應速度比人工焊接更快，且它還能夠在24h 內不停地連續性進行，從而極大地提高了生產焊接產品的效率。③改變了工人勞動條件，因為人工焊接時必須面臨著嚴酷的焊接環境，會對焊接工作者的身體健康產生危害，而焊接機器人的應用可以使得工作人員不需要再進行對工件的搬運，從而改善了工作人員的勞動環境，且可以減少了高強度體力勞動。另外焊接機器人的使用也合理地減少了工業生產的制造周期，從而促使制造業產品進一步更新換代。

2 焊接機器人的發展現狀

2.1 焊接機器人在生產線上的發展現狀

對于車輛制造焊接工業來說，在車輛焊接加工制造的流程中，一般凈化器的最前端主要用來連接發動機渦輪增壓器和車輛排氣裝置。在汽車設備的加工制造流程中，汽車焊接生產線大致包括了以下關鍵焊接過程，主要涉及半殼體的焊接、進氣法蘭的焊接、焊接裝配、焊接泄漏測試、裝配尺寸測試，以及補焊處理。可以看出，在實際焊接流程中，生產線上的焊接與質量檢驗工作過程往往是同步進行的。在這個工作中，兩邊的焊接工作主要由機器人進行作業，而隨后的質檢與包裝等工作則必須由相關檢驗部門工作人員進行。

2.2 焊接機器人目前的缺陷

在焊接產品的加工過程中，通過凈化器前端的檢測過程，發現也有不少問題。例如會有部分作業人員，崗位分布出現困難，不能有效應用檢測機器人的運行效率。由于焊接機器人制造的產品不能進行檢測與封裝，大量成品不能進行封裝，會對整體企業的制造質量造成影響。另外，在制造流程中，由于制造節拍不對應，將直接造成焊接機器人暫停運行，直接影響整個產品的正常安全運行。另外，由于焊接機器人采用的檢測技術參數產生偏差，檢測作業效率很低。

3 焊接機器人的應用分析

通過對焊接機器人工作流程的分析可以看出，生產線控制問題較為明顯。對這一問題的分析主要表現在目前生產中使用的焊接機器人，整體智能控制程度不足，從而無法完全實現焊接加工過程中的自動檢測工作。另外，機器人在運行過程中并沒有柔性控制思想，因此不能達到對現場生產的需要以及對現場生產狀態的針對性評估。隨著焊接機器人的生產工作理論與技術的優化與發展，從而對現行的工程機器人生產作業過程進行改善：①PFMEA 模式。該理論屬于失效模型，分析后的結論能夠有效提高焊接機器人在實際工作流程中，對焊接工作中的問題和錯誤動作加以預測和分析。例如，在汽車尾氣凈化器產品的焊接流程中，通過確定產品在前端工序中產生的故障影響等級，就能夠進一步減輕因后期人工檢驗工作而產生的工作壓力，從而提升產品的制造效率。②過程能力分析。該分析主要面向于焊接機器人，通過對生產線中各個崗位的效率問題進行綜合分析研究，由此能夠合理分析工藝能力，從而高效解決在生產線焊接過程中出現的各類問題，保證每件產品的加工時間間隔滿足正常的生產率要求。同時需要逐步優化人員的工作方法，以確保人員能夠和焊接機器人的工作速度形成對應，避免生產中大量積壓材料等問題，從而提升生產效率。

4 焊接機器人相關技術分析

4.1 機器人傳感器技術

通過應用該技術，感應器裝置可以重點用來提升機械化生產的工作效率，以及合理調節工作距離和工作時限。例如關于光電換能器裝置的應用，主要是為了在生產線焊接管理工作中焊接機器人對加工崗位的高效感知，從而能夠有效地降低因焊接機器人位置偏差所造成的產品質量問題。又例如在焊接機器人的焊接過程中，就必須正確設定好適當的焊接工作夾具，可以通過焊接機器人了解具體的焊接情況和焊接內容，進而可以合理確定焊接工作的順利進行。不過在實際的管理工作中，夾具往往會松動，使得位置工作產生相應的偏差，這也將影響焊接機器人的焊接精度。所以，應用機器人傳感器技術，將能夠有效地改善焊接作業的整體品質與穩定性。圖1為傳感器技術下的光電信息輸入電路。

圖1 傳感器技術下的光電信息輸入電路

4.2 PLC控制系統

該技術重點在于焊接機器人對各設備生產線的所有設備進行集中式監控與離散監控，以充分保證各設備在工作中都得以進行迅速反應。而一旦焊接機器人發生了故障，PLC 控制器也得以迅速反應，從而合理調節整個工廠的所有設備工作狀況，有效防止因錯誤加工導致的物料浪費。

4.3 智能信息技術

在整個焊接生產線的正常工作流程中，借助智能信息技術的合理運用，就能夠對整體焊接生產實施科學管理。通過可編程控制器的系統，能夠有效收集焊接機器人在工作流程中的所有運行數據信息。并且，在智能信息系統中，還能夠對這些信息加以管理與使用，因此能夠合理計算流水線的生產節拍，同時根據各崗位生產情況提供適當的工作報表，為生產線的工位調度提供必要的數據支持。

4.4 柔性生產技術

柔性生產技術，能夠保證機器人的焊接工作更為智能與敏捷。也因此，通過采用快換襯砌臺車裝置，能夠更高效完成裝夾的速度轉換，從而減少人工干涉對整個制造效率產生的不良影響。

4.5 仿真模擬技術

使用焊接機器人在完成有關焊接工作時，當使用比較先進的信息技術時，必須通過對槍機軌跡仿真方式查找到比較精確的焊接初始點。通過使用這一技術手段，機器人可以在實際工作過程中具有相當好的智能特性，從而可以更加精確地把障礙物和焊接物辨識開來，這樣在實際焊接工作中也就具有相當高的效率。針對焊接工作的具體內容而言，最關鍵的就是所采用的技術必須突破原本的核心要點，促使整個相關工作在不斷進行過程中都可以具有比較好的效果，從而使得看起來十分復雜的工作才能更加順暢進行，以便于優質、高效地進行焊接工作，從而促進焊接產業的未來蓬勃發展。所以，仿真模擬技術在焊接機器人中是十分關鍵的，通過發揮這項技術，可以充分發揮焊接機器人自身的功能。

4.6 焊接識別技術

焊接機器人在開始實施相關任務之前，必須先對焊接的目標、形狀和結構等方面加以分析，才能正確找到和確定焊接所處的部位，如此便能夠有效提升焊接技術本身的質量。如果為了使機器人在工作上擁有更高的品質，就需要在焊接機器人實際工作時查找到的所有焊點，從而使其在后續工作中更加精確地計算路徑，從而使得焊接的工作得到良好進行。根據目前狀況分析，國內所采用的焊接機器人技術還是無法完成對焊接的精確定位，還是工作人員使用肉眼對焊接進行觀測，如此則造成很多焊接無法在焊接過程中保持完整性，造成焊接工作本身質量并不高，這便無法提高焊接機器人在焊接尋找上的精確度。從中可以看得出，焊接識別技術在未來尚有很長的路需要走，因此有關研發部門需要進一步加大在此方向上的研發，從而使得焊接識別技術可以在焊接機器人上充分發揮自己的功能。圖2為焊接機器人高速識別焊接技術流程。

圖2 焊接機器人高速識別焊接技術流程

4.7 專用弧焊電源

焊接機器人核心技術的研發、控制、系統設計以及機器人本身的研發，還必須對機器人所使用的弧焊電源進行更全面的深入研究。近年來，對弧焊電源的研發由常規的開關電源到采用嵌入式單片機的晶體管型弧焊電源，再發展到具有專家制度的焊接開關式供電（MIG/MAG），對弧焊電源也開始進行迅速地改進。現階段，對弧焊電源主要是向著電子化方面開發，是將連接中焊機的工作信號以數碼的形態表現起來，可以保持焊接參數的穩定性，減少對外界的影響，同時也更容易調整，從而極大提高了焊接加工的質量品質。

5 優化焊接機器人工作的策略

5.1 選擇專業水平較高的員工

當下，焊接機器人在生產線上的使用還存在著一定問題，因此必須對機器人裝置加以合理調配，并全面進行對各種生產工件的品質檢測檢驗。因為生產線中的質量檢測工作都必須由專門工作人員完成，所以想要提高焊接機器人的工作效率與品質，就需要匹配更多的專門操作人才，這樣不但能夠充分適應生產線中生產加工工人的需要，還能夠完成對焊接機器人更系統、更有針對性的維修工作，從而使生產線中各項生產工作順利進行。

5.2 焊接機器人設備的合理選擇

焊接機器人系統是由運行系統中的多種不同型號的機器人構成。這些技術設備從他們的運行特點和技術參數到設計要求，都會直接影響整條生產線的生產效果和產品質量。所以，企業必須嚴格按照生產線和現場生產人員的工作特點，正確選用焊接機器人裝備，以便合理地選擇各種夾具和小部件滿足生產的設計和檢測需要，以防止設備對整個生產的制造品質和效果造成不良影響。

6 結束語

我國正在全面推行資源節約型、生態節約型社會的發展模式。所以，在中國工業機械制造工藝中，有必要適當運用一些比較完善的智能控制，從而高效實現生產的經濟性與效益。焊接機器人的應用對于促進工業生產具有重要的作用，焊接機器人技術發展至今已逐步完善，但是新技術的應用、開發以及機器人智能化控制等方面還需要進一步加深，以更好地發揮焊接機器人的優勢。