陳恒峰 盛會(huì) 郭輝 劉宇

摘要：根據(jù)焊接機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有焊接機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及存在的主要問(wèn)題，探討其需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，展望其未來(lái)的主要發(fā)展方向，旨在為焊接機(jī)器人在工業(yè)制造業(yè)中廣泛應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人；智能化；控制技術(shù)；自動(dòng)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TG456；TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）05-0060-02

焊接技術(shù)是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)制造業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)焊接技術(shù)的要求越來(lái)越高。根據(jù)使用環(huán)境對(duì)焊接產(chǎn)品提出動(dòng)載荷、強(qiáng)韌度、高壓性、耐高溫性、抗低溫性和耐腐蝕等多項(xiàng)要求；從焊接產(chǎn)品安裝結(jié)構(gòu)形式上提出焊接零件加工厚度、焊接成型美觀與安裝尺寸精度等要求；從焊接材料選擇上提出焊材與母材機(jī)械性能與物理性能的要求。

焊接生產(chǎn)過(guò)程可分為人工焊接和機(jī)器人焊接2種。人工焊接效率低下，而且工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度和負(fù)荷高，不適于焊接鋁、鈦等活潑金屬，以及難溶金屬、低熔點(diǎn)金屬。機(jī)器人焊接生產(chǎn)效率高，焊接成型較完美，且可焊接活潑、難溶及低熔點(diǎn)金屬，通過(guò)固定程序消除人為不可控因素，可保證焊接產(chǎn)品的品質(zhì)。

1 焊接機(jī)器人應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

眾所周知，焊接是一個(gè)高技術(shù)的工作，要求從業(yè)人員除具有高超的焊接技能、豐富的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)、穩(wěn)定可靠的焊接水平外，還要能在多煙塵、高危險(xiǎn)、大熱輻射量的惡劣環(huán)境中工作，對(duì)從業(yè)人員的身體傷害嚴(yán)重。焊接人員從業(yè)周期短，熟練技術(shù)工培養(yǎng)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致從業(yè)人員素質(zhì)水平良莠不齊，生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，減輕了焊接從業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使他們遠(yuǎn)離高危險(xiǎn)、熱輻射量大的惡劣環(huán)境，通過(guò)固定的控制程序與路徑保證焊接質(zhì)量。

焊接與其他的工業(yè)加工過(guò)程不同，被焊接件在焊接部位局部加熱、冷卻時(shí)產(chǎn)生焊接應(yīng)力，發(fā)生局部變形，導(dǎo)致焊縫軌跡發(fā)生變化，零件產(chǎn)品的尺寸精度、外形形狀發(fā)生改變，無(wú)法滿足裝配要求。有經(jīng)驗(yàn)的焊工從業(yè)人員可以根據(jù)觀察焊縫的實(shí)際位置，適時(shí)調(diào)整焊槍角度、焊接姿態(tài)、焊槍行走速度、焊縫焊接順序、焊機(jī)工藝輸入?yún)?shù)，保證焊接質(zhì)量水平。焊接機(jī)器人要完成此項(xiàng)工作，必須對(duì)焊接物在焊接過(guò)程中發(fā)生的變化進(jìn)行時(shí)時(shí)跟蹤，再根據(jù)情況對(duì)焊槍位置和狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

焊接過(guò)程中存在強(qiáng)烈的弧光、噪聲、煙塵、焊接短路、電流強(qiáng)磁場(chǎng)等復(fù)雜因素，焊接機(jī)器人提取焊縫檢測(cè)信號(hào)特征很不穩(wěn)定。因此，焊接機(jī)器人早期的應(yīng)用領(lǐng)域比較狹窄，多應(yīng)用于汽車(chē)裝配生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊。原因在于電阻點(diǎn)焊的運(yùn)動(dòng)過(guò)程相對(duì)少，動(dòng)作比較單一，焊縫的焊接長(zhǎng)度短，控制程序操作方便，且不需要對(duì)焊縫軌跡進(jìn)行時(shí)時(shí)跟蹤反饋，對(duì)焊接機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)定位精度和動(dòng)作重復(fù)精度、程序控制準(zhǔn)確性要求比較低。點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車(chē)裝配生產(chǎn)線上的大量應(yīng)用，提高了汽車(chē)裝配零部件的焊接生產(chǎn)效率與成品質(zhì)量，電子控制程序使焊接機(jī)器人具有柔性工作特點(diǎn)，即只要改變電子控制程序，就可在同一條生產(chǎn)流水線上對(duì)不同車(chē)型裝配零部件進(jìn)行焊接。

隨著電子科技的快速發(fā)展，為了對(duì)焊接機(jī)器人的速度、精度、動(dòng)作進(jìn)行精準(zhǔn)控制，研發(fā)了電弧傳感器技術(shù)，使焊接機(jī)器人能夠準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)焊縫變化，對(duì)過(guò)程進(jìn)行時(shí)時(shí)跟蹤，再根據(jù)情況對(duì)焊槍位置和狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。此后，焊接機(jī)器人的應(yīng)用從比較單一的電阻電焊發(fā)展到汽車(chē)零部件、零件裝配過(guò)程中的電弧焊。

另外，電弧焊接機(jī)器人不僅在汽車(chē)制造業(yè)中使用，還涉及電弧焊其它制造工業(yè)，如船舶制造業(yè)、交通車(chē)輛制造業(yè)、鍋爐壓力容器件、重型機(jī)械零部件，用范圍日趨廣泛，在數(shù)量規(guī)模上將趕超點(diǎn)焊機(jī)器人，成為工廠制造業(yè)的新寵兒。

2 焊接機(jī)器人國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

機(jī)器人在80年代前發(fā)展緩慢，直到90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，使機(jī)器人的制造水平、反應(yīng)速度、運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)行可靠性等指標(biāo)不斷提高。工業(yè)規(guī)模化、零件通用化、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)讓機(jī)器人的制作成本、使用成本降低，使大批量采購(gòu)、使用成為可能。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界一大半的工業(yè)機(jī)器人從事著各種各樣的焊接工作。焊接機(jī)器人具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善勞動(dòng)環(huán)境、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此，西方國(guó)家加大焊接機(jī)器人數(shù)量，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化、智能化無(wú)人流水生產(chǎn)線，用于汽車(chē)零部件、工程、通用機(jī)械的金屬結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)。

我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行機(jī)器人研究與開(kāi)發(fā)，目前基本掌握了相關(guān)工業(yè)制造、控制系統(tǒng)硬件生產(chǎn)和軟件開(kāi)發(fā)、運(yùn)動(dòng)行走軌跡選擇等技術(shù)，可獨(dú)立生產(chǎn)機(jī)器人核心關(guān)鍵零部件，開(kāi)發(fā)多種工業(yè)機(jī)器人，特別是用于汽車(chē)制造生產(chǎn)線上的電弧焊機(jī)器人。

但整體上來(lái)看，我國(guó)的焊接機(jī)器人制造水平還不高，如產(chǎn)品的工作可靠性能不穩(wěn)定，工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域起步晚、應(yīng)用范圍小、生產(chǎn)技術(shù)落后、軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間周期長(zhǎng)，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的規(guī)模小，未形成焊接制造機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈。目前，我國(guó)焊接器人發(fā)展模式是根據(jù)用戶(hù)要求，單一定制重新設(shè)計(jì)，導(dǎo)致品種規(guī)格繁多、產(chǎn)業(yè)批量小、零部件的通用性差、標(biāo)準(zhǔn)化程度低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高、使用維護(hù)不便，使用的穩(wěn)定性、可靠性差。因此，迫切需要解決焊接機(jī)器人工業(yè)產(chǎn)業(yè)化前期關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面細(xì)致規(guī)劃，搞好產(chǎn)品系列化生產(chǎn)，使零件具有通用性、互換性，積極推進(jìn)整機(jī)工業(yè)化產(chǎn)業(yè)進(jìn)程。

3 焊接機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)

焊接機(jī)器人的研究取得很大進(jìn)步，在焊縫跟蹤、信息傳遞、路徑規(guī)劃、自動(dòng)化控制、遙控焊接工藝等方面取得很多成果。但在大型船舶焊接過(guò)程中，重要部件還需要人工焊接。這是因?yàn)楹附蛹牧虾穸冗^(guò)厚或兩焊接材料厚度差過(guò)大時(shí)，受熱不均、溶池過(guò)淺、點(diǎn)受熱過(guò)于集中等問(wèn)題，易導(dǎo)致焊縫未融合、未焊透、冷裂紋等致命缺陷，這是焊接機(jī)器人無(wú)法解決的。焊接機(jī)器人的主要發(fā)展方向是大批量、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、空間便于操作、母材焊接厚度10 mm以下的零件產(chǎn)品及其裝配焊接。

隨著網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、智能控制技術(shù)的快速發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷完善，焊接機(jī)器人將向智能化控制、視覺(jué)化控制、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等方面發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

在新的國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過(guò)程中，我國(guó)將逐步從世界制造工廠向集創(chuàng)新、生產(chǎn)、研發(fā)、銷(xiāo)售為一體的新型經(jīng)濟(jì)體轉(zhuǎn)變。近年來(lái)，歐美國(guó)家加快自動(dòng)化、數(shù)控化、智能化、柔性化生產(chǎn)大型成套設(shè)備研發(fā)，尤其是加快工業(yè)機(jī)器人智能化、集成化發(fā)展。我國(guó)也應(yīng)加快包括焊接機(jī)器人在內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品系列化生產(chǎn)，提高零件通用性、互換性，創(chuàng)新結(jié)構(gòu)部件模塊化設(shè)計(jì)，將現(xiàn)有的智能化控制、視覺(jué)化控制、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)融入產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中。

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Abstract： According to the development and application status of the welding robot at home and abroad， this paper analyzed the advantages and the main existing problems of the available welding robot in the application of industrial production， discussed the key technology needed to solve， and looked forward the main development direction in the future. Aim to provide a reference for welding robot to use widely in industrial manufacturing.

Key words： welding robot； intelligent； control technology； automation