基于焊接机器人在机电安装施工中的应用分析

基于焊接机器人在机电安装施工中的应用分析

王磊刘金权

（领途汽车有限公司（原河北御捷车业有限公司）河北邢台054800）

摘要：随着经济的快速发展，我国科学技术发展迅速，技术应用广泛，尤其机器人的出现，本文分析了焊接机器人应用优势，阐述了焊接机器人技术在机电安装行业的应用前景和发展趋势。

关键词：焊接机器人；机电安装；自动化

引言

焊接生产过程自动化、柔性化以及智能化是焊接技术发展的必然趋势，采用机器人焊接已经成为自动化焊接的主要标志。机器人焊接技术具有焊接质量稳定、焊接效率高、自动化程度高等优点，受到人们的广泛关注，经过几十年的发展，焊接机器人已经应用于船舶、汽车工业、航天、电子电气行业及其他相关制造业等诸多领域中，获得了显著的经济与社会效益。

1焊接机器人智能化技术研究现状

1.1焊接传感技术

焊接过程的传感是机器人焊接智能控制行为的前提条件，如同人工智能行为的感知功能，机器人通过传感器实时获取焊接过程的各种状态信息来实现机器人焊接的智能控制行为。研究学者对焊接过程的传感技术的研究开展了许多的工作，开发了许多种类的传感器，用于对焊接过程进行感知，进而智能控制焊接过程。已有的研究表明，单一的传感器在反映焊接状态的全面性与准确性存在不足，采用多传感信息融合技术能获取更多的焊接过程状态信息，能更全面和真实的表达焊接过程。

1.2焊缝跟踪技术

焊接过程的跟踪与纠偏是智能化焊接必须面对与解决的问题之一。实际焊接过程中，受到加工精度、装配精度与热变形等因素的影响，使焊枪偏离焊接轨迹，从而导致焊接质量下降甚至工件报废。所以智能化焊接要求在焊接时，利用传感器检测出焊缝偏差信息，并根据偏差信息实时反馈调整焊接路径与焊接参数。根据焊缝跟踪中所用到的传感器种类的不同可以分为视觉、电弧、超声波、接触式感应跟踪等，其中视觉跟踪和电弧跟踪是焊缝跟踪技术研究的重点。

1.4焊缝成形质量控制技术

焊缝成形质量控制技术是在焊接过程中，利用视觉传感方法监控、检测焊接动态熔池几何尺寸、焊缝背面熔宽的变化，根据变化相应的实时调整焊接参数、焊枪姿态与运动轨迹，使焊缝得到良好成形。

2机器人的技术进展

一般来说，机器人由3大部分6个子系统组成。3大部分是机械部分、传感部分和控制部分。6个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。

2．1机器人的机械结构

从机械结构来看，工业机器人总体上分为串联机器人和并联机器人。串联机器人的特点是一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点，而并联机器人所采用的并联机构，其一个轴运动则不会改变另一个轴的坐标原点。早期的工业机器人都是采用串联机构。并联机构定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。

2．2机器人的驱动系统

工业机器人的驱动方式主要包括液压驱动、气压驱动和电机驱动。早期的工业机器人，例如Unimate，采用了液压驱动。由于液压系统存在泄露、噪声和低速不稳定等问题，并且功率单元笨重和昂贵，目前只有大型重载机器人、并联加工机器人和一些特殊应用场合使用液压驱动的工业机器人。

2．3机器人的感知系统

机器人感知系统把机器人各种内部状态信息和环境信息从信号转变为机器人自身或者机器人之间能够理解和应用的数据、信息，除了需要感知与自身工作状态相关的机械量，如位移、速度、加速度、力和力矩外，视觉感知技术是工业机器人感知的一个重要方面。视觉伺服系统将视觉信息作为反馈信号，用于控制调整机器人的位置和姿态。这方面的应用主要体现在半导体和电子行业。机器视觉系统还在质量检测、识别工件、食品分拣、包装的各个方面得到了广泛应用。

3焊接机器人焊接效果测定

焊接机器人焊接方式为CO2气体保护焊，其焊接质量与气体流量、焊接电流与焊接速度等三个关键因素有关，只有气体流量与电流大小合适、焊接速度快慢适中才能达到焊接最佳效果。

3.1气体流量

机器人配用Ｈ０８Ｍｎ２ＳｉＡ１．２ｍｍ实心焊丝，Ｃ０２气体流量一般为６－１５Ｌ／ｍｉｎ。同时根据机器人焊接说明手册中介绍，气体流量可按照流量计算公式Ｑ＝１００计算，则本焊接机器人Ｃ０２气体流量为Ｑ＝１〇〇＝１〇ｘ１．２Ｌ／ｍｉｎ＝１２Ｌ／ｍｉｎ

3.2焊接电流

本项目风管法兰采用Ｌ３０ｘ３／Ｌ４０ｘ４镀锌角钢材料焊接制作，根据焊接机器人说明手册中对焊接电流的要求。镀锌钢材表面有一层镀锌保护层，焊接电流需适当加大，因此选择１１０Ａ为起始测试电流，测试适用于焊接本项目镀锌钢材的最佳电流。

3.3焊接速度

说明书中没有给定具体焊接速度值，根据一般规定，焊接速度为２０－３０ｍ／ｈ（５．５５－８．３３ｍｍ／ｓ），在实际测定过程中，以５．００ｍｍ／ｓ为起始焊接速度进行测试。

4效率对比

焊接机器人的运行速度可在0％~100％之间调节，项目根据对机器人生产速度、现场机电安装进度以及操作工作业强度的综合分析，将焊接机器人的运行速度调至６０％，既保证机器作业的连续性，又保证生产产品满足现场安装需要，更保证操作工的作业强度适中。

5设备采购及维护费用摊销

焊机机器人的正常使用寿命在１０－１５年，焊机的正常使用寿命在１０年左右＾考虑技术进步与产品升级的因素，为方便统计比较，本次分析统一将设备使用寿命设定为５年。焊接机器人一次采购成本５００００元，每年维护费用约２０００元；CO2保护焊机市面价格一般５０００元／台，每年维护费用约５００元。因此设备每天成本摊销为：1台焊接机器人每天成本摊销费＝（５００００元＋２０００元ｘ５）／５ｘ３６５天＝３２．８７元／天。１台焊机每天成本摊销费＝（５０００元＋５００元ｘ５＞／５ｘ３６５天＝４．１１元／天。

6焊接机器人在机电安装行业中的应用前景展望

焊接机器人在云城项目的成功运用实践，总结出焊接机器人不仅可以在机电安装施工中应用，而且其在焊接效率、焊接质量、改善作业环境降低工人劳动强度、节约成本等方面均较传统人工焊接施工有巨大优势，值得在机电安装行业推广使用。同时在机电安装施工中使用焊接机器人代替人工作业，不仅可以极大节省劳动力，有力破解我国机电安装行业现阶段技术工人短缺与劳动力成本不断上升的困境，更能使机电施工效率与施工质量得到跨域式提升，是机电行业向自动化、工业化发展的必要助推器。另外随着目前科技水平的不断进步，焊接机器人的技术越来越成熟，价格逐渐降低，焊接机器人迎来难得的发展机遇。相信在未来几年，焊接机器人将会在机电安装行业得到更加成熟广泛的应用。

结语

智能化技术是保证焊接机器人获取更高焊接质量与生产效率的关键技术，是解决焊接机器人在船舶、航空航天、机械制造等领域进一步深入应用的关键。从上述的研究现状可以看出焊接机器人智能化技术取得了较大的进展，但仍然还有许多问题需要解决。

参考文献：

[1]陈志强.我国焊接机器人的发展现状［J］.车身技术，2013（3）：77—78.

[2]吕超荣.焊接机器人技术现状与发展趋势的研究［J］.办公自动化杂志，2015（294）：52—54.

[3]陈华斌.机器人焊接智能化技术与研究现状［J］.电焊机，2013，43（4）：8—16.

[4]许艳玲.基于视觉及电弧传感技术的机器人GTAW三维焊缝实时跟踪控制技术研究［D］.上海：上海交通大学，2013：5—8.