焊接机器人技术的研究现状和应用

焊接机器人技术的研究现状和应用

张君宇潘薪如

天津平高智能电气有限公司天津300304

摘要：随着科学技术的不断发展，传统的手工焊接技术已经逐渐被更加优质、高效的智能化焊接技术所取代，实现焊接机器人向多传感器信息智能融合和多机器人智能协调控制等的发展，在工业生产显现出了至关重要作用。基于此，本文针对从焊接机器人技术现状进行了论述，并针对其发展趋势进行了探讨。

关键词：焊接机器人；发展现状；发展趋势研究

前言

焊接是一种工作环境恶劣、工作强度大、对工作熟练程度要求高且对操作人员会产生潜在危害的工作。随着国家工业化和现代化程度进一步提高，焊接机器人的出现极大地降低了人工焊接成本，改善了工人的工作环境，提高了焊接生产效率，并逐步稳定和保证了产品的质量。焊接机器人从以示教再现方式运行到后来可以通过传感器接收信息的离线编程焊接机器人，乃至目前由多传感器、且能够自行编程以适应环境进行焊接工作的智能机器人三个发展阶段，焊接机器人进入一个新的发展阶段。

1焊接智能化与智能化焊接机器人技术的现状

1.1焊接路径规划技术

离线编程法、在线自主编程法以及手工示教法是焊接机器人重要的焊接方法。首先，离线编程法。也称为虚拟示教法，借助交互式三维图形软件来对周围环境和机器人进行创建的。通过创建出适合的模拟环境，从而进行虚拟示教工作。最后对示教结果进行深入探讨，从中找到焊接方法，这类方法的特点是能够提高焊接自动化技术水平，合理利用机器人，降低资金的投入。由于离线编程法找到的焊接方法极易存在和实际状况不符的现象，所以在应用过程中，需要通过校正处理，方可运用。和经济较发达的国家比较，我国在设计焊接方法上面应用的离线编程法水平偏低，还需要进一步完善。其次，在线自主编程法。在线自主编程法是借助视觉传感器来完成辨别焊缝自动化技术工作的，从而对机器人的坐标三维图形进行焊缝，实现机器人焊接在线自主计划方法的目标。利用这种方法能够有效的预防因为人工焊接造成的事故问题，从根本上提高焊接机器人的智能化水平，促进我国焊接路径规划技术的快速发展。为了提高在线自主编程法在使用过程中的正确率，很多学者对已有的视觉传感技术进行了深入分析，进而缩短焊缝定位的错误率。现阶段，在计划焊缝路径过程中，在线自主编程法被广泛应用，可以很好的把误差控制在标准范围，满足一般电弧焊接技术的基本要求。最后，手工示教法。手工示教法指的是工作人员手动操作示教盒，从而完成对焊接轨迹的掌控，这类焊接路径规划技术的适应能力极强，灵敏度也很高，便于操作，广泛应用于焊接机器人工作。由于手工示教法必须人工进行操作，所以极易被人工影响，对整体路径规划的精准度和质量带来一定误差。正因如此，才使得焊接机器人技术的使用范围非常小。

1.2焊缝跟踪技术

首先，视觉跟踪法。借助视觉传感器来获取清楚的焊缝图像，对图像进行深入分析，从而找到焊缝的中心线，实现焊缝的跟踪目标。这类方法被广泛应用，能够对全部的接头局面进行焊缝追踪，在焊缝追踪方面普遍使用。获得图像、对图像进行研究处理、找到特点、追踪掌控焊枪端部是视觉跟踪法的工作流程。获得焊接图像的方法有两种：第一，被动视觉传感方法，第二，主动视觉传感方法。被动视觉传感方法指的是借助自然光和弧光来对焊缝位置进行照射，随后选用过滤技术来获取清楚的焊缝图像。而主动视觉传感方法是借助激光来对焊缝位置进行照射，随后选用CCD来获取焊接图像，这种方法的优势在于图像的分辨率高，防止受到外界因素的困扰。其次，电弧跟踪法。在电弧跟踪法中，一般会选择电弧传感器来对电信号进行检测，并结合信号的变化情况来对焊缝进行判断，降低焊缝的错误率。电弧跟踪法不会因为粉尘和阳光而影响运行，焊枪具有良好的焊接效果，投资少，实用性强，但是使用范围会受到限制。从发展中可以看出，电弧跟踪技术正逐渐迈向磁控电弧技术，减少了焊枪的复杂性，从而实现焊接电弧的周期性。

1.3焊接传感技术

焊接中用到的传感器类型建立在传感原理之上，来区分焊接传感器的种类，主要包含光谱传感器、视觉传感器、温度传感器、电弧传感器以及声学传感器。光谱传感器是借助氢气孔来感知电弧光谱的变化情况，及时找到焊接流程中存在的问题。视觉传感器的优势在于对焊接流程不会产生影响，在使用时跟焊接回路没有直接的碰触，可以精准的判断出焊接接头的种类，获取有价值的信息。温度传感器是在焊接过程的基础上，借助温度传递感应信号来完成检测目的。电弧传感器的实时性较强，便于操作，不用安装任何设备。声学传感器是借助焊接电弧的声音信号来进行检测的，从而掌握熔透的真实状态。多传感信息融合技术。如果在焊接过程中使用多传感信息融合就是，利用很多传感器，能够全面的了解焊接信息，从而获取真实信息进行处理。多传感信息融合技术的优势是具有极强的容错力，可以详细了解有关焊接过程的数据信息，提高焊接质量，为我国多传感信息融合技术的发展奠定坚实基础。现如今，研发出来的多传感器信息融合系统还是存在一些问题，特别是对焊接情况叙述不准确和传感器种类偏少等问题，还要不断的探讨过程中提高多传感器信息融合系统的处理技术，加强融合信息的公正性和精准性。

2焊接机器人技术发展趋势

2.1虚拟现实技术

虚拟现实技术是对事件的现实性从事件和空间上进行分解后重新组合的技术。将虚拟现实、多功能传感技术、多媒体技术等与焊接机器人技术相结合，用于焊接过程的模拟仿真，并通过计算机将工艺过程转化成数字化操作，再由此指导实际焊接工作。这一过程中，机械手的焊接的行走轨迹，行走速度等都可以通过计算机清楚地展现，方便进行机械手姿态和轨迹的调整，进而评价生产系统性能，以此实现人机交互。

2.2多传感器信息智能融合技术

随着传感器技术和焊机机器人技术的发展，多传感器信息智能融合技术也在逐步成熟。因为在焊接机器人的工作环境较为复杂，仅仅依靠单一的传感器无法对周围环境中的每一项干扰做出判断，也无法满足当前快速发展的工业化的需求。因此焊接机器人需要通过多传感信息融合技术对工作环境中的信息进行收集和分析来提高焊接系统的精确性、快速性和可靠性。可以看出，多传感器信息智能融合技术对于机器人的信息获取和行动都具有非常重要的作用，也将为焊接机器人的发展提供更广阔的空间。

2.3多智能焊接机器人系统

随着焊接机器人应用范围的拓宽以及工作环境的复杂化，单台焊接机器人在完成一些复杂的焊接目标时效率低且成本高，因此需要多台焊接机器人相互配合，共同完成相互关联的焊接任务完成焊接工作。在多智能焊接机器人系统中，重点依靠物理、逻辑和功能的设计划分出具有独立功能的焊接单体，将各单体有效的集成起来，分工明确，通过各机器间的信息交互，协调各单体间的工作，以此实现焊接机器人系统在时间、空间、信息和功能特性的最优化，提高焊接机器人工作效率和产品质量。

3结束语

毋庸置疑，焊接机器人技术作为制造业发展的重要标志，在当前和未来工业发展中都将占据着较高的地位。近年来，焊接机器人在弧焊电源、仿真技术与焊缝跟踪等方面进行了大量研究，并对各个方面的技术进行创新，可以看出未来的焊接机器人的发展更加倾向于多传感器智能信息融合、多机器人智能协同控制等方面，并且随着这些技术的不断发展，焊接机器人终将进入一个新的发展阶段。

参考文献：

[1]孙建超.焊接机器人在焊接技术应用中的关键技术探究[J/OL].中国战略新兴产业.

[2]黄丽娟.浅析工程机械焊接工艺现状与发展趋势[J].科技资讯，2015，13（8）：63.