智能焊接机器人工艺研究及船舶外场应用

智能焊接机器人工艺研究及船舶外场应用

张翼宇 ,龚晓东

伯朗特机器人股份有限公司

摘要：智能机器人焊接设备工作频率高，响应速度快、焊接性能好、节能环保、有利于实现焊接自动化等特点，已在我国广大企业普遍接受，具有广阔的市场前景，应用量不断扩大。本文对智能焊接机器人工艺研究及船舶外场应用进行分析，以供参考。

关键词：智能焊接机器人；船舶外场；应用

引言

焊接机器人在各个行业中的应用也越来越普遍，而且都取得了非常不错的成绩。再加上工业生产需求量的不断增加，促进了机器人智能化焊接技术的发展，对于我国工业生产的健康发展有着非常重要的作用。为了能够更好地发挥出智能化机器人焊接技术的作用，操作人员要根据其发展现状，对其进行更深一层的完善与优化，进一步推动我国工业智能化生产的稳固发展。

1智能化焊接机器人的特点

工业生产中，尤其是流水线生产，采用智能化机器人焊接技术来完成重复性的动作，能够有效提升工作效率和产品质量，降低了人为操作而出现的不规范行为，实现作业标准化。在操作智能化机器人进行焊接操作之前，技术人员可以在系统中对焊接速度、变位系统等内容进行科学设置，从而使工艺质量更加符合生产要求。不仅如此，智能化机器人焊接技术的应用还能改善作业环境，减低劳动强度，并且完成全天化生产，为企业创造更多的经济收益。智能化焊接技术的应用优势十分突出，但是目前仍然存在两个问题，（1）智能化成本相对较高，我国在制造焊接机器人时，很多零件还都依赖于进口，因此施工成本相对比较高，容易受到经济限制。而且很多焊接机器人在使用过程中，非常容易出现损坏，维修成本过高，限制了智能化机器人焊接技术的发展。因此企业还是要将重心放在科学技术研究方面，注重人才的培养，才能更好地推动机器人焊接技术的发展。（2）智能化编程难度较大，编程仿真技术是焊接机器人系统中非常重要的部分之一，包括模拟感觉器官的设计，结合焊接经验进行焊接控制，促进机器人焊接工作的顺利进行。由于受到技术的限制，程序的编制难度非常大，限制了智能化机器人焊接技术的发展。

2基于复合传感器的焊接机器人机构设计

船舶焊接中基于视觉传感器的焊接机器人工作原理主要是基于特征识别，根据焊缝返回的光源信息，主动检测与被动检测有区别，被动检测是通过信息提取焊接特征，导致图像质量差。基于视觉传感器的机器人焊接作业有两个主要链接:预处理和后处理。船舶焊接作业中机器人采集图像后，图像降噪作业可以在更好地保存图像细节的基础上消除噪声滤波，从而提高图像处理作业的复杂性；主动视觉传感器则依靠外部光源，通过增强对比度操作(例如选择具有明显特征的激光等波段作为检测对象)以及通过局部或全局二进制处理进行后处理，使焊接结构光源的选择更具歧视性 即提取三维特征焊缝信息并进行计算机控制焊缝，以确保在自然光源下收集信息的问题能够得到有效解决。基于视觉传感器的机器人特征识别机制的设计指导了船舶焊接中焊缝跟踪的发展。与其他检测方法相比，视觉检测技术可以通过捕获诸如电弧形状、熔池轮廓等信息来提供决策支持。视觉传感器识别跟踪机制具有识别信息丰富、焊接能力稳定、不需要与工件直接接触即可完成焊接工作的优点。它适用于多种焊接形式，逐渐成为船舶识别和焊接跟踪系统中的常用传感器。

3关键技术

1)焊缝跟踪。焊缝稳定性跟踪基于稳定焊缝环境，但整体焊缝环境复杂恶劣，或者焊缝材料反射率高的视觉传感器受到严重影响，添加视觉提前算法和模糊算法可提高视觉噪声对过程的影响除了基于视觉传感器确定焊缝位置之外，还有激光定位和焊枪接触定位等应用。例如，对于弧焊缝，电气弧传感器不适用于焊缝体积较小的情况，而激光光学截面传感器提供了一种可能性。此外，由于在船上进行群体焊接时不可避免地会发生表面工作，大多数电弧光探测器都处于实验室阶段，尽管它们可用于监测表面焊接。一方面国内外学者讨论高速高精度在线测量技术，另一方面研究多传感器融合技术，提高焊缝的可追溯性。(2)船舶建造模拟系统。随着CAD/劳工组织技术的发展，船舶设计进入了三维时代，从而有效缩短了产品开发周期。CAD/FAO系统、3d CAD NAPA软件和Tribon造船系统广泛应用于世界各地。其中，Tribon造船系统得到了许多造船厂的支持。在数字造船和综合虚拟仿真领域，世界各地的造船厂开发了适合其需要的虚拟仿真软件。设计和制造过程与数字技术密切相关，是数字船舶制造技术的核心。根据以往的造船经验和数字技术，工程师可以在系统中创建虚拟造船厂，模拟从钢板到水中的整个造船过程。

4机器人操作

(1)机器人外场焊接时，需要确认作业环境的风速大小，当作业环境风速＜0.5m/s时，保护气体CO2流量应调整为25L/min;当作业环境风速＞1m/s时，将保护气流量增量至30～50L/min的同时，还应考虑防风对策。(2)在焊丝伸出长为(25±1)mm处剪断，需对焊丝角度进行调整，以确保喷嘴不会碰到斜立板坡口面。(3)将焊枪安装在机器人上，调整焊接坡口在机器人上下、前后行程范围内。电缆夹紧磁铁，特别是进行高空作业时，电缆从下铺设时，如果忽略电缆固定，就会产生焊接缺陷。(4)在对机器人动作行程进行调试时，需遥控操作机器人前后轴，确认焊接坡口在机器人行程范围内。(5)机器人进行斜立板焊接，启动设备，使用后退角20°焊接至可以焊接位置，使焊枪向上摆动，进行正常焊接。

5智能焊接机器人外场焊接的问题及解决办法

5.1外场风速较大，机器人焊接易产生气孔缺陷

解决方法:设计一种智能焊接机器人焊枪防风装置。其焊枪防护装置连接机器人支架部分，包括挡风部位、焊枪夹持部位，且使所设计的焊枪喷嘴位于机器人挡风部位的内侧。此机器人焊枪防护装置可以在外场风力较大情况下，依然确保保护气体的气流稳定，防止周围空气进入焊缝熔池，造成焊缝内、外部产生气孔缺陷。

5.2外场施工焊缝直线度不良

解决方法:针对切割焊缝直线度不良的难题，制作切割用培训工装，采用三步切割法操作，具体方法如下:①点火前先检查割炬的射吸能力是否正常，割炬检查一切正常后，开始用点火枪点火，此时注意手要避开火焰，以免烫伤，将火焰调节为中性焰;②火焰调整好后，打开割炬上的氧开关，并适当增大氧气流量，此时注意观察切割氧流的形状(即风线形状)，风线应为笔直而清晰的圆柱体;③起割时先将火焰垂直于钢板表面，待割透后迅速将割炬角度调整为后倾55°～75°，割嘴与钢板的距离在0～3mm，移动割炬切割钢板，只有这样，才能使割件的割口表面光滑干净，宽窄一致。

结束语

我国智能化机器人焊接技术的发展速度不断加快，不仅能够节约生产劳动力，还能提升焊接工作的质量。但是由于受到技术水平的限制，在精度、成本以及编程方面还存在一些问题，需要技术人员不断对其进行改造和提升。企业也要更加重视技术的提升，减少生产成本，注重编程技术的培训，从而提升机器人焊接技术的水平，保证智能化机器人焊接技术的发展更加稳定，为我国的工业生产做出更多贡献。

参考文献

[1]龙汉新.船体智能制造系统设计研究与实现[D].江苏科技大学,2020.

[2]朱征宇,谢荣,梁艳.船舶管路用三通接头机器人MAG焊接工艺设计[J].江苏船舶,2017,33(06):32-34.

[3]张华,小型化平面焊缝跟踪自主移动焊接机器人系统.江西省,南昌大学,2018-09-28.

[4]周方明,殷小青,缪保海,徐威.大功率柴油机排气阀机器人焊接系统及工艺[J].航空制造技术,2018(08):71-74.

[5]曹凌源,赵伯楗,林涛.船舶管系机器人焊接系统研制[J].造船技术,2018(05):22-24.