弧焊机器人焊偏问题分析

霍厚志+杜启恒+张号+张谦+王栋梁+齐俊滕

摘 要：介绍了焊偏问题及机器人焊接中为避免焊偏常采用的两种方法，并在生产实践的基础上总结分析了弧焊机器人在焊接过程中出现焊偏问题的原因。

关键词：弧焊机器人；焊接过程；焊偏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.025

0 引言

进入21世纪，一方面伴随工业机器人技术的发展，机器人焊接技术不断成熟，焊接机器人的价格在不断下降；另一方面由于焊接工作环境恶劣、劳动强度大、对焊接工作人员熟练程度要求高，致使焊接生产企业招工难，用工贵；第三国家政策在大力鼓励生产制造企业实施机器人换人。在这三重因素的作用下在过去的十年间我国焊接机器人的装机量出现爆发式增长截止到2015年年底我国焊接机器人保有量约83081台，预计未来十年我国焊接机器人的装机量将保持两位数以上增长[1-3]。在焊接机器人的使用快速普及的同时，机器人焊接过程中出现焊偏的问题却越发明显，这严重影响到机器人焊接的质量及效率，也让很多焊接机器人使用者开始怀疑焊接机器人的技术水平。根据大量焊偏问题分析，造成机器人焊偏的根本原因并不是机器人的问题，而是操作管理问题，换句话说就是焊接机器人使用企业的使用管理水平没有跟上。鉴于此，本文对机器人焊偏问题进行分析，希望能够帮助焊接机器人使用企业认识到焊偏问题的原因所在，并在焊接机器人的使用过程中避免此类问题的发生，从而使焊接机器人为其创造更大的效益。

1 焊偏问题简介

所谓焊偏是指机器人执行焊接工作时实际焊接轨迹脱离焊接接头位置导致所焊焊缝连接不良甚至无法连接。机器人焊接过程中一旦出现焊偏，所焊焊缝须全部打磨掉，打磨工作效率低、劳动强度大、工作环境恶劣，严重影响弧焊机器人的焊接效率。所以想要高效、优质的使用弧焊机器人，就必须避免焊偏问题。

为了最大限度的避免焊偏问题，通常采取的方法有两种：第一是保证焊接工件与焊接机器人末端的相对位置高度一致；第二就是给机器人怎加焊缝识别跟踪系统。第一种方法对结构简单尺寸较小的工件比较实用，这二中方法适用于结构复杂尺寸较大的工件。

2 焊偏问题分析

根据大量的生产实践，造成弧焊机器人焊偏的原因主要有以下10个方面的原因：

（1）弧焊机器人焊枪与机器人末端的相对位置发生变化即TCP没有校准。

（2）工件基准偏差过大，此类问题一般为工件尺寸和合格所致。

（3）焊缝识别与跟踪出现问题，目前弧焊机器人可用的焊缝识别与跟踪方式有焊丝接触传感寻位、激光识别、视觉识别[4]。其中焊丝接触传感寻位系统结构简单、工作稳定、成本低廉是弧焊机器人系统中采用最多的一种焊缝识别与跟踪系统[5]，其工作原理为焊丝碰到工件时，系统内部继电器线圈得电，该线圈对应的常开闭合，快速检测通道导通并记录机器人当时的空间坐标，通过多个点的组合最终确定焊缝位置。本文针对焊丝接触传感寻位简单阐述该寻位方式中经常出现的问题：a.没有清剪焊丝，在寻位检测前应运行一次清枪程序，否则会出现焊丝长度不标准或焊丝末端导电不良最终导致寻位检测出现问题；b.焊接工件上的寻位检测点导电不良，通常焊接工件上寻位检测点处存在氧化皮、油污、防飞溅液等异物都能导致寻位检测出现问题；c.焊接寻位检测回路接触不良或短路。

（4）角焊、船位焊或带坡口的对接焊中没有打开电弧跟踪功能。

（5）不带坡口的对接焊中打开电弧跟踪功能。

（6）使用基于摆动扫描电弧传感器的焊缝跟踪功能时没有使用焊接摆动功能。

（7）基于打底焊电弧跟踪的多层多道焊接中填充或盖面焊过程中出现断电重启状况。

（8）焊接带坡口的焊缝使用电弧跟踪时，若坡口角度α过小同时根部间隙b也过小时，导致焊接摆动的摆幅d远大于坡口实际宽度l，造成焊枪摆动两侧母材熔化过量如图1所示。此时极容易出现焊偏现象。

（9）弧焊机器人焊接编程时焊接姿态中存在奇异点（死点）。

（10）焊枪角度设置不当。

3 结论

综上所述，要想应用焊接机器人技术实现高效优质的焊接，焊接机器人系统的质量技术水平是一个方面，使用企业的使用管理水平也是很重要的一个方面。结合上述造成机器人焊偏的十个方面原因，焊接机器人使用企业可从机器人日常维护、焊接工件质量检测、焊接编程、焊接机器人操作等方面入手制定相应的机器人使用管理规范，从而实现高效优质的使用焊接机器人，让焊接机器人为焊接生产企业创造更大的价值。

参考文献：

[1]梁文丽.全球机器人市场统计数据分析[J].机器人技术与应用，2016（01）：44-48

[2]桂仲成，吴建东.全球机器人产业现状趋势研究及中国机器人产业发展预测[J].东方电气评论，2014（12）：4-10

[3]梁文丽.快速增长的中国机器人市场[J].机器人技术与应用，2014（03）：2-7

[4]王伟，邹奇仕，朱六妹，宋国军.视觉传感焊缝跟踪技术的发展状况及实施方案探讨[J].电焊机，2002（05）：1-8

[5]曾松盛，石永华，王国荣.基于电弧传感器的焊缝跟踪技术现状与展望[J].焊接技术，2008（04）：1-5

作者简介：霍厚志（1986-），男，山东临沂人，工学硕士，工程师。