智能制造与机器人焊接技术的集成与应用

文/邹俊 周正华

现阶段，我国焊接机器人的的相关技术不断得到突破，新技术的研发与应用使得焊接机器人的用途越来越广泛。焊接机器人属于工业机器人的范畴内，最早应用于电汽化生产，随着新时期人工智能技术、软件编程及数字化信息处理的应用成果，焊接机器人逐渐应用在多个工业自动化生产当中，我国现阶段的实践案例和理论体系逐渐走向成熟，焊接机器人的使用性和功能性也逐步提升，为了发展智能制造，必须加强机器人焊接技术的可靠性，注重加工技艺提升，以提升产品质量和企业市场竞争实力。这些也从侧面体现出现代焊接机器人在实际工作中的应用和发展空间非常广阔。高新应用技术由此产生，该技术是将焊接工艺、机械设计、传感技术和识别技术、信息采集、处理和自动化控制等集合形成的，以推动现代化工业生产加工向智能制造方面的转型，结合新时期自动化、智能化和信息数据处理等多项技术加强焊接技术的应用与提升。

1 焊接机器人的发展方向

我国当前机器人焊接技术在基础应用方面的技术以及成熟，焊接机器人种类繁多，如激光焊接机器人、点焊机器人等。焊接机器人的发展方向主要由以下几方面体现：

1.1 机器人自身结构

焊接过程对于动作的灵敏度反应和精准的定位度的要求非常高，所以，机器人轻巧方便是未来相关机构在创造焊接机器人时的主要发展方向。机器人自身的机构也正在发生转变，逐渐朝向可重构、模块化方向发展。

1.2 智能传感技术

在焊接过程中其非常容易受到各种外界因素的影响，也就会对机器本身的产生变形的影响。传统教式变成焊接主要内容为“盲人式”机器人焊接，未来的发展也会为焊接机器人提供更多高效的感知能力。焊接机器人的感知能力和模拟感官尤其重要，能够减少工作失误，察觉焊接过程中的故障问题，及时进行处理或断电停工。这既是人工智能化控制的体现，也是提升焊接机器人技术可靠性和焊接工作质量的重要保障。

1.3 网络通信技术

随着现代社会的发展，数据处理和信息化技术应用于各个行业，焊机机器人作为电子集成控制的综合产物，也必须要加强通讯技术设备，提升电子传感器的应用。机器人焊接并不属于独立的工作环节，它是整体数字化工厂系统中的重要组成部分。不仅是现代发展趋势所驱，在机器主导的人工智能是未来社会的发展趋势，加强机器人的功能性和实用性，提升对其的控制能力是智能制造的必然要求。

1.4 虚拟现实技术

虚拟现实技术是机器人焊接通过数据变成和模拟空间进行模拟性生产加工和焊接操作，以判断焊接机器人的可靠性，优化设计与功能，例如让遥控机器人操作人员在距离作业场所较远的地方对机器人进行操作。通过三维建模和模拟技术，利用传感器和虚拟现实来实现与工业机器人的即时对接，检验其生产工作效率及操作指令的完成度。

2 常规机器人焊接系统

机器人、焊接设备、工装夹具等组成了机器人焊接基本系统。基于技术结构组成的角度来看，可以将机器人焊接系统分为机器人与焊接、机器人与焊接生产线、机器人与焊接作业场所。

2.1 机器人与焊接

机器人与焊接是指基于机器人个体实现焊接工作自动化管理来说，综合考虑机器人自身动作对焊接整体流程的控制。从机器人个体角度来说其属于机器人系统中的执行者，控制柜则是控制机器人整体系统的中枢神经，示教器则是机器人控制系统与操作人员之间互相交流纽带，机器人的承重设备是固定其稳定工作的载体。焊接电源作为焊接工作的能量来源，焊枪则是能量输出的通道，焊丝盘架则是为焊接提供使用材料。

2.2 机器人与焊接工作场所

机器人与焊接工作场所从焊接整体过程完成效果来看，其属于一个单独的焊接工作结构。其不仅作为机器人焊接工作中的重要组成部分，还是集合触摸屏、工装夹具、外部装置控制系统、变为机构以及吸尘装置等重要环节。机器人工作场所主要的工作内容在特定区域内完成任务所需要的指标和条件，对于焊接工作的要求设定要与机器人的性能具有一致性和协调性。

2.3 机器人与焊接生产线

机器人与焊接生产线主要是应对机器人在焊接生产中自动化条件。机器人焊接工作场所为基础，机器人工作场地就会逐渐增加，构建成各种焊接工作场地组成生产线。对于焊接生产过程自动化来讲，其内容包含材料、零件准备、组装上料、焊接工作、产品质量检验、下料分拣等数项工作，这一自动化生产线必须确保全过程无流程失误和意外情况。这也就意味着焊接机器人的实际流水线不但要具备整体系，还必须要保障其各项工作环节的细节问题质量。机器人与焊接生产场所的内容就会更加复杂，必须确保生产流水线的协调性，分配常规流水线和故障流水线。当生产加工或其他工作出现问题，则需要将其转移至其他路径，集中统一管理，不但有助于查找故障问题，而且能够保证生产流水线正常进行，不会影响进度。自动化生产和智能控制的难点就在于对于意外情况的处理，要想保证焊接生产线无操作事故和特殊事件，就必须加强其机器人的紧急应对措施。通过优化机器人中心处理器的功能方案来保证生产线中的每一个环节的生产水平和所有产品的质量。

3 智能焊接技术的集成与应用

以下是以一个在机器人焊接技术中使用智能焊接工作模式的成功案例展开介绍，该案例采用智能焊接技术主要的目的就是实现中厚板组合焊接柔性化生产。客户对于产生的类别、焊缝质量、组件焊接位置和焊接安全性能等方面都有具体的指标哟求，所以以下内容就以使用单独焊接工作模式在该项目中的应用。

智能焊接站系统的主要组成：

智能焊接工作站的主要内容包含机器人系统、焊接电源系统、控制系统、变位机及工装夹具，移动轨道、安全系统和排烟除尘系统等。弧焊机器人和操作员工之间要适用双工位设计，机器人焊接要与操作人员形成上下攻坚在各自岗位上进行交替工作，这种方式的应用可以加大的避免和减少机器人待机时间，提高生产效率。

（1）机器人系统：使用ABB专用呼喊机器人，并且为其配置专业的水冷焊枪，同时韩强要自带碰撞传感器检测，可以有效地为机器人在移动和焊接过程中对焊枪形成保护。

（2）焊接电源系统：焊接电源系统应使用美国全数字焊机，这种焊机可以提供全面的焊接工艺，对于各种工件在工艺上的不同需求充分满足。

（3）控制系统：控制器最好使用德国西门子PLC，这种控制器可以对整体系统中的主要元件进行组织联络形成网络通信，有效地控制系统整体自动化运行，同时还能对各种成产数据进行实时监控。

（4）变位机及夹具：变位机作为该项目系统的主要执行工件，在变位机上安装专用的工装夹具，有利于对工件实现快速定位；变位机可以为可旋转轴，为电机驱动提供服务，达到旋转变换角度的精准性。

（5）移动轨道：实现对机器人整体位置快速移动的需求，实现焊接工件不同部位的焊接，进而扩大机器人工作范围。

（6）排烟系统；焊接室的前后要布置能够生姜的焊接幕帘，开展焊接工作时要与安全区域完全隔离，进而阻挡焊接过程中各种光线对外部操作者的伤害；排烟系统最好采用高速电机控制高负压进行高效性的排烟，在焊接时产生的烟尘也能进行有效净化。

工业焊接技术是新时期的智能化产物，也是集自动化控制和人工智能技术应用与一体的全新工作模式，大大提升了工业生产、制造和加工的工作水平与效率，加强了故障检测和产品质量检验等多方面工作管理 。企业要发展智能制造，必须要兼具文化软实力和技术设备硬实力，多重协调工作模式和生产制度，将企业高效的生产力和先进的科研能力充分展现，巩固在客户心中的良好形象，加深客户信赖，增强了企业的综合竞争实力和经济效益。

4 结语

总之，随着我国工业改革步伐的快速推进，我国社会工业发展也在不断进步，工业机器人焊接技术是时代发展的产物，也是现代化工业的必然趋势。文章基于焊接机器人的应用与发展展开论述，重点介绍智能制造的发展要求。新时期信息技术革命引领的智能化、数字化应用也广泛应用在工业生产制造上，工业机器人融入智能、自动化控制系统能够在一定程度上取代基层常规流水线的劳动力。焊接机器人作为工业生产、制造与加工的代表内容之一，未来发展前景广阔。为了推动工业智能制造的发展趋势，不能只依靠单一内容的提高，而是要注重全方面技术应用的提升，才能促进智能制造技术水平，希望在未来工业发展进程中能够看到更多智能制造、智能焊接新技术、新应用。