焊接机器人关键技术及应用发展现状初探

郑建勇

[摘    要 ]文章重点分析焊接机器人的关键技术以及应用发展现状，对焊接机器人的具体组成和分类进行详细阐述。以此为基础，对我国焊接机器人目前应用和发展现状进行详细分析，目前由于焊接机器人的零部件价格过于昂贵，同时复杂焊件焊接编程问题相对比较严重，导致焊接机器人的整体应用效果并不是很理想。因此，要结合实际情况，促使焊接人可以利用弧焊电源，实现焊接机器人传感技术的合理应用，以此来推动焊接机器人的未来可持续发展。

[关键词]焊接机器人;关键技术;应用发展;发展现状

[中图分类号]TG409 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]This article focuses on analyzing the key technology and application development status of welding robots， and elaborates on the specific composition and classification of welding robots. Based on this， a detailed analysis of the current application and development status of welding robots in my country is carried out. At present， due to the excessively expensive parts and components of welding robots， and the relatively serious problem of welding programming of complex weldments， the overall application effect of welding robots is not very good. ideal. Therefore， it is necessary to combine the actual situation to encourage the welder to use the arc welding power source to realize the reasonable application of the welding robot's sensing technology， so as to promote the future sustainable development of the welding robot.

[Keywords]welding robot; key technology; application development; development status

焊接工作在具體展开中，其自身环境相对比较恶劣，同时具有高强度工作特点，对于操作人员而言，其自身熟练性以及专业技术水平要求普遍比较高。特别是新时期背景下我国经济快速发展，人们日常生活质量和水平的提升，一线焊接工人数量有明显下降趋势。焊接机器人的出现，能够对供需矛盾起到良好的缓解作用，促使人们能够将更多时间投入到具有创造力特点的工作当中。焊接机器人在应用时，能够保证焊接生产效率的提升，尽可能避免由于人的因素影响而带来的一系列误差问题发生。对于我国工业发展而言，也可以起到良好的推动效果。

1 焊接机器人的组成

焊接机器人系统在构建和应用时，主要是由机器人系统、焊接系统以及焊接外部传感系统等组合而成。机器人系统主要是以机器人本体、控制柜等零部件组合而成，焊接系统则是以焊接电源以及送丝机构等组合而成。焊接辅助系统在应用时，主要是指焊接工装夹具等，焊接外部传感系统在应用时涉及的内容相对比较多，包括采集焊接环境信息、视觉传感器等。焊接综合处理以及控制系统主要是针对焊接现状展开有针对性地处理，促使焊接机器人能够实现稳定有效运行。

2 焊接机器人应用和发展现状

2.1 焊接机器人的应用情况

根据相关数据统计结果可以看出在，2019年我国的焊接机器人保有量大概为83081台。与2018年相比有明显上升趋势，增加了18%。在工业机器人保有量当中的占比可以达到32.4%，与现阶段相关数据统计结果进行结合，发现近年来我国焊接机器人的销量呈现出波浪式增长状态[1]。焊接机器人在整个工业机器人当中占比有明显上升趋势，但是近年来在工业机器人当中的占比有所下降，该问题出现的主要原因是焊接机器人在焊工当中的拥有量与我国工业机器人平均密度相比要更高一些。根据相关数据统计结果，我国在2018年焊接材料的整个产量为568万t，扣除出口部分后，与我国国内自身消耗数量进行对比分析，保守估算2018年我国焊接工人数量大概为200万人左右。在这一基础上，2018年我国焊接机器人的整个行业力度大概为352台，与同期工业机器人密度相比要高出36台。据不完全统计，现阶段焊接机器人在服务于焊接加工领域中的数量在全球工业机器人当中的占比可以达到一半左右[2]。由此可以看出，焊接机器人在我国的整个发展空间相对比较良好。如表1所示。

2.2 焊接机器人应用现状

2.2.1 焊接机器人零部件价格昂贵

与目前焊接机器人的发展现状进行结合发现，虽然焊接机器人应用范围相对比较广泛，焊接质量以及焊接效率有明显上升趋势。但是焊接机器人在应用时，仍然存在很多问题，由于我国工业机器人自身在关键核心零部件的研发方面受到技术限制影响。焊接机器人当中涉及的主要零部件基本上需要以进出口为主，导致国内焊接机器人自身零部件价格非常昂贵。工业机器人当中的核心部件一旦受到损坏影响，需要更换时，要耗费几万甚至几十万的成本费用[3]。比如机器人用精密减速机时，由于我国75%的精密减速机基本是由日本进口。对于国内关系比较良好的客户而言，大概价格为7万元，而对于普通用户则需要10万以上的价格，才能够购买到1台精密减速机。整个供货周期相对比较长，对于焊接生产企业也自身的生产计划而言，将会造成非常严重的阻碍影响。特别是焊枪等这些零部件自身的损坏率相对比较高，整个价格通常在1万左右，导致很多企业根本无法承担购买焊接机器人的费用，对于国内“机器换人”的脚步造成了非常严重的阻碍影响。

2.2.2 复杂焊件焊接编程问题

焊接机器人自身在编程方面通常会包括视角编程以及焊接工艺参数编写，对于相对比较复杂的机器人焊接而言，焊缝相对比较多，需要耗费大量的时间和精力对其展开有针对性的示教。对于存在变角度坡口焊缝而言，通常需要利用多层多道焊接方式，实现对现有工艺参数及时有效地调试，整个过程中需要耗费的时间和精力也相对比较多。多数复杂焊接通常需要对多个焊接参数进行准确有效地编写和调试，通过长周期能够对相关工艺参数进行确定，无形当中导致企业产品生产周期无限延长，企业自身竞争力也会受到影响，无法得到有效提升。

2.2.3 机器人与焊件相对位置发生变化

机器人与焊件自身位置发生变化之后，需要对视角问题进行重新设置，机器人焊机编程通常是以示教器为基础，对机器手进行有效控制，促使其自身行走路径能够得到合理管控。焊枪末端到达指定位置时，由于受到对应动作命令影响，可以实现停留、送气等一系列操作[4]。该指定点通常是按照变频器或者焊接工装当中的焊接工件进行确定，一旦焊接工件与机器人自身位置出现变化，需要对焊接程序进行重新示教，整个过程中需要耗费的时间和精力相对比较多。

3 焊接机器人技术发展现状与趋势

3.1 焊接机器人利用弧焊电源的研究

焊接机器人技术的整体发展形势相对比较良好，与其配套的弧焊电源逐渐朝着高效、高性能的趋势发展。由于数字化弧焊电源自身在焊接参数输出时具有良好稳定性，焊接重复性普遍比较高。同时可以满足各种不同类型焊接方法对于电源提出的一系列要求，以此为基础，合理利用全数字化弧焊电源，对焊接机器人的发展而言具有非常重要的推动作用。现阶段机器人通常是以数字化弧焊电源为主，虽然国内在这一方面已经展开一系列研究，同时有相关产品逐渐推向市场，但是在焊接穩定性以及精准性的控制方面，仍然与国外产品之间存在一定差距。需要在实践中不断完善和优化，这样才能够将弧焊电源的作用和价值充分发挥出来。

3.2 焊接机器人传感技术

经济的快速发展，我国已经全面进入到现代化智能化时代，焊接自动化以及智能化可以被看作是焊接行业发展的主要趋势。传感技术在应用时能够实现焊接自动化以及智能化，机器人传感技术在应用时，主要是在整个机器人焊接中获取相关信息，实现对信息有效转化和处理。相关信息的获取能够对该技术发展短板起到良好的制约效果，针对具有稳定性和可靠性的传感器而言，可以对焊接过程的整个状态进行实施有效地检测，为质量控制效果提供保证。焊接传感器在应用时，由于环境相对比较恶劣，很有可能会受到高温、烟尘等一系列因素干扰影响。其中部分干扰因素无法去除，对于焊接传感器的要求相对比较高。弧焊机器人经常会利用触感接触式传感器或者温度传感器等，焊接传感器在应用时，其自身是否具有非常良好的稳定性和可靠性，会直接影响到焊接过程特征信息的提取是否具有准确性。对于焊接过程的整个监控而言，具有非常重要的影响。在诸多焊接传感器当中，接触式传感器以及激光视觉传感器等，由于各自具有非常明显的优势特点，所以在应用时的范围相对比较广。

3.3 焊缝自动识别与跟踪技术

在针对焊接机器人展开视觉传感时，初期焊位识别以及焊接过程的焊缝跟踪是其中非常重要的组成部分。同时也是保证焊接机器人自身能够实现高效优质焊接的必要前提条件，焊缝自动识别被看作是焊接动作具体实施中的基础组成部分，对于焊接机器人自身智能化水平提升而言具有实质性意义。由于加工以及装配中存在一系列误差问题，同时焊接中会出现不均匀温度等情况，导致焊接变形或者焊缝形状出现一系列变化。在整个焊接中要采取焊缝跟踪技术，保证焊工状态能够得到及时有效地跟踪处理，这样能够适当调整焊接路径，为焊接质量提供保证。现阶段该技术在应用时，主要是在传感器以及控制技术基础上展开，在传感器方面，CCD在应用时的优势特点相对比较明显，能够保证信息获取以及处理时的可靠性和稳定性。在机器人焊接领域传感器的应用中，可以实现与智能信息的有效融合，在控制方面可以利用模糊控制或者神经网络控制等方法，实现焊缝自动识别与跟踪处理。

4 结束语

经济的快速发展对焊接机器人的应用提出了更高要求。焊接机器人在焊接生产中的应用，有利于保证焊接生产效率和质量的提升，能够缓解焊接工人自身的工作压力，保证焊接生产柔性化水平的提升，为焊接质量提供保证。虽然目前在焊接机器人应用中仍然存在很多问题，但是在实践中，采取有针对性的对策，结合现实情况，与自动化、智能化技术手段进行结合，以此来推动我国焊接机器人的应用和发展。

参考文献

[1] 王彩凤，丁志远，雷宁宁，等.焊接机器人在工程机械行业的应用现状及发展趋势[J].金属加工（热加工），2020（6）：3-6.

[2] 孟宪伟，肖玉龙，唐宇佟，等.焊接智能化的研究现状及应用[J].电焊机，2019，49（9）：84-87.

[3] 李宪政.国内焊接机器人应用的快速发展及认识误区[J].焊接，2019（4）：5-15，65.

[4] 张昊，黄永德，郭跃等.适用于机器人焊接的搅拌摩擦焊技术及工艺研究现状[J].材料导报，2018，32（1）：128-134.