计算机技术在焊接自动化中的应用

孙 静

（天津城市建设管理职业技术学院，天津 300134）

焊接技术的历史非常的悠久，最早有记载可查的焊接技术是在公元前3000的埃及。随着时代的飞速发展、科技的不断进步，如今的焊接技术领域相对发展的成熟，通过结合计算机技术，用人工智能的焊接机器人代替了传统的人工作业，在动态视力、分辨能力、精准能力等优点，使焊接领域开启了历史的新篇章。当下，通过计算机网络技术，使用计算机系统设计和控制人工智能机器人进行焊接工作，并且在实际工作中不断得到运用。通过计算机系统控制焊接工作的方式主要有：焊接顺序控制系统、相关调节速度装置等。将先进的计算机控制技术和先进焊接设备、优良的焊接相关材料相互融合，是提高产品的质量、品质和效率的必经之路。国外目前很多的国家已经将整个焊接过程实现了闭环自动控制，将微处理装置和焊接机相连，实现了焊接自动化的应用。很多的企业已经开始将纯智能化的焊接机器人的工作车间，取代了传统人力焊接作业，从送料、焊接、移动等步骤，全部通过计算机系统进行自动控制。随着时代和科技的发展，现在还有很多企业研发了机器人柔性系统，将焊接自动化的范围扩大到了后期打磨、质检、运输等环节。所以说，计算机技术、高新智能控制技术、人工智能技术等高新科技在焊接技术中的作用之大，应用之广，已经改变了传统焊接技术的发展。

1 计算机技术结合传统焊接技术的应用现象

1.1 焊接技术中计算机的辅助作用

在传统的焊接技术中，结合计算机系统进行控制，通过计算机的辅助使焊接技术呈现自动化，不但可以提成企业的生产效率，又能够保障产品的高品质，使用计算机系统，设计和控制自动化焊接装置，对于焊接工作中的精密工艺数据控制，利用计算机的严谨、准确的特点进行科学的调控，减少甚至杜绝的人工作业中容易出现失误、遗漏、操作之间的差异等问题，尤其明显的是在金属焊接缝的品质控制方面。

例如，哈工大深入研究TIG工艺技术，通过对熔透的方向开始，研发出熔池振荡法，通过使用弧光传感器，对熔池振荡的幅度进行测量。这种技术在高合金钢和低碳钢的焊接工作中，有着非常显著的效果。对于大量焊接工作中的大量的精密参数的严格把控，受益于计算机的大容量记录能力和严谨高速的运算能力，特别是随着神经网络学领域和人工智能中模糊控制技术的发展，更为熔透焊接技术的飞速发展提供了强有力的推动作用。

1.2 专业的焊接系统

是指通过计算机技术，针对实际的焊接工作，专门设计专家系统。通过计算机的大功率计算和模拟人工功能，采用模仿焊接专家的专业知识和处理相关问题的能力，使计算机系统能够像真正的焊接专家一样，对于焊接工作中出现的问题能够有效解决的能力。对于特定范围的技术问题而研发的计算机专家系统，和常规系统相比，有着针对领域内的某个或者某些专家的知识、经验、能力为接触，对于相关领域的问题比常规的系统有更加专业、快速的分析和解决问题的能力特点。专业的焊接系统主要包含计算机的知识存储、专家系统的推理设备以及人机接口。专业的焊接系统主要是运用在对焊接工作的问题诊断、安全监测、成本预算、焊接方式的选择等方面。同时具备了计算机的严谨、专业、可复制性，避免了焊接工作中因人为因素所造成的影响而造成的产品生产效率和相关人身安全等问题。

1.3 焊接技术中计算机辅助系统

在焊接技术作业中，CAPP是最重要的材料成型的一种方法。并且在航天化工、造船造车、建筑工业，甚至是微电子等生产方面，都已得到了广泛的运用。焊接技术的高低，直接关系着产品的质量和性能的最后呈现，也是直接影响着企业的成本效益。传统焊接技术的操作和协同工作，都依赖于纯人力作业，不但增加了大量的人力支出成本，还因为人为的不确定因素而导致的各种问题，最后影响了产品的品质，还使得企业无形中增加了很多的成本。

CAPP在上世纪80年代，逐渐开始被人们广泛应用于焊接工作中，并且取得了十分明显的效果。如今，我国在CAPP运用在焊接工作中的应用研究工作，虽然得到了一定得到成绩，很多企业也在焊接工作中逐渐的改进，但是相对于国外的技术水平，还是有很多不成熟的地方。例如：应用范围狭窄，相关系统只能应用于某一种限定的岗位中；协同能力差，和目前流行的计算机系统CAD、CAM等集成的配合能力差；只能完成相对单一的工艺文件的管理，功能过于单一等问题。

1.4 通过计算机仿真技术对数值进行分析、建模

焊接热过程是焊接技术的基本操作步骤，指通过形成焊接接头，使之产生焊接压力而形成变形的一种过程。但同时，这也是在焊接工作中，容易出现缺陷的一个步骤。如何对这个过程进行准确的把控，对提升焊接的质量，降低甚至消除这一步骤缺陷的必经之路。传统的焊接工作中，对于这种缺陷，一般是对焊接热过程进行解析法分析，对于相关的热源进行偏差性假设，但是这种方式因为工艺过于单一，只能适用于比较简单的形状焊件的焊接工作。通过流体力学方程对焊接熔池传热过程的研究，哈尔滨工业大学在相关的熔滴和熔池之间的相互作用，对于尺寸和形状进行精确的把控等方面，取得了重大的科研成果。

1.5 自动化焊接机器人

随着时代和科技的飞速发展，计算机技术、互联网技术、人工智能技术等领域的不断进步，在传统焊接技术中应用自动焊接机器人的应用技术也得到了全面的发展。焊接机器人替代传统人工作业的方式，对于提高企业的生产效率、降低生产中的错误率、降低企业成本、提升企业的经济效益方面，有着积极的促进作用。焊接机器人的广泛应用，既可以保障了焊接技术的品质，降低了人工作业的成本支出，还能减少人工作业中的人身安全的隐患问题，所以目前在国内外的焊接领域中，对于焊接机器人的发展和应用方面的研究，作出了很多的努力，并且建立了相关的焊接机器人工作站。如今，比较常见的机器人工作站主要分为四种类型。

（1）箱体焊接机器人工作站。主要是应用于箱柜行业中，对于产量、质量等要求标准较高的焊接工作而研发的专用设备。工作站由弧焊机器人、送丝机、复位机、控制系统等部分组成。主要在电气工程、机械制造和汽车制造等行业得到广泛应用。

（2）不锈钢气塞机器人。对于不锈钢焊接中密封性高、变形量大的焊接工作，通过使用柔性激光焊接方式，进行有效的解决。

（3）轴类焊接机器人工作站。主要应用于转轴为基础的零件焊接工作，对于这类焊接工作中劳动量大、产品品质不一致、生产能力差等问题，通过计算机技术和相关系统对数据的控制来解决出现的问题。

（4）焊接螺柱机器人工作站。通过计算机技术，用相关系统对机器人进行操作，针对焊接螺柱工艺中，不同规格的焊接要求，能够更加准确、高效的将螺柱进行焊接工作。

2 计算机技术在焊接自动化中的应用前景

2.1 加强视觉传感技术的深入研究

随着高新技术的发展，将计算机技术、人工智能技术和互联网技术等新领域，融合到现代化的焊接工艺的程度越来越高，同时也取得了明显的效果。并且随着各项技术的研究深入，未来焊接技术中对于自动化、智能化的应用，一定会开启新世纪下焊接技术的新篇章。例如，随着加强计算机视觉传感技术的研究工作，为焊接机器人提供更加先进的视觉传感能力和方向控制的能力，使焊接机器人在对环境识别、焊接轨道把控、温度调节等方面得到了显著的提高，所以，加强视觉传感技术的研究，是未来焊接机器人的研发重要方向之一。

2.2 突破现在焊接机器人的仿真系统

人类和动物对于外界环境的感知能力，大部分都是通过视觉获得的。焊机工人随着工作经历的加深和工艺手法的熟练，在视觉、感知温度、方向控制等方面进行把控，来更好的从事相关的焊接工作。焊接机器的自动化、智能化的水平高低，以及焊接机器人在实际焊接工作中对于光、电、热等相关数据的感知能力的程度，都受焊接机器人仿真系统的水平高低影响。所以，这也使得相关的科技研究人员和各领域的专家在机械、电磁、红外、视觉等物理、化学、仿真等领域的相关科研方面，不断加深研究和技术应用的能力，以开发更多形式的弧焊传感装置，来提高焊接机器人的仿真能力。

2.3 特种焊接机器人的研发前景

对于在特殊环境、特殊地形或者条件下进行焊接工作的机器人，被称为“特种焊接机器人”，随着时代和科技的飞速发展，人类踏足的地方更广、范围日益增加，很多特殊环境、地形或特殊条件下的焊接工作，已经是人类所难以进行的。例如：在深海中高压下的焊接工作、高辐射性的基站焊接工作、甚至是外太空空间站焊接工作等，这种焊接工作已经无法通过焊工工人去完成。针对这样的现象，国内外的科研人员对焊接工作各方面进行深入研究，例如接头识别、焊接路径的走向、焊接时的温度、焊缝监测等方面，通过不断的研发和适用，给特种焊接机器人的研究发展方向提供了扎实的理论基础。

当下在我国，对于焊机机器人添加视觉传感功能的装置，并且已经将这种特种机器人运用与我国的汽车建造、重型构建、航空航天等领域，并且取得了相当喜人的成果。相信在不久的将来，随着时代和科技的发展，神经网络学、高新智能控制技术、计算机三维技术以及人工智能等领域技术和焊接技术的不断融合，将各领域的高新技术运用到传统的焊接技术中， 各类更专业的特种焊接机器人一定能够在更多特殊环境、特殊条件等难以进行人工作业的地方，代替我们，发挥更加巨大的作用。

3 结束语

随着时代的飞速发展，科技的不断进步，以及神经网络学、高新智能控制技术、计算机三维技术以及人工智能等领域技术和焊接技术的不断融合，将自动化、智能化和焊接结合，使之开启了一个新的历史篇章，时刻使用新技术结合新的自动化、智能化的时代。在不久的未来，随着模糊神经网络学技术的在进一步发展，人工智能的焊接机器人代替了传统的人工作业，在动态视力、分辨能力、精准能力等优点，将人工智能化的焊接机器人一定会应用于焊接中的各个领域工作中，随着规模的越来越大、市场的占有率越来越高，计算机技术结合焊接技术的方式代替传统的人工焊接作业，在提升市场经济发展、促进社会建设、提高人们的满意度等方面，起着非常积极的促进作用。