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焊接機器人的應(yīng)用與發(fā)展

從工業(yè)1.0時代發(fā)展到工業(yè)4.0時代，科技在飛速進(jìn)步。在焊接領(lǐng)域，越來越多的工業(yè)機器人被應(yīng)用到各個場景之中，在機器換人的大趨勢下，焊接工作也慢慢的由手動變?yōu)樽詣印C器人焊接工作也從開始的“盲焊”發(fā)展到如今裝配傳感器實現(xiàn)智能化焊接，今天，小編和大家一起聊一聊焊接機器人的應(yīng)用與發(fā)展。

  焊接機器人的發(fā)展歷程  

機器人的應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：
● 初代是示教再現(xiàn)型機器人。這類機器人操作簡單，不具備外界信息的反饋能力，難以適應(yīng)工作環(huán)境的變化，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用受到很大限制。 
● 第二代是具有感知能力的機器人。這類機器人對外界環(huán)境有一定的感知能力，具備如聽覺、視覺、觸覺等功能，工作時借助傳感器獲得的信息，靈活調(diào)整工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。 
● 第三代是智能型機器人。這類機器人不但具有感覺能力，而且具有獨立判斷、行動、記憶、推理和決策的能力，能適應(yīng)外部對象、環(huán)境協(xié)調(diào)地工作，能完成更加復(fù)雜的動作，智能機器人還具備故障自我診斷及修復(fù)能力。 
焊接機器人就是在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域代替焊工從事焊接任務(wù)的工業(yè)機器人。早期的焊接機器人缺乏“柔性”，焊接路徑和焊接參數(shù)須根據(jù)實際作業(yè)條件預(yù)先設(shè)置，工作時存在缺點。隨著計算機控制技術(shù)、人工智能技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展，焊接機器人也由單一的單機示教再現(xiàn)型向以智能化為核心的多傳感、智能化的柔性加工單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展。

  焊接機器人國內(nèi)外市場現(xiàn)狀  
焊接機器人具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善工人勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率等特點，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機械、通用機械、金屬結(jié)構(gòu)和兵器工業(yè)等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，在役的工業(yè)機器人中大約有三分之一用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。國際機器人聯(lián)合會（IFR）數(shù)據(jù)顯示，2018年全球工業(yè)機器人安裝量為38.4萬臺，其中，中國地區(qū)機器人產(chǎn)業(yè)快速增長，2018年工業(yè)機器人安裝量達(dá)13.32萬臺，約占全球總和的34.7%，中國已經(jīng)成為全球較大的工業(yè)機器人市場。
在我國，焊接機器人市場迎來了難得的發(fā)展機遇。一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接機器人的價格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動力成本不斷上升，我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由制造大國向制造強國邁進(jìn)，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量和增加企業(yè)競爭力，這一切預(yù)示著機器人應(yīng)用及發(fā)展前景空間大。 
 
  焊接機器人的應(yīng)用  
眾所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實踐經(jīng)驗、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接又是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。

工業(yè)機器人的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，減輕焊工的勞動強度，同時也可以保證焊接質(zhì)量和提高焊接效率。然而，焊接又與其它工業(yè)加工過程不一樣，比如，電弧焊過程中，被焊工件由于局部加熱熔化和冷卻產(chǎn)生變形，焊縫的軌跡會因此而發(fā)生變化。手工焊時有經(jīng)驗的焊工可以根據(jù)眼睛所觀察到的實際焊縫位置適時地調(diào)整焊槍的位置、姿態(tài)和行走的速度，以適應(yīng)焊縫軌跡的變化。然而機器人要適應(yīng)這種變化，必須首先像人一樣要“看”到這種變化，然后采取相應(yīng)的措施調(diào)整焊槍的位置和狀態(tài)，實現(xiàn)對焊縫的實時跟蹤。

由于電弧焊接過程中有強烈弧光、電弧噪音、煙塵、熔滴過渡不穩(wěn)定引起的焊絲短路、大電流強磁場等復(fù)雜的環(huán)境因素的存在，機器人要檢測和識別焊縫所需要的信號特征的提取并不像工業(yè)制造中其它加工過程的檢測那么容易，因此，焊接機器人的應(yīng)用并不是一開始就用于電弧焊過程的。 實際上，工業(yè)機器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用是從汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點焊開始的。原因在于電阻點焊的過程相對比較簡單，控制方便，且不需要焊縫軌跡跟蹤，對機器人的精度和重復(fù)精度的控制要求比較低。

  傳感器技術(shù)的應(yīng)用  

焊接環(huán)境受各種因素的影響，如：強弧光輻射、高溫、煙塵、飛濺、坡口狀況、加工誤差、夾具裝夾精度、表面狀態(tài)和工件熱變形等，實際焊接條件的變化往往會導(dǎo)致焊炬偏離焊縫，從而造成焊接質(zhì)量下降甚至失敗。
焊縫跟蹤技術(shù)的研究就是根據(jù)焊接條件的變化要求弧焊機器人能夠?qū)崟r檢測出焊縫的偏差，并調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)，保證焊接質(zhì)量的可靠性。其中傳感技術(shù)的研究以電弧傳感器和光學(xué)傳感器為主。
電弧傳感器是從焊接電弧自身直接提取焊縫位置偏差信號，實時性好，焊槍運動靈活，符合焊接過程低成本自動化的要求，適用于熔化極焊接場合。但電弧傳感器對工件坡口的要求較高，反應(yīng)速度慢，靈敏度較差，對于復(fù)雜的工件來說，并不能滿足焊接要求。
光學(xué)傳感器的種類很多，其中激光以其高亮度、單色性、高方向性的特性和抗干擾能力，在光學(xué)傳感器應(yīng)用上備受青睞，光學(xué)傳感器的研究又以視覺傳感器為主，視覺傳感器所獲得的信息量大，靈敏度高，結(jié)合計算機視覺和圖像處理的新技術(shù)，大大增強焊接機器人的外部適應(yīng)能力，激光跟蹤傳感具有優(yōu)越的性能，成為有前途、發(fā)展快的焊接傳感器。
 

  焊接機器人前景  
隨著控制系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高，焊接機器人已由過去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸發(fā)展到現(xiàn)在能夠控制21軸甚至27軸的水平，并且實現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。同時以激光傳感器為代表的的傳感器系統(tǒng)的普及，實現(xiàn)了焊縫自動跟蹤和自動化生產(chǎn)線上物體的自動定位以及精密裝配作業(yè)等，大大提高了機器人的作業(yè)性能和對環(huán)境的適應(yīng)性。
相信未來伴隨計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)、人工智能理論以及工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，焊接機器人技術(shù)領(lǐng)域還有很多亟待我們?nèi)フJ(rèn)真研究的問題，特別是焊接機器人的視覺控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、智能化控制技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等方面將是未來研究的主要方向。

●●● END ●●●

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焊接機器人的應(yīng)用與發(fā)展

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  焊接機器人的發(fā)展歷程  

機器人的應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：
● 初代是示教再現(xiàn)型機器人。這類機器人操作簡單，不具備外界信息的反饋能力，難以適應(yīng)工作環(huán)境的變化，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用受到很大限制。 
● 第二代是具有感知能力的機器人。這類機器人對外界環(huán)境有一定的感知能力，具備如聽覺、視覺、觸覺等功能，工作時借助傳感器獲得的信息，靈活調(diào)整工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。 
● 第三代是智能型機器人。這類機器人不但具有感覺能力，而且具有獨立判斷、行動、記憶、推理和決策的能力，能適應(yīng)外部對象、環(huán)境協(xié)調(diào)地工作，能完成更加復(fù)雜的動作，智能機器人還具備故障自我診斷及修復(fù)能力。 
焊接機器人就是在焊接生產(chǎn)領(lǐng)域代替焊工從事焊接任務(wù)的工業(yè)機器人。早期的焊接機器人缺乏“柔性”，焊接路徑和焊接參數(shù)須根據(jù)實際作業(yè)條件預(yù)先設(shè)置，工作時存在缺點。隨著計算機控制技術(shù)、人工智能技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展，焊接機器人也由單一的單機示教再現(xiàn)型向以智能化為核心的多傳感、智能化的柔性加工單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展。

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焊接機器人具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、改善工人勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率等特點，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機械、通用機械、金屬結(jié)構(gòu)和兵器工業(yè)等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，在役的工業(yè)機器人中大約有三分之一用于各種形式的焊接加工領(lǐng)域。國際機器人聯(lián)合會（IFR）數(shù)據(jù)顯示，2018年全球工業(yè)機器人安裝量為38.4萬臺，其中，中國地區(qū)機器人產(chǎn)業(yè)快速增長，2018年工業(yè)機器人安裝量達(dá)13.32萬臺，約占全球總和的34.7%，中國已經(jīng)成為全球較大的工業(yè)機器人市場。
在我國，焊接機器人市場迎來了難得的發(fā)展機遇。一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接機器人的價格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動力成本不斷上升，我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由制造大國向制造強國邁進(jìn)，需要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量和增加企業(yè)競爭力，這一切預(yù)示著機器人應(yīng)用及發(fā)展前景空間大。 
 
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眾所周知，焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實踐經(jīng)驗、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接又是一種勞動條件差、煙塵多、熱輻射大、危險性高的工作。

工業(yè)機器人的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，減輕焊工的勞動強度，同時也可以保證焊接質(zhì)量和提高焊接效率。然而，焊接又與其它工業(yè)加工過程不一樣，比如，電弧焊過程中，被焊工件由于局部加熱熔化和冷卻產(chǎn)生變形，焊縫的軌跡會因此而發(fā)生變化。手工焊時有經(jīng)驗的焊工可以根據(jù)眼睛所觀察到的實際焊縫位置適時地調(diào)整焊槍的位置、姿態(tài)和行走的速度，以適應(yīng)焊縫軌跡的變化。然而機器人要適應(yīng)這種變化，必須首先像人一樣要“看”到這種變化，然后采取相應(yīng)的措施調(diào)整焊槍的位置和狀態(tài)，實現(xiàn)對焊縫的實時跟蹤。

由于電弧焊接過程中有強烈弧光、電弧噪音、煙塵、熔滴過渡不穩(wěn)定引起的焊絲短路、大電流強磁場等復(fù)雜的環(huán)境因素的存在，機器人要檢測和識別焊縫所需要的信號特征的提取并不像工業(yè)制造中其它加工過程的檢測那么容易，因此，焊接機器人的應(yīng)用并不是一開始就用于電弧焊過程的。 實際上，工業(yè)機器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用是從汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點焊開始的。原因在于電阻點焊的過程相對比較簡單，控制方便，且不需要焊縫軌跡跟蹤，對機器人的精度和重復(fù)精度的控制要求比較低。

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焊接環(huán)境受各種因素的影響，如：強弧光輻射、高溫、煙塵、飛濺、坡口狀況、加工誤差、夾具裝夾精度、表面狀態(tài)和工件熱變形等，實際焊接條件的變化往往會導(dǎo)致焊炬偏離焊縫，從而造成焊接質(zhì)量下降甚至失敗。
焊縫跟蹤技術(shù)的研究就是根據(jù)焊接條件的變化要求弧焊機器人能夠?qū)崟r檢測出焊縫的偏差，并調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù)，保證焊接質(zhì)量的可靠性。其中傳感技術(shù)的研究以電弧傳感器和光學(xué)傳感器為主。
電弧傳感器是從焊接電弧自身直接提取焊縫位置偏差信號，實時性好，焊槍運動靈活，符合焊接過程低成本自動化的要求，適用于熔化極焊接場合。但電弧傳感器對工件坡口的要求較高，反應(yīng)速度慢，靈敏度較差，對于復(fù)雜的工件來說，并不能滿足焊接要求。
光學(xué)傳感器的種類很多，其中激光以其高亮度、單色性、高方向性的特性和抗干擾能力，在光學(xué)傳感器應(yīng)用上備受青睞，光學(xué)傳感器的研究又以視覺傳感器為主，視覺傳感器所獲得的信息量大，靈敏度高，結(jié)合計算機視覺和圖像處理的新技術(shù)，大大增強焊接機器人的外部適應(yīng)能力，激光跟蹤傳感具有優(yōu)越的性能，成為有前途、發(fā)展快的焊接傳感器。
 

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