摘要：目前，焊接技术已经成为广泛使用的连接方式，在机械制造领域、航空领域与电子领域中得到了广泛的应用。然而，焊接现场存在环境恶劣等问题，有害气体或弧光很容易导致焊工的生命安全受到威胁。因此，工厂在焊接生产过程中越来越多地开始使用焊接机器人技术，以减少工作人员的使用数量并预防人身安全问题。
关键词：焊接机器人；焊接技术
中图分类号：TU52 标识码：A
引言：2016 年 1 月，李克强总理主持召开国务院常委会，决定推动”中国制造 2025”发展计划，从 2015年到 2025 年这十年内，是第一个十年计划，也是”第四次工业革命”，核心内容是物理信息融合，主要涉及大数据系统，云计算系统等新一代信息技术，3D 打印技术等新兴材料制造手段，智能机器人等多学科之间交叉融合的新产物，极大的推动了单个学科的发展，推动了学科之间的融合，极大的丰富了材料行业的加工手段和制造方法，为生产和制造提供了雄厚的加工基础。
1 焊接机器人的发展历程和应用现状
自1980年开始，我国对焊接机器人的研发和生产投入了大量的人力物力。近年来，我国对焊接机器人的投入热度不减，出现了百分之六十的年增长率。我国在2004年国产机器人共1400台，进口机器人超过9000台，经过十年的发展，截止今年我国工业机器人安装量为57000台，其中16000台是中国安装，且焊接机器人占全部机器人数量的百分之三十六。
我国的焊接机器人主要应用于汽车以及火车的制造行业，工程机械的生产行业等，可以说汽车制造业的发展离不开焊接机器人的技术基础，汽车领域是焊接机器人最早和最大的投入行业，我国的红旗牌汽车和解放牌汽车最早使用了焊接机器人技术对车体进行焊接。现在，我国的铁路机车已成为世界品牌，这也提高了铁路机车行业对焊接机器人以及自动化焊接技术的需求，借助焊接机器人技术的不断革新，我国的汽车制造业已由粗糙的作坊式生产方式转变为智能的规模化生产方式，我国的焊接机器人也大量出口国外。
目前国内大部分乘用车生产企业的焊接机器人应用比例在逐年、快速的升高，某些主机厂甚至达到了100%的机器人自动化焊接，焊接质量和外观水平等正快速追赶甚至达到了世界领先水平。
2 焊接机器人技术
2.1 焊接机器人
焊接机器人是由一个具有多个自由度可自由编程的轴构成的工业机器人。工作时，能将焊接工具按照要求的运动轨迹及速度进行移动，是一种能够自动控制并模仿人的动作且可以重复编程，能在三维空间完成规定的各种焊接作业的自动化生产设备。目前，焊接机器人已经广泛应用于制造业，它能在恶劣的环境下连续工作并能保证焊接质量，大大的提高了焊接生产效率，改善工作环境，减轻焊接技术工人的劳动强度。
焊接机器人广泛于汽车、航空航天、船舶、机械制造、电工电子、食品加工及其它相关制造领域中，并成为先进制造技术中必不可少的重要装备。焊接机器人按焊接工艺可分为弧焊机器人和点焊机器人两类，从结构上看，绝大多数焊接机器人是在六轴关节型机器人的机械手上安装不同的焊接工装设备来实现自动化焊接生产的。
2.2 焊接机器人工作原理
目前应用最广泛的焊接机器人属于第一代机器人，即“示教-再现”型机器人。机器人学习的过程称为“示教”，在这个过程中，操作者需要手把手的教机器人做各种规定的动作，而机器人的自动控制系统会以程序的将动作记下来。“再现”过程就是机器人按照示教时记录下来的程序重现这些动作[2]。
3 焊接机器人的技术特点及存在的问题
3.1 传感技术
利用传感技术可以对焊缝进行精确加工，并实现生产线的自动化控制，使得焊接作业能大大提高，多种传感器的融合技术和传感信息算法的研发也成为了新的热点问题。
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3.2 激光/ 电弧复合热源焊接技术
激光焊接技术和气体保护焊接技术两种焊接热源同时作用于一个焊接熔池的技术成为激光 / 电弧复合热源技术。这种焊接技术对工件的装配间隙要求低，消除了激光焊接存在的固有缺陷，使焊缝更加致密，同时还能提高电弧的稳定性和功率密度，提高焊接速度和焊缝熔深，具有热影响区小，变形低，消除起弧时的不良缺陷等优点。
3.3 遥控焊接技术
遥控焊接技术就是指远程操控焊接过程，简单的遥控焊接技术已经很成熟，现在大部分实验室和生产车间已经可以做到控制台和生产线分离，而一些更远距离的遥控焊接技术则需要更深入的进行研究，例如在海洋中对材料进行焊接，在太空中对空间站进行焊接等，需要更全面系统地进行研究。
3.4 电源融合技术
电源融合技术是将焊接机器人的焊接设备的电源和机器人的电源相融合，改善传统焊接机器人焊接焊接设备与机器人之间数据交换量有限的缺点。目前，日本松下的 TAWERS 焊接机器人实现了机器人与高性能焊接电源的完美结合，采用全软件高速波形控制技术，可控制焊接热输入，实现焊接飞溅极小化，非常适合于高速焊接。
3.5 多个机器人协调控制
多机器人协调控制领域现在还在研发中，理论尚未成熟，技术也还没有投入应用，多机器人协调控制涉及到感知与学习方法，主要研究群体行为控制，是一个综合性的研究体系。
3.6 焊缝的识别和导引
焊接机器人在进行焊接工作时需要对焊缝进行识别，关键技术和难点就是如何准确地让焊枪识别到焊接初始点，完成了这个步骤才能进一步对材料进行精确完整的焊接。而现有的技术常通过人的观察来完成焊接初始点的寻找，随着技术达发展，焊缝的识别、导引可以利用拍照识别等方式来自动进行，这项技术在机器人零件抓取以及涂胶质量检测上已经成熟运用。
3.7 仿真和模拟
对焊接机器人焊枪轨迹的仿真和模拟也尤为重要，对一些固定轨迹的模拟和对障碍物的智能避让技术研发可以解决焊接机器人机械手臂遇到的实际问题。
4 焊接机器人的发展趋势
4.1 智能化趋势分析
焊接机器人在焊接期间会面临复杂的流程，主要涉及电流电压与热变形方面的问题，受到各类因素的影响，难以创建数学模型。因此，需针对现实情况进行智能化分析，明确信息容量特点与计算特点等，创建焊接机器人的智能化系统，在合理分析与研究的情况下，更好地进行处理。
4.2 多学科交叉融合的趋势分析
对于焊接机器人而言，在实际发展的过程中，会融入微电子技术与计算机技术，将软件系统与硬件系统融入其中，有利于提升整体处理效果。在实际发展的过程中，可将PC控制器作为主要依据，建设现代化的焊接机器人系统，能够将声音识别系统、图像处理系统等有效整合，更好地开展设计工作。
4.3 多设备协调工作技术的趋势分析
焊接机器人焊接产品的过程中，有时并不能独自完成任务，通过先进的调控技术，明确具体的方向与目标，与变位机机构或者其他焊接机器人合作。如图 1 所示，焊接机器人与变位机协同工作站，二者可创建系统通信，其间需要协调好机器人与变位机的配合，保证二者能够更好地完成工作，使其可以满足焊接复杂工件的需求。
图 1焊接机器人与变位机协同工作站
4.4 个性化与网络化的趋势分析
在焊接机器人技术实际创新与研发期间，需合理使用控制系统，筛选最佳的传感技术方式，并在虚拟机技术的支持下，创建个性化的模式，提升整体技术的使用效果，确保在新时期发展中提升焊接机器人技术的应用水平，为其后续发展奠定基础。
结束语
焊接机器人的应用将会越来越普遍，虽然目前还存在的一些问题，但是随着科技的进步，它们会逐渐得到解决。鉴于焊接机器人在未来的制造与加工业中的地位越来越重要，人们应该重视和发展该技术，关注国外的先进技术，通过引进、消化和提升从而走在前列。
参考文献：
[1]王春光，武晋.焊接机器人的应用现状与技术研究[J].科技展望，2016，26(07):56.
[2]董云菊.焊接机器人技术的应用研究与发展[J].山东工业技术，2015(07):2.
论文作者:左小兵,余兴鹏,朱乐平
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/22
标签：机器人论文; 技术论文; 焊接技术论文; 我国论文; 系统论文; 汽车论文; 工作论文; 《防护工程》2018年第23期论文;