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第 3 期焊接机器人在自动化生产线上的应用研究许少村（青岛工程职业学院，山东 青岛266000）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.44 No.3Mar.2024摘要：焊接机器人是指能够自主完成焊接操作的机器人设备，其具有感知、决策和执行功能。根据焊接机器人的结构和功能，可以分为直臂式、重力平衡式、SCARA 式、并联式等多种类型。不同类型的焊接机器人适用于不同的焊接任务和工艺要求，因此在自动化生产线上的选择应根据具体情况进行。焊接机器人作为一种自动化设备，在现代工业生产中扮演着重要的角色。文章旨在探讨焊接机器人在自动化生产线上的应用研究。通过文献综述和实际调研，分析了焊接机器人的关键技术和发展趋势，并提出了未来研究的方向。关键词：焊接机器人；自动化生产线；关键技术；发展趋势；研究方向作者简介：许少村（1991），男，山东广饶人，主要研究方向：焊接。现如今，随着工业技术的不断发展，传统的焊接方式已经无法满足大规模、高效率、高质量的生产要求。而焊接机器人作为一种自动化设备，以其高速、精确、稳定的特点已经成为现代工业生产中不可或缺的存在状态。焊接机器人的应用提高了生产效率，降低了劳动强度，同时也保证了产品质量的一致性。文章将对焊接机器人在自动化生产线上的应用情况进行深入地研究和分析。1焊接机器人关键技术分析1.1感知控制技术在现代工业生产中，焊接是一项非常重要的工艺。并且随着科学技术的发展，焊接机器人在自动化生产线中的应用已成为一个重要的环节。然而要使焊接机器人在生产线上能够高效、精确地完成任务，其关键技术之一就是感知控制技术。感知控制技术是通过感知环境信息并据此作出调节。就焊接机器人而言，它主要通过感知焊接时的环境变化，如焊缝位置、形状、工件变形等，对焊接过程进行准确地控制和调整。感知控制技术需要通过传感器来获取环境信息，而焊接机器人通常搭载各种传感器，如视觉传感器、力传感器、激光传感器等，用来在焊接过程中实时感知各种参数咱1暂遥 例如，使用视觉传感器可以探测焊缝的位置和形状，从而指导机器人的运动轨迹；力传感器则可以用来检测焊接过程中的应力和力度，确保焊接质量的稳定性；激光传感器可用来检测工件的形变和变形，以便机器人根据这些信息进行补偿。通过集成和使用这些传感器，使得焊接机器人能够更加精确地感知和调节焊接过程中的各个变量。在感知控制技术应用时，需要依靠强大的算法和计算能力来处理和分析传感器采集到的数据。算法在焊接机器人的设计中起到了至关重要的作用，能够根据传感器数据，对焊接过程中的环境变化进行实时分析和处理，并做出相应的响应控制。例如在焊接过程中，当发现焊缝位置发生微小偏移后，机器人可以利用算法计算出新的运动轨迹，并适时定位焊接枪位置，以确保焊接质量的一致性和准确性。该算法的优化和改进能够加强焊接机器人的感知和控制能力，进而促进生产线效率和产品质量的提高。最后，感知控制技术还需要与其他关键技术进行协同。在自动化生产线上，焊接机器人一般要与其他机器人、传送带、仓储系统等紧密配合来完成复杂的生产任务。仅当焊接机器人通过感知控制技术进行精准的调节和管理时，才能与其他机械设备有效地合作，从而高效地完成焊接工作，进一步提升整个生产线的工作效率。1.2路径规划和轨迹控制技术焊接机器人作为自动化生产线上的一种重要设备，其核心技术就是路径规划和轨迹控制。在现代工业领域，焊接工作通常较为繁重且具有危险性，因此引入焊接机器人不但可以提高生产效率，降低劳动强度，还能改善焊接质量和稳定性。路径规划是根据给定的工作环境中的焊接任务要确定机器人的焊接路径，通过路径规划，能够确保机器人能够准确地到达焊接点，并按照预设路径进行焊接操作。在具体的实施过程中，路径规划需要考虑焊接点的位置、工作区域的约束、工件的形状以及焊接工艺等诸多因素的影响。通过精确的路径规划，使得机器人可以高效地执行焊接任务，避免发生碰撞与失误。与路径规划相辅相成的是轨迹控制技术的出现，轨迹控制是根据路径规划结果，控制机器人准确地按指定路径焊接。焊接过程中，需要机器人维持平滑的转速和姿态，以确保焊接质量。轨迹控制技术103冶金与材料第 44 卷需要考虑机器人的运动学特性、动力学特性以及传感器反馈等因素，通过精确地控制机器人运动来实现其沿着规划路径进行焊接操作。路径规划和轨迹控制技术对于焊接机器人的高效、精确焊接至关重要，在实际生产中，对这两项技术进行优化和改进，对促进焊接质量和生产效率的提高具有重要影响。基于人工智能和机器学习技术的路径规划算法作为实例，能够根据实时工作环境和任务需求动态地调整焊接路径，使机器人能够适应多种工件形状和工作条件。而先进的轨迹控制算法可以实现对机器人姿态和速度的精确控制，增强焊接的准确度和稳定性。焊接机器人能否顺利应用，除考虑路径规划、轨迹控制技术等因素之外，还应当注重反馈，以该机器人为例，该机器人传感器系统可以实时监测焊接过程中温度、电流、焊缝质量等参数，通过反馈控制适时调整焊接参数，确保焊接质量符合要求。另外，需要机器人编程界面和用户交互方式的简单易用设计，以提高操作效率和降低使用门槛。1.3力的感测技术力传感技术在现代工业中扮演着极为重要的角色，尤其在焊接机器人自动化生产线的运用中更是不可或缺的关键技术。力传感技术通过测量接触物体之间力和压力的变化，为机器人提供宝贵的反馈信息，使其更加精确和可靠地完成焊接任务。机器人在焊接过程中，需要对焊接枪的位置、力道和焊接速度进行准确地控制，以确保焊接接头的质量和强度。但是不同材料之间接触力和压力的变化往往会导致焊接质量的不稳定性和不一致性，这给生产过程带来了诸多的挑战。力传感技术的出现，为解决这个棘手问题提供了一种全新的可能咱2暂。利用力传感技术，焊接机器人可以实时感知焊接过程中受力情况，并将信息传递给控制系统。控制系统根据接收到的力传感数据优化设定焊接参数，使机器人能够在各种焊接场景中作出相应的调整。例如，薄板焊接时，机器人可以通过感应压力变化实时调整焊接力度以避免压力过大导致板材变形或破裂；且在焊接焊缝较长的情况下，机器人可根据感知力变化调整焊接速度，使焊缝保持匀整。力传感技术除了实现焊接过程的实时调整，也实现了焊接机器人的数据记录和分析功能。记录接触力和压力变化的数据，可以对焊接过程进行全面地分析和评估。利用此数据可以判断焊接质量是否符合标准要求，进一步优化焊接参数，提高焊接效率和品质。同时，该数据还可以用于质量追溯，帮助企业追溯焊接过程可能出现的问题，实现生产线上故障的快速定位和处置。力传感器技术的使用不仅在焊接机器人中得到了广泛地应用，而且在许多其他方面都起到了重要作用。以装配线为例，通过力传感技术可以检测零部件的拼装力度，保证拼装的精准度和质量；在机械加工领域，力传感技术可以用于检测切削力和磨削力，协助机床实时调整工艺参数，以提高加工精度和效率。力传感的出现和发展，使现代工业生产发生了变革。通过实时感知和控制接触力和压力变化，使得焊接机器人能够更加智能和精确地完成焊接任务，提高了生产效率和产品质量。同时，力传感技术的应用还为制造企业提供更多的数据和工艺优化的可能，帮助企业实现可持续发展生产。2焊接机器人在自动化生产线上的应用方式2.1实现自动化焊接在当今快节奏的工业生产环境中，自动化技术的应用日益广泛。自动化焊接作为其中一项重要技术，正发挥着越来越至关重要的作用。焊接机器人在自动化生产线上的应用不仅可以提高生产效率，而且可以保证焊接质量和工人的安全，比如焊接机器人可以独立完成自动化的焊接操作，传统的手工焊接一般都需要焊接工人具备一定的技术水平，同时还要具备高度的耐力和稳定性。并且在自动化焊接方面，焊接机器人能自动完成焊接操作，不管是简单直线焊接或者是复杂曲线焊接都能精确高效地进行。从而提高焊接生产线的效率，同时还可以减少焊接时人为因素对焊接质量造成的扰动，确保焊接时的一致性和稳定性，自动化焊接的应用途径还有自动化控制和检测技术的引入，应用了先进的自动化控制系统，可以对焊接过程进行精确控制和调节，确保焊接参数的精确一致咱3暂。同时自动化检测技术可以实时监测焊接质量，及时发现和修复焊接缺陷，显著地提高了焊接质量的可靠性和稳定性。这些自动化控制和检测技术的引入，使得焊接过程更加智能化和可控化，为工厂管理和优化提供了更多的可能性。此外，采用自动化焊接技术也涵盖了与其他自动化设备进行连接的方式。在当代的工业制造过程中，经常需要把焊接技术与其他的加工步骤融合，从而构建一个完备的生产流程。通过与其他自动化设备的连接，可以实现焊接和装配、焊接和涂装过程的协同操作，从而提高整体的生产效率和产品质量。以汽车制造行业为例，自动化焊接设备与自动化搬运设备的联动可以实现整车车身的焊接和装配，大幅缩短生产周期，提高生产效率。同时，自动化焊接技术的不断创新也带来了焊接工艺的持续优化和改进。以激光焊接技术为例，它的应用既可以实现高速、高精度又可以避免热影响区的扩散、减少变形和裂纹的产生。同时，激光焊接技术还可104第 3 期以实现对材料的深度焊接和对焊点微观结构的精细调控，进一步提高焊接质量和效率。将这些创新技术应用到自动化焊接当中，为自动化焊接的发展带来新的机遇和挑战。2.2焊接质量控制在科学技术日益进步的今天，焊接机器人在自动化生产线上得到了越来越广泛地应用。而焊接机器人想要高效地工作，就需要凭借出色的焊接质量控制手段。首先，视觉检测通常被用于焊接质量的控制。焊接机器人可以通过安装摄像头和图像处理系统来实时监测焊接过程中的细微改变。利用先进的图像处理算法，实现焊接机器人焊缝形状、缺陷和焊接质量等关键指标识别。机器人在异常情况下立即采取适当措施如焊接参数调整或自动修复以确保焊接质量的稳定性和一致性。其次，传感器监测也是焊接质量控制常用的方法。在焊接机器人自动化生产线上，焊接环境参数和焊接参数可以通过设置温度传感器、压力传感器、力传感器以及其他各种传感器来实时监测和控制。这些传感器可以及时感应出焊接温度过高、焊接力度不足等异常情况。超出设定范围后，机器人报警并采取相应的修正措施，避免焊接质量的下降。最后数据分析与挖掘是一种趋势性的焊接质量监控手段，焊接机器人自动化生产线上产生和采集的大量数据包括焊接参数、传感器数据、图像数据等。焊接机器人采用先进的数据分析和挖掘技术，可以自动分析数据并提取有用的信息。通过对历史数据和实时数据的比较和分析，机器人可以构造出有效的模型对焊接质量进行预测。这种方法不仅有助于机器人及时发现可能存在的问题，而且可以优化焊接参数，以提高焊接质量和效率。除了以上的焊接质量控制方法之外，还有一些补充措施可以进一步增强焊接质量的稳定性。例如，合理的工艺规程和操作规范是确保焊接质量的基础。在焊接机器人自动化生产线上，制定和遵守科学合理的工艺规程和操作规范对于保证焊接质量的一致性和稳定性至关重要。此外还要定期地维护和校准设备，以确保焊接机器人的正常运行和良好的准确度。焊接机器人在自动化生产线上的应用，离不开对焊接质量的监控。综合运用视觉检测、传感器监测、数据分析和挖掘等技术可以有效保证焊接质量的稳定性和一致性。同时，制定合理的工艺规程和操作规范，以及定期维护和校准等，都是确保焊接质量的重要环节，不容忽视。只有把这几种综合手段进行有机地结合，焊接机器人才能在自动化生产线上达到最佳的效果，实现高质量的焊接。2.3多工艺焊接多工艺焊接是指一次采用若干种焊接方法。这种方法的应用，为生产线焊接工作带来了极大的灵活性和效率。不同种类的焊接工艺通常都具有各自的特点和适用范围，采用多工艺焊接可以充分发挥各种焊接方法的优势，采用不同情况下最合适的焊接方式。多工艺焊接有着广泛的应用，即在焊接机器人上同时应用气体保护焊和电弧焊两种焊接方式。气体保护焊是一种常用的焊接工艺，它通过在焊接区周围吹入保护气体，以阻止氧气等气体的进入，从而保证焊接接头的质量。而电弧焊则是利用电弧温度较高，能量较大的特性，适用于焊接多种材料和多种组织的工作。本焊接机器人在两种模式下同时应用，在不同焊接任务间灵活切换，确保焊接质量和效率的最佳平衡。多工艺焊接除了气体保护焊和电弧焊以外，还可以应用其他各种焊接方法，如激光焊接、电阻焊、摩擦焊等。这些不同的焊接方法各有特定的应用领域和优势，在焊接机器人上同时应用这些方法，可以根据具体情况选择最适合的焊接方式，使焊接效果达到最优，从而完成多种任务。多工艺焊接的应用需要焊接机器人具备多种焊接工艺的工艺和能力，因此，在焊接机器人的设计和制造时，一定要充分考虑到多种焊接方法对于机器人结构和控制系统的要求，做好机器人结构的有关设计和调整工作。同时焊接机器人的操作人员也需要具备相应的知识和技巧，以便能够灵活运用多种焊接方法，根据具体情况进行调整和优化。3结束语焊接机器人在自动化生产线上的运用已经取得了明显的成效，为企业提升生产效率、降低成本、提高产品质量提供了有力的支持。然而，焊接机器人的关键技术和发展方向还有待进一步研究和发展。未来的焊接机器人将更加智能化、自动化、灵活化、应用更加广泛。有理由认为焊接机器人在今后工业生产中会发挥更大的作用，给人类创造更美好的生活。参考文献1 曹金鑫.基于激光视觉的智能焊接工作站设计 D.保定：河北大学，2022.2 吴伟深，赵新平，邓志鹏，等.浅谈机器人换枪盘在焊接自动线柔性化生产的应用 J.装备制造技术，2020（7）：158-160+169.3 丰俊奇，谢子赢.一种钢结构自动焊接生产方法 J.大众标准化，2021（2）：193-194.许少村：焊接机器人在自动化生产线上的应用研究105