孫 靜
(天津城市建設(shè)管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津 300134)
目前,隨著智能技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,市場上對于焊接產(chǎn)品的要求逐漸的提高,所以,想要保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量和效率,在焊接工作中可以應(yīng)用到焊接機(jī)器人,目前,焊接機(jī)器人已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在焊接領(lǐng)域中。通過使用焊接機(jī)器人,可以在一定程度上提高焊接生產(chǎn)的質(zhì)量和效率,也有效地改善了操作人員的工作條件,也可以有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量,從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量。差異化制造,在促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化和轉(zhuǎn)型方面也發(fā)揮了作用。焊接機(jī)器人使用機(jī)器人代替人工操作,這涉及使用焊接機(jī)器人來完成焊接工作。根據(jù)焊接機(jī)器人使用的不同焊接方法,焊接機(jī)器人可分為焊接機(jī)器人,弧焊機(jī)器人,激光焊接機(jī)器人和摩擦機(jī)器人。焊接機(jī)器人及其其他類型,隨著自動化技術(shù)的發(fā)展,焊接機(jī)器人可分為智能機(jī)器人和教學(xué)繁殖機(jī)器人。
隨著工業(yè)生產(chǎn)水平的提高焊接機(jī)器人逐步發(fā)展起來的,在焊接生產(chǎn)過程中,應(yīng)用焊接機(jī)器人有著重要的意義,主要是能夠體現(xiàn)在以下的幾個方面:第一、可以有效地提高焊接生產(chǎn)的質(zhì)量,在焊接生產(chǎn)的過程中,焊接的電壓和焊接速度等因素,要與人工操作對焊接生產(chǎn)的質(zhì)量起到重要的作用,隨著焊接機(jī)器人的應(yīng)用,對于因為人為因素的影響得到了有效的降低,并且還可以更好地控制焊接的電壓和電流等,能夠始終保持著一致,這樣能夠保證焊接的質(zhì)量。第二、可以有效地提高焊接產(chǎn)品的效率,焊接機(jī)器人的工作速度比人工的工作速度要快很多,焊接機(jī)器人可以二十四小時不間斷地工作,著極大地提高了工作的效率。第三、有效地改善了勞動的條件,當(dāng)人工在焊接的過程中,會面臨著惡劣的焊接環(huán)境,這對于工作人員的身體產(chǎn)生一定的危害性,但是隨著焊接機(jī)器人的運(yùn)用,人工只需要完成工件裝卸的工作就可以,這對于工作的環(huán)境有了顯著的改善,并且避免了高強(qiáng)度的體力勞動。除此以外,隨著焊接機(jī)器人的應(yīng)用,可以有效地縮短了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)時間,對于產(chǎn)品的更新?lián)Q代起到了促進(jìn)的作用。
焊接機(jī)器人結(jié)合了多種技術(shù),例如電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、智能技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等,其歷史可以追溯到1960 年初期。在經(jīng)過三個主要的開發(fā)過程,第一代焊接機(jī)器人仍處于技術(shù)研究和智能化的過程中。應(yīng)用率低,并且不可能從外部信息反饋,這導(dǎo)致了很大的應(yīng)用限制。與第一代焊接機(jī)器人相比,第二代焊接機(jī)器人的技術(shù)顯然已經(jīng)成熟。這一時期的機(jī)器已經(jīng)具有感知能力和更強(qiáng)大的功能,就像人類的視力和聽覺一樣,傳感器技術(shù)已應(yīng)用于機(jī)器人。在實(shí)際工作當(dāng)中,他使用傳感器技術(shù)來接收外部信息并將其傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。收到反饋后,他會相應(yīng)地調(diào)整條件,以確保性能和適應(yīng)環(huán)境的能力,并將其廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。第三代焊接機(jī)器人是智能的,具有非常強(qiáng)大的功能,除了像人類一樣的感知能力外,他還可以判斷和行動。他可以在工作時獨(dú)立完成推理,然后做出科學(xué)決策。故障還可以進(jìn)行自我診斷,并具有自我糾正的能力,適用于各種挑戰(zhàn)性的工作環(huán)境。
電弧焊是焊接中的一項非常重要的技術(shù),近些年來,隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,機(jī)器人弧焊技術(shù)已經(jīng)得到了高速的發(fā)展,使用微處理器和閉環(huán)控制系統(tǒng)可以對電源的靜態(tài)特性提供無機(jī)控制,并且還可以有效地控制電弧焊電流和脈沖焊接電流,以確保機(jī)器人電弧焊操作的穩(wěn)定性。遠(yuǎn)程焊接技術(shù)主要用于手動控制焊接機(jī)器人的一些危險行為,與特殊條件下,以此來保證焊接工作能夠有效地完成。
焊縫跟蹤技術(shù)主要是研究焊接機(jī)器人可以依照實(shí)際焊接條件的變化對焊縫進(jìn)行實(shí)時的跟蹤和檢測,并且根據(jù)實(shí)際的焊縫和設(shè)計之間的偏差,有效調(diào)整焊接路徑和焊接參數(shù),確保焊接質(zhì)量。在這一階段的發(fā)展中,縫合跟蹤技術(shù)應(yīng)以傳感器技術(shù)和控制理論為研究對象,其中傳感技術(shù)主要是以研究電弧傳感器和光傳感器這兩類只能的傳感器為主要,電弧傳感器主要是從焊接電弧獲取焊縫偏差的信息,光傳感器則是依靠視覺傳感器和計算機(jī)實(shí)現(xiàn)焊縫偏差的分析,可顯著提高焊接機(jī)器人的適應(yīng)能力。焊縫跟蹤控制理論則是運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的控制理論支持焊縫跟蹤技術(shù),提高焊縫跟蹤技術(shù)的可靠性,現(xiàn)在常用的理論主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等理論。
多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制主要研究的內(nèi)容是通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多個焊接機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)工作,使其可以完成某一項任務(wù)。多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個機(jī)器人之間的合作、協(xié)調(diào),不但能夠器人完成相應(yīng)的焊接操作,還可以其他機(jī)器人相聯(lián)合完成一系列的焊接要求,這就需要建立一個合理的多智能控制系統(tǒng)。此外如何使機(jī)器人與外周設(shè)備進(jìn)行有效的合作也是協(xié)調(diào)控制技術(shù)的研究方向。
仿真技術(shù)主要研究的是在焊接機(jī)器人設(shè)計的過程中通過采用機(jī)器人學(xué)理論、計算機(jī)圖形技術(shù)、CAD 技術(shù)等在計算機(jī)中形成幾何圖形,將機(jī)器人工作構(gòu)件的運(yùn)動、運(yùn)動學(xué)分解、碰撞干涉等通過動畫的形式顯示、模擬,以更好的解決機(jī)器人設(shè)計中出現(xiàn)的技術(shù)問題。
目前世界上應(yīng)用較多的焊接技術(shù)主要是氣體保護(hù)焊,主要包括富氬混合氣體保護(hù)焊和融化極氬弧焊等兩組類型,此外還有應(yīng)用較為廣泛的鎢極氬氣保護(hù)焊。部分科技比較先進(jìn)的國家則采用熱絲TIG 焊、熱絲等離子以及TIME 焊等方法,這些工方法不僅能夠保證優(yōu)良的焊接接頭,還大幅度提高了焊接的速度和熔敷效率。
由于能機(jī)器人的多智能焊接機(jī)器人通過多機(jī)器人的協(xié)同工作完成特定的焊接任務(wù)。在實(shí)際的設(shè)計中,多個獨(dú)立且經(jīng)濟(jì)的智能單元的分離主要基于邏輯,功能和物理原理,它們彼此交互并相互作用以執(zhí)行一些復(fù)雜而特殊的焊接操作。當(dāng)使用多個機(jī)器人完成相同的焊接任務(wù)時,必須對焊接機(jī)器人進(jìn)行靈活的集成處理,明確每個機(jī)器人的分工,確保它們協(xié)同工作并進(jìn)行信息交換,確保焊接效率和焊接質(zhì)量。
在焊接過程中,焊接機(jī)器人的靈活行,在外圍設(shè)備的協(xié)調(diào)控制有,助于減少非生產(chǎn)時間,同時可以提高工作效率。為了在焊接過程中保持整個熔池的水平或略低,焊接定位器必須不斷改變工件的位置和位置。定位裝置在焊接過程中不鎖定,為了提高整個系統(tǒng)的效率,保證整個系統(tǒng)工作質(zhì)量的提高,需要對弧焊電源和夾具進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)。
由于基本傳感器僅具有一個信號轉(zhuǎn)換元件,因此隨著智能技術(shù)的發(fā)展和智能傳感器的出現(xiàn),其處理設(shè)備已高度集成。由于來自單個傳感器的信息無法為智能機(jī)器人提供準(zhǔn)確而可靠的信息,因此有必要綜合來自多個傳感器的信息,以充分利用傳感器信息并做出準(zhǔn)確的判斷。多傳感器技術(shù)在焊接機(jī)器人中的應(yīng)用,可以有效地推動焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,有效地調(diào)整其運(yùn)行狀態(tài),提高其智能化、高效化水平。在焊接機(jī)器人的實(shí)際操作中,當(dāng)使用單個傳感器時,會受到多種因素的干擾,無法準(zhǔn)確判斷周圍環(huán)境,從而使多傳感器信息融合,采用柔性集成的過程,操作更加完整,有效地分析了焊接機(jī)器人的具體工作狀態(tài),提高了焊接機(jī)器人的工作效率。
焊接機(jī)器人的整個焊接過程相對復(fù)雜,實(shí)際焊接過程涉及很多因素,例如電、磁、熱、光等。由于這些因素的非線性特性,無法建立精確的數(shù)學(xué)模型。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力,因此其信息容量很大,并且可以執(zhí)行快速計算,因此,其在焊接機(jī)器人系統(tǒng)中的應(yīng)用可以有效地促進(jìn)焊接機(jī)器人智能化的發(fā)展。
目前,大多數(shù)焊接機(jī)器人是用一只手固定和操作的,這使其操作與實(shí)際生產(chǎn)要求非常不兼容,這增加了焊接生產(chǎn)的復(fù)雜性并帶來許多不便。 這種固定操作限制了焊接機(jī)器人的半徑和范圍。如果機(jī)械手在使用過程中伸得太遠(yuǎn),在焊接負(fù)載自動焊槍時會降低機(jī)械手的剛度,導(dǎo)致末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)抖動,對焊接質(zhì)量影響很大,使焊接電弧穩(wěn)定性受到威脅,氣體保護(hù)效果降低。因此,工業(yè)焊接機(jī)器人還需要不斷向移動工作發(fā)展,并不斷提高運(yùn)動精度,通信效率等,從而可以有效地提高焊接效率。
在產(chǎn)品制造過程中,經(jīng)常會遇到各種空間位置的焊縫,特別是異型結(jié)構(gòu)的焊接件。面對這種情況,不可能實(shí)現(xiàn)自動化、智能化焊接,只能依靠手工焊接。如果能夠開發(fā)出基于人工智能的視覺識別焊接技術(shù),則可以智能地識別焊接位置信息,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與被識別信息的實(shí)時信息交換與通信,以及機(jī)器人與被識別信息之間的信息交互。通過控制系統(tǒng)的操作,將交換通信處理后反饋給焊接設(shè)備,實(shí)現(xiàn)任意位置焊縫的智能焊接。這也是未來智能制造焊接技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。因此,無論焊縫位于何處,基于人工智能的視覺識別焊接設(shè)備都能很好地識別各種結(jié)構(gòu)焊縫的焊接情況,實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能焊接。
機(jī)器人焊接具有很多優(yōu)點(diǎn),包括高穩(wěn)定性和良好的焊接質(zhì)量, 它可以提高勞動生產(chǎn)率, 改善工作條件并在危險環(huán)境中工作,降低工人的技術(shù)開發(fā)水平和勞動強(qiáng)度, 降低焊接質(zhì)量。 生產(chǎn)成本,高度的靈活性,能夠自動化小型產(chǎn)品的焊接,在各種極端條件下的焊接性能。機(jī)械手焊接可大致分為三個階段:準(zhǔn)備、焊接以及焊接后控制。準(zhǔn)備階段主要用于工件的組裝以及機(jī)器人的教學(xué)和編程。當(dāng)今普遍使用的教學(xué)和編程可以分為兩種類型:手動和自動,在線和離線。在線手動編程方法簡單、便宜、但耗時,同時取決于焊工的資格。離線自動編程是一項高級技術(shù),如今已受到越來越多的關(guān)注。它具有高度的靈活性,可以生成復(fù)雜的刀具路徑,并且比手動在線編程要快。焊接過程通常使用自動焊接跟蹤技術(shù)來補(bǔ)償可能的學(xué)習(xí)偏差并確保焊槍和焊縫居中。
機(jī)器人焊接也帶來了諸多新的挑戰(zhàn):
(1)工件制備質(zhì)量和焊件裝配精度要求高。
(2)設(shè)計工件的結(jié)構(gòu)及焊接工藝時,要考慮焊槍的可達(dá)性、變位機(jī)的翻轉(zhuǎn)次數(shù)等。
(3)投資額度高,回收周期長。
(4)電源必須滿足機(jī)器人自動焊接所需的高性能和穩(wěn)定性特征。另外,機(jī)器人焊接對操作人員提出了更高的要求,并要求更高的質(zhì)量。為了獲得高質(zhì)量的焊接,設(shè)計準(zhǔn)確和智能的機(jī)器人焊接工藝尤為重要。
焊接機(jī)器人技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,通過焊接機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用,有效提高焊接質(zhì)量,使焊接工作可以在某些特殊條件下進(jìn)行。焊接機(jī)器人的技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中受到很多因素的影響。因此,有必要加強(qiáng)焊接機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的研究,繼續(xù)尋求智能控制技術(shù)的突破,確保焊接機(jī)器人技術(shù)的有效提高,為國家現(xiàn)代化提供重要技術(shù)。