計(jì)算機(jī)技術(shù)在焊接自動(dòng)化中的應(yīng)用

孫 靜

（天津城市建設(shè)管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300134）

焊接技術(shù)的歷史非常的悠久，最早有記載可查的焊接技術(shù)是在公元前3000的埃及。隨著時(shí)代的飛速發(fā)展、科技的不斷進(jìn)步，如今的焊接技術(shù)領(lǐng)域相對(duì)發(fā)展的成熟，通過結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，用人工智能的焊接機(jī)器人代替了傳統(tǒng)的人工作業(yè)，在動(dòng)態(tài)視力、分辨能力、精準(zhǔn)能力等優(yōu)點(diǎn)，使焊接領(lǐng)域開啟了歷史的新篇章。當(dāng)下，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制人工智能機(jī)器人進(jìn)行焊接工作，并且在實(shí)際工作中不斷得到運(yùn)用。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制焊接工作的方式主要有：焊接順序控制系統(tǒng)、相關(guān)調(diào)節(jié)速度裝置等。將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和先進(jìn)焊接設(shè)備、優(yōu)良的焊接相關(guān)材料相互融合，是提高產(chǎn)品的質(zhì)量、品質(zhì)和效率的必經(jīng)之路。國(guó)外目前很多的國(guó)家已經(jīng)將整個(gè)焊接過程實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)自動(dòng)控制，將微處理裝置和焊接機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了焊接自動(dòng)化的應(yīng)用。很多的企業(yè)已經(jīng)開始將純智能化的焊接機(jī)器人的工作車間，取代了傳統(tǒng)人力焊接作業(yè)，從送料、焊接、移動(dòng)等步驟，全部通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。隨著時(shí)代和科技的發(fā)展，現(xiàn)在還有很多企業(yè)研發(fā)了機(jī)器人柔性系統(tǒng)，將焊接自動(dòng)化的范圍擴(kuò)大到了后期打磨、質(zhì)檢、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。所以說，計(jì)算機(jī)技術(shù)、高新智能控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等高新科技在焊接技術(shù)中的作用之大，應(yīng)用之廣，已經(jīng)改變了傳統(tǒng)焊接技術(shù)的發(fā)展。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)象

1.1 焊接技術(shù)中計(jì)算機(jī)的輔助作用

在傳統(tǒng)的焊接技術(shù)中，結(jié)合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過計(jì)算機(jī)的輔助使焊接技術(shù)呈現(xiàn)自動(dòng)化，不但可以提成企業(yè)的生產(chǎn)效率，又能夠保障產(chǎn)品的高品質(zhì)，使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和控制自動(dòng)化焊接裝置，對(duì)于焊接工作中的精密工藝數(shù)據(jù)控制，利用計(jì)算機(jī)的嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確的特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的調(diào)控，減少甚至杜絕的人工作業(yè)中容易出現(xiàn)失誤、遺漏、操作之間的差異等問題，尤其明顯的是在金屬焊接縫的品質(zhì)控制方面。

例如，哈工大深入研究TIG工藝技術(shù)，通過對(duì)熔透的方向開始，研發(fā)出熔池振蕩法，通過使用弧光傳感器，對(duì)熔池振蕩的幅度進(jìn)行測(cè)量。這種技術(shù)在高合金鋼和低碳鋼的焊接工作中，有著非常顯著的效果。對(duì)于大量焊接工作中的大量的精密參數(shù)的嚴(yán)格把控，受益于計(jì)算機(jī)的大容量記錄能力和嚴(yán)謹(jǐn)高速的運(yùn)算能力，特別是隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)領(lǐng)域和人工智能中模糊控制技術(shù)的發(fā)展，更為熔透焊接技術(shù)的飛速發(fā)展提供了強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。

1.2 專業(yè)的焊接系統(tǒng)

是指通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，針對(duì)實(shí)際的焊接工作，專門設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)的大功率計(jì)算和模擬人工功能，采用模仿焊接專家的專業(yè)知識(shí)和處理相關(guān)問題的能力，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠像真正的焊接專家一樣，對(duì)于焊接工作中出現(xiàn)的問題能夠有效解決的能力。對(duì)于特定范圍的技術(shù)問題而研發(fā)的計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)，和常規(guī)系統(tǒng)相比，有著針對(duì)領(lǐng)域內(nèi)的某個(gè)或者某些專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、能力為接觸，對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的問題比常規(guī)的系統(tǒng)有更加專業(yè)、快速的分析和解決問題的能力特點(diǎn)。專業(yè)的焊接系統(tǒng)主要包含計(jì)算機(jī)的知識(shí)存儲(chǔ)、專家系統(tǒng)的推理設(shè)備以及人機(jī)接口。專業(yè)的焊接系統(tǒng)主要是運(yùn)用在對(duì)焊接工作的問題診斷、安全監(jiān)測(cè)、成本預(yù)算、焊接方式的選擇等方面。同時(shí)具備了計(jì)算機(jī)的嚴(yán)謹(jǐn)、專業(yè)、可復(fù)制性，避免了焊接工作中因人為因素所造成的影響而造成的產(chǎn)品生產(chǎn)效率和相關(guān)人身安全等問題。

1.3 焊接技術(shù)中計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)

在焊接技術(shù)作業(yè)中，CAPP是最重要的材料成型的一種方法。并且在航天化工、造船造車、建筑工業(yè)，甚至是微電子等生產(chǎn)方面，都已得到了廣泛的運(yùn)用。焊接技術(shù)的高低，直接關(guān)系著產(chǎn)品的質(zhì)量和性能的最后呈現(xiàn)，也是直接影響著企業(yè)的成本效益。傳統(tǒng)焊接技術(shù)的操作和協(xié)同工作，都依賴于純?nèi)肆ψ鳂I(yè)，不但增加了大量的人力支出成本，還因?yàn)槿藶榈牟淮_定因素而導(dǎo)致的各種問題，最后影響了產(chǎn)品的品質(zhì)，還使得企業(yè)無形中增加了很多的成本。

CAPP在上世紀(jì)80年代，逐漸開始被人們廣泛應(yīng)用于焊接工作中，并且取得了十分明顯的效果。如今，我國(guó)在CAPP運(yùn)用在焊接工作中的應(yīng)用研究工作，雖然得到了一定得到成績(jī)，很多企業(yè)也在焊接工作中逐漸的改進(jìn)，但是相對(duì)于國(guó)外的技術(shù)水平，還是有很多不成熟的地方。例如：應(yīng)用范圍狹窄，相關(guān)系統(tǒng)只能應(yīng)用于某一種限定的崗位中；協(xié)同能力差，和目前流行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CAD、CAM等集成的配合能力差；只能完成相對(duì)單一的工藝文件的管理，功能過于單一等問題。

1.4 通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)數(shù)值進(jìn)行分析、建模

焊接熱過程是焊接技術(shù)的基本操作步驟，指通過形成焊接接頭，使之產(chǎn)生焊接壓力而形成變形的一種過程。但同時(shí)，這也是在焊接工作中，容易出現(xiàn)缺陷的一個(gè)步驟。如何對(duì)這個(gè)過程進(jìn)行準(zhǔn)確的把控，對(duì)提升焊接的質(zhì)量，降低甚至消除這一步驟缺陷的必經(jīng)之路。傳統(tǒng)的焊接工作中，對(duì)于這種缺陷，一般是對(duì)焊接熱過程進(jìn)行解析法分析，對(duì)于相關(guān)的熱源進(jìn)行偏差性假設(shè)，但是這種方式因?yàn)楣に囘^于單一，只能適用于比較簡(jiǎn)單的形狀焊件的焊接工作。通過流體力學(xué)方程對(duì)焊接熔池傳熱過程的研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在相關(guān)的熔滴和熔池之間的相互作用，對(duì)于尺寸和形狀進(jìn)行精確的把控等方面，取得了重大的科研成果。

1.5 自動(dòng)化焊接機(jī)器人

隨著時(shí)代和科技的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，在傳統(tǒng)焊接技術(shù)中應(yīng)用自動(dòng)焊接機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)也得到了全面的發(fā)展。焊接機(jī)器人替代傳統(tǒng)人工作業(yè)的方式，對(duì)于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)中的錯(cuò)誤率、降低企業(yè)成本、提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益方面，有著積極的促進(jìn)作用。焊接機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，既可以保障了焊接技術(shù)的品質(zhì)，降低了人工作業(yè)的成本支出，還能減少人工作業(yè)中的人身安全的隱患問題，所以目前在國(guó)內(nèi)外的焊接領(lǐng)域中，對(duì)于焊接機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用方面的研究，作出了很多的努力，并且建立了相關(guān)的焊接機(jī)器人工作站。如今，比較常見的機(jī)器人工作站主要分為四種類型。

（1）箱體焊接機(jī)器人工作站。主要是應(yīng)用于箱柜行業(yè)中，對(duì)于產(chǎn)量、質(zhì)量等要求標(biāo)準(zhǔn)較高的焊接工作而研發(fā)的專用設(shè)備。工作站由弧焊機(jī)器人、送絲機(jī)、復(fù)位機(jī)、控制系統(tǒng)等部分組成。主要在電氣工程、機(jī)械制造和汽車制造等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

（2）不銹鋼氣塞機(jī)器人。對(duì)于不銹鋼焊接中密封性高、變形量大的焊接工作，通過使用柔性激光焊接方式，進(jìn)行有效的解決。

（3）軸類焊接機(jī)器人工作站。主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)軸為基礎(chǔ)的零件焊接工作，對(duì)于這類焊接工作中勞動(dòng)量大、產(chǎn)品品質(zhì)不一致、生產(chǎn)能力差等問題，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的控制來解決出現(xiàn)的問題。

（4）焊接螺柱機(jī)器人工作站。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，用相關(guān)系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操作，針對(duì)焊接螺柱工藝中，不同規(guī)格的焊接要求，能夠更加準(zhǔn)確、高效的將螺柱進(jìn)行焊接工作。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在焊接自動(dòng)化中的應(yīng)用前景

2.1 加強(qiáng)視覺傳感技術(shù)的深入研究

隨著高新技術(shù)的發(fā)展，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新領(lǐng)域，融合到現(xiàn)代化的焊接工藝的程度越來越高，同時(shí)也取得了明顯的效果。并且隨著各項(xiàng)技術(shù)的研究深入，未來焊接技術(shù)中對(duì)于自動(dòng)化、智能化的應(yīng)用，一定會(huì)開啟新世紀(jì)下焊接技術(shù)的新篇章。例如，隨著加強(qiáng)計(jì)算機(jī)視覺傳感技術(shù)的研究工作，為焊接機(jī)器人提供更加先進(jìn)的視覺傳感能力和方向控制的能力，使焊接機(jī)器人在對(duì)環(huán)境識(shí)別、焊接軌道把控、溫度調(diào)節(jié)等方面得到了顯著的提高，所以，加強(qiáng)視覺傳感技術(shù)的研究，是未來焊接機(jī)器人的研發(fā)重要方向之一。

2.2 突破現(xiàn)在焊接機(jī)器人的仿真系統(tǒng)

人類和動(dòng)物對(duì)于外界環(huán)境的感知能力，大部分都是通過視覺獲得的。焊機(jī)工人隨著工作經(jīng)歷的加深和工藝手法的熟練，在視覺、感知溫度、方向控制等方面進(jìn)行把控，來更好的從事相關(guān)的焊接工作。焊接機(jī)器的自動(dòng)化、智能化的水平高低，以及焊接機(jī)器人在實(shí)際焊接工作中對(duì)于光、電、熱等相關(guān)數(shù)據(jù)的感知能力的程度，都受焊接機(jī)器人仿真系統(tǒng)的水平高低影響。所以，這也使得相關(guān)的科技研究人員和各領(lǐng)域的專家在機(jī)械、電磁、紅外、視覺等物理、化學(xué)、仿真等領(lǐng)域的相關(guān)科研方面，不斷加深研究和技術(shù)應(yīng)用的能力，以開發(fā)更多形式的弧焊?jìng)鞲醒b置，來提高焊接機(jī)器人的仿真能力。

2.3 特種焊接機(jī)器人的研發(fā)前景

對(duì)于在特殊環(huán)境、特殊地形或者條件下進(jìn)行焊接工作的機(jī)器人，被稱為“特種焊接機(jī)器人”，隨著時(shí)代和科技的飛速發(fā)展，人類踏足的地方更廣、范圍日益增加，很多特殊環(huán)境、地形或特殊條件下的焊接工作，已經(jīng)是人類所難以進(jìn)行的。例如：在深海中高壓下的焊接工作、高輻射性的基站焊接工作、甚至是外太空空間站焊接工作等，這種焊接工作已經(jīng)無法通過焊工工人去完成。針對(duì)這樣的現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外的科研人員對(duì)焊接工作各方面進(jìn)行深入研究，例如接頭識(shí)別、焊接路徑的走向、焊接時(shí)的溫度、焊縫監(jiān)測(cè)等方面，通過不斷的研發(fā)和適用，給特種焊接機(jī)器人的研究發(fā)展方向提供了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

當(dāng)下在我國(guó)，對(duì)于焊機(jī)機(jī)器人添加視覺傳感功能的裝置，并且已經(jīng)將這種特種機(jī)器人運(yùn)用與我國(guó)的汽車建造、重型構(gòu)建、航空航天等領(lǐng)域，并且取得了相當(dāng)喜人的成果。相信在不久的將來，隨著時(shí)代和科技的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)、高新智能控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)三維技術(shù)以及人工智能等領(lǐng)域技術(shù)和焊接技術(shù)的不斷融合，將各領(lǐng)域的高新技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)的焊接技術(shù)中， 各類更專業(yè)的特種焊接機(jī)器人一定能夠在更多特殊環(huán)境、特殊條件等難以進(jìn)行人工作業(yè)的地方，代替我們，發(fā)揮更加巨大的作用。

3 結(jié)束語

隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)、高新智能控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)三維技術(shù)以及人工智能等領(lǐng)域技術(shù)和焊接技術(shù)的不斷融合，將自動(dòng)化、智能化和焊接結(jié)合，使之開啟了一個(gè)新的歷史篇章，時(shí)刻使用新技術(shù)結(jié)合新的自動(dòng)化、智能化的時(shí)代。在不久的未來，隨著模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)技術(shù)的在進(jìn)一步發(fā)展，人工智能的焊接機(jī)器人代替了傳統(tǒng)的人工作業(yè)，在動(dòng)態(tài)視力、分辨能力、精準(zhǔn)能力等優(yōu)點(diǎn)，將人工智能化的焊接機(jī)器人一定會(huì)應(yīng)用于焊接中的各個(gè)領(lǐng)域工作中，隨著規(guī)模的越來越大、市場(chǎng)的占有率越來越高，計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合焊接技術(shù)的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工焊接作業(yè)，在提升市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)社會(huì)建設(shè)、提高人們的滿意度等方面，起著非常積極的促進(jìn)作用。