摘要：针对国内一些行业焊接机器人使用中存在的问题，采用了焊缝定位技术、机器视觉技术、参数化编程技术和低飞溅焊接技术，以减少焊接变形和配对误差对焊缝成形的影响，实现部分行业多品种小批量生产机器人的快速编程，完成高效高质量的自动焊接。

关键词：焊接;机器人;智能化

1机器人焊接的应用现状

与手工焊接相比，焊接机器人焊接质量稳定，能在有害环境中长时间工作，显著提高劳动生产率。焊接机器人应用和推广最成熟的行业是汽车行业，汽车零部件精度高，品种单一，易于实现批量生产。我国焊接机器人的使用现状基本上是一个行业一个行业的推广。从汽车行业逐步发展到健身器材、工程机械等焊接量大、批量生产的行业。焊接机器人受多种因素影响，在一些行业难以大规模推广。典型原因包括：如何适应冲裁精度差、多品种小批量生产、焊接工艺变形等不可控因素。基于这一系列需求，国内外焊接机器人研发人员开发了一系列新技术和新工艺。

2焊缝位置和跟踪

在实际焊接中，由于加工和装配误差导致焊缝位置和尺寸的变化，焊接机器人无法按照预先编程或设定的轨迹进行焊接。目前，解决焊接形状和位置误差的方法主要有三种，即接触焊缝定位和电弧跟踪、激光跟踪和机器人视觉定位技术。

2.1接触焊缝位置

焊接前，通过预设程序，焊枪的焊丝以一定的方向接近工件，焊丝接触工件的瞬间发生短路。此时，可以确定工件边缘在某个方向上的坐标位置，以便计算焊缝（当前工件）的实际位置与设定位置（之前编程的工件）之间的偏移，机器人自动修正焊接路径。接触定位的缺点是工件边缘特征必须有高度方向偏差，不能实现薄板搭接或平板对接焊缝的定位。针对目前一些行业焊件表面锈蚀或氧化皮较多的现状，在接触定位的基础上发展了一种高压定位技术。高压定位技术的定位电压非常高，但导通电流非常小，这不仅保证了氧化皮触点的导电灵敏度，而且保证了生产安全。

焊缝跟踪是通过焊接过程中焊枪的摆动来监测焊接电流的变化，从而找到焊缝的中心位置。焊缝跟踪技术的局限性在于，焊接摆动应具有足够的宽度，且焊缝类型通常为平角焊缝或船焊缝。接触焊缝定位跟踪技术已经非常成熟，广泛应用于工程机械、铁道车辆、煤炭机械等中厚板的焊接。

2.2激光跟踪

激光跟踪主要通过激光三角测距原理实现焊缝跟踪。激光器发出的斜向激光在工件表面形成激光条纹。视觉传感器与激光形成一定角度。视觉传感器获得的激光条纹图像具有一定的结构特征，焊缝中心位置由结构特征决定。

机器人视觉定位是通过摄像头捕捉焊缝或工件，然后图像采集卡将捕捉到的图像采集到计算机进行图像处理和识别，提取本次焊接所需的图像特征信息，用于调整焊枪的运动。

3参数化编程

国内许多行业的焊接生产具有多品种、小批量生产的特点。国际知名品牌机器人具备离线编程和仿真功能。目前，离线编程在喷涂和搬运行业得到了很好的应用，但在焊接领域应用很少。主要原因是焊接编程过于复杂，涉及焊接工艺、焊枪姿态，在计算机上产生的起弧和终弧状态的效果与工件示教编程之间存在一定差距。计算机模型制作的理想轨迹与客户车间组完成的实际工件之间也存在一定的偏差。

以专用车身的焊接为例，车身一般是根据客户和经销商的需求定制的，无法实现批量生产。机器人单件生产的编程时间甚至比焊接更长。因此，焊接机器人很少用于专用车辆行业，这与大规模生产的商用车辆中机器人的大规模使用有很大不同。虽然特殊车身的种类很多，但基本上可以分为有限的类别，每种类型的车身只是大小不同。基于这种情况，可以为每种类型的车身编译一个机器人程序。工人们只需在触摸屏上输入车身和网格的大小。该机器人可自动修改焊缝的坐标位置、焊枪的姿态和焊接工艺参数，无需调整。这样，编程时间可以从几小时缩短到十几分钟，实现多品种、小批量生产。

该控制器采用多维搜索算法和坐标系的点分布策略，提高了焊接效率。多维搜索算法对非垂直线的焊接轨迹是非常有效的，也是解决平行四边形等图形焊接问题的一种方法。

参数变异有其局限性，但在一定程度上可以解决某些行业单件小批量生产的问题。参数化编程与离线编程的结合将是下一步的研究方向。

4低飞溅焊接技术

焊接机器人采用的焊接方法主要是以CO2/MAG焊接为代表的GMAW，但飞溅相对较多，焊接后往往需要手工打磨，因此彻底消除飞溅是GMAW永恒的主题。在小电流短路过渡过程中，大部分飞溅发生在短路和电弧交替切换的时刻，因此有必要在这一时刻以各种方式减少飞溅量。

在传统焊接方法的短路过渡过程中，当熔滴刚刚接触熔池时，形成焊接电路短路，电阻和电流较大，短路电流迅速上升，小液桥断裂形成大飞溅。在短路的早期、中期和晚期，采用不同的策略以更快的速度控制电流和电压波形，以减少短路电流和飞溅。

为了准确判断和控制电弧即将收缩的时刻，控制系统需要在几微秒内检测电弧状态，并输出精细的波形来控制短路电流和电弧能量。因此，主控板采用双CPU控制系统，由处理速度高达600MHz的DSP和实时性强、电弧状态实时监测和有效精细控制的arm组成。

除飞溅量小外，低飞溅焊接技术可以显著提高焊接的桥接能力，适应装配误差大的薄板焊接。低飞溅焊接技术在机器人应用中具有显著优势，正在逐步取代传统的短路过渡焊接。

结束语：

焊缝定位与跟踪技术、参数化编程技术和低飞溅焊接技术在焊接机器人的推广应用中发挥了重要作用。在弧焊机器人领域，为了满足各种焊接要求，焊接应用技术，如电弧起点高度自适应技术、同步热波技术、，焊接参数优化技术和飞弧启动技术在提高焊接效率和焊接质量方面发挥了重要作用。焊接机器人的运行速度明显高于焊接速度。如何充分利用焊接机器人的优势，不断提高焊接速度，不断减少飞溅量，将是焊接机器人未来发展的一个重要方向。

参考文献

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