焊接机器人技术研究与应用现状分析

陈旺

摘要：目前，焊接技术已经广泛应用于机械制造、航空和电子领域等各个领域的连接工作。然而，焊接现场常常面临环境恶劣等挑战，如有害气体和弧光等，这些因素可能威胁到焊工的生命安全。因此，越来越多的工厂在焊接生产过程中积极采用焊接机器人技术，旨在降低人工操作的需求，同时预防人身安全问题的发生，这一趋势在工业界得到广泛关注和应用。本文主要就焊接机器人技术研究与应用现状进行分析，以期为相关学者带来一定参考。

关键词：焊接机器人；技术研究；应用现状

一、焊接机器人技术研究

（一）焊缝的自动识别与跟踪技术

首先，焊缝的自动识别与跟踪技术在现代焊接领域扮演着至关重要的角色。通过视觉识别和传感器技术，焊缝可以被准确地检测和定位。这有助于确保焊接过程中焊缝的位置和形状符合要求，从而提高焊接质量和一致性。这项技术的发展涉及到图像处理、传感器技术和计算机视觉等多个领域。利用高分辨率摄像头和先进的算法，焊接机器人能够实时监测焊缝的位置，并根据需要进行调整。这对于复杂工件和不同焊接条件下的焊缝跟踪至关重要。焊缝的自动识别与跟踪技术的不断改进将有助于提高焊接效率、减少废品率，并降低人工操作的需求。随着智能化焊接机器人的发展，这项技术将继续发挥关键作用，推动焊接领域的进一步现代化和自动化[1]。

（二）远程遥控焊接、离线编程、路径规划技术

首先，远程遥控焊接技术为焊接工作带来了更高的安全性和灵活性。焊接机器人可以通过遥控设备实现远程操作，减少了焊工在危险环境下的直接曝露。这项技术为人员提供了更安全的工作条件，特别是在需要处理有害气体或高温环境的情况下。此外，离线编程和路径规划技术是提高焊接机器人自主性和效率的关键因素。通过计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术，焊接路径可以提前规划和优化，减少了人工干预的需求。这有助于提高焊接质量和准确性。除此之外，路径规划技术的发展将进一步提高焊接机器人的智能化水平。机器学习和人工智能算法的应用使焊接机器人能够自动选择最佳的焊接路径，适应不同工件和焊接条件。这将大幅提高生产效率和焊接质量，同时减少了人为错误的风险。

（三）专用弧焊电源技术

首先，专用弧焊电源技术在现代焊接中占据了核心地位。它作为焊接机器人系统的关键组件之一，直接影响焊接质量和效率。这项技术的首要任务是提供稳定的电流和电压，以维持良好的电弧稳定性，从而确保焊缝的质量。除此之外，数字化电源控制是专用弧焊电源技术的重要方向之一。它允许实时监测和调整电弧参数，以适应不同焊接任务。通过数字化控制，焊工可以更精确地调整电流、电压和焊丝供给速度，以满足特定焊接要求，减少焊缝缺陷的风险。此外，高频逆变技术也是专用弧焊电源技术的关键组成部分。这项技术提高了电源工作频率，减小了电弧的涟漪，从而提高了焊接的稳定性和质量。高频逆变技术的应用有助于减少焊缝气孔和飞溅的问题，提高焊接效率和工件质量。

二、焊接机器人的应用现状

（一）零件价格昂贵

当前，焊接机器人技术的广泛应用受到了成本问题的挑战。高质量的焊接机器人往往价格昂贵，这不仅包括机器本身的购置成本，还包括控制系统、传感器、编程软件等相关设备和工具的投资。这对于中小型企业来说可能是一个沉重的负担，限制了他们采用这一高效、高质量的自动化焊接技术。此外，焊接机器人的维护和维修成本也是一项不容忽视的开支。特别是对于复杂的多关节焊接机器人，一旦出现故障或需要更换零件，维修费用往往相对较高。这可能导致企业需要在维护上投入大量资源，增加了运营成本。然而，随着焊接机器人市场的不断发展和竞争的加剧，一些厂商正在积极寻求降低成本的方法。这包括研发更经济实惠的焊接机器人型号、提供更具竞争力的价格策略以及提供更灵活的租赁和维护服务，以满足不同规模企业的需求。

（二）复杂焊件编程问题

首先，复杂焊件的编程要求焊接机器人能够准确地识别焊接路径和焊缝形状。这通常需要使用高级的计算机辅助设计和计算机辅助制造软件，以将实际焊接路径转化为机器人可以理解的程序。这一过程需要高度训练有素的工程师来设计和生成焊接程序。其次，电流和电压的控制是复杂焊件编程的关键部分。不同焊接任务可能需要不同的电流和电压参数，以适应不同材料和焊接条件。精确控制这些参数对于确保焊接质量至关重要，但也增加了编程的复杂性。此外，气体流量、焊丝送丝速度、焊接速度等其他参数的调整也需要精密的编程和实时监测。这些参数的准确控制对于避免焊缝缺陷和保持焊接一致性至关重要。最后，复杂焊件编程通常需要详细的调试和验证过程。这包括在实际焊接任务之前进行虚拟仿真和试验，以确保焊接程序的准确性和稳定性。这些额外的步骤增加了生产准备时间和成本，但对于确保焊接质量至关重要。

（三）焊接机器人与人工焊工操作的不同之处

首先，焊接机器人的操作依赖于精确的程序和路径规划。机器人在焊接前需要经过详尽的规划，包括焊接路径、焊接速度、焊接参数等。这种精确性有助于确保焊接的一致性和质量。相比之下，人工焊工可以更加灵活地适应变化，可以根据实际情况进行调整和手动干预。

其次，焊接机器人在不同的焊接任务中通常需要不同的程序。这意味着工厂可能需要维护多个不同的程序以适应各种不同的焊接需求。这对于大规模生产可能是有效的，但对于小批量生产和个性化焊接可能不够灵活。人工焊工则可以更容易地适应不同焊接任务，减少了切换和调整的复杂性。

同时，焊接机器人在自动化方面具有显著优势，可以持续工作并在不停机的情况下完成大量焊接任务。这对于大规模生产和重复性工作非常有利。而人工焊工的工作效率可能受到疲劳、精力和工作时间的限制。然而，需要注意的是，焊接机器人的投资成本较高，对于中小型企业可能难以承受。另外，机器人在处理非标准或特殊工件时可能存在限制，而人工焊工具有更强的适应性。

三、焊接机器人技术未来发展趋势分析

（一）机器人控制技术的不断进步

随着人工智能和深度学习的发展，机器人能够更好地理解和适应不同焊接任务。增强型机器学习算法将使焊接机器人能够从实际焊接过程中不断学习，改进其焊接技能，提高焊接质量和效率。同时，机器人控制技术的进步也将促使焊接机器人变得更加精准和可靠，从而扩大了其在制造业中的应用范围。

（二）虚拟现实（VR）和多传感器信息融合技术

虚拟现实技术可以用于模拟焊接环境和任务，让操作员和工程师能够在虚拟世界中进行焊接任务的规划、仿真和测试。这将有助于减少实际焊接任务中的错误和故障，提高焊接机器人的性能。多传感器信息融合技术则可以让焊接机器人更好地感知其周围环境，更精确地执行焊接任务，同时减少潜在的安全风险。

（三）更加智能化和自主化

自主导航和路径规划技术将使焊接机器人能够在工厂环境中自主移动，并根据实际需求进行任务分配和执行。这将减少对人工干预的需求，提高生产效率。另外，云计算和物联网技术的应用将使焊接机器人能够实现远程监控和维护，实现更高的可用性和维护效率。

四、结语

焊接机器人的应用前景广阔，尽管目前还存在一些问题，但随着科技的不断进步，这些问题将逐渐迎刃而解。鉴于焊接机器人在未来制造和加工业中的重要地位日益凸显，人们应该高度重视并积极发展这一技术领域。我们需要密切关注国外的先进技术，通过引进、吸收和提升，以确保在这一领域走在世界前沿。这将有助于我国在焊接机器人技术方面保持竞争优势并推动制造业的发展。

参考文献：

[1]孙静.焊接机器人技术的发展与应用研究[J].科学咨询(科技·管理),2021(05):55-56.