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目前手工焊（包括手持式激光焊）在焊接場(chǎng)合中扮演著重要角色，因?yàn)槿烁苓m應(yīng)焊接工藝過程中的各種變化。熟練的焊工能夠知道調(diào)節(jié)哪些參數(shù)和調(diào)節(jié)多少參數(shù)來保證焊接工藝良好運(yùn)行，能通過檢查待焊工件發(fā)覺工件的變動(dòng)并及時(shí)采取相應(yīng)的調(diào)整方案，確保焊縫質(zhì)量。實(shí)際上，焊接是一個(gè)多相關(guān)量的調(diào)節(jié)問題，因此也使之很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

在實(shí)際應(yīng)用中，全自動(dòng)化焊接僅僅應(yīng)用在某些大批量生產(chǎn)場(chǎng)合，考慮到反變形等因素，定位夾緊裝置往往比較復(fù)雜，編程方式也是大量采用人工示教編程。目前由焊接控制系統(tǒng)來評(píng)估一些參數(shù)，并基于與希望值的多種偏差建立一種對(duì)策，這種要求導(dǎo)致該問題復(fù)雜化。由于控制系統(tǒng)無法評(píng)估出那些可能會(huì)出現(xiàn)的百萬種可能響應(yīng)，因此有一種傾向是采用簡(jiǎn)化方法。但控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化同時(shí)又會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)化焊接工藝不夠穩(wěn)定。于是，自適應(yīng)焊接系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

自適應(yīng)焊接系統(tǒng)通過人機(jī)協(xié)同的方式，區(qū)別于現(xiàn)有的全自動(dòng)化焊接，主要集中在動(dòng)態(tài)焊縫追蹤，系統(tǒng)平臺(tái)會(huì)更加柔性化。通過將更多的工藝變量整合到設(shè)備控制系統(tǒng)，并與實(shí)際接頭測(cè)量結(jié)果組合起來，產(chǎn)生高質(zhì)量焊縫，同時(shí)允許接頭輪廓和其它工藝參數(shù)具有更大的變化范圍，這就是自適應(yīng)焊接技術(shù)發(fā)展的主要原因。

自適應(yīng)焊接原理

針對(duì)不同的焊縫類型，需識(shí)別焊縫位置、間隙、坡口角度、截面積、錯(cuò)邊量、變形量等特征，并模型化處理（方便在離散工藝庫(kù)中比對(duì)，并找到最相近的工藝模型，如ServoRobot ADAP）。系統(tǒng)在焊接過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)并前置處理，在線糾正機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡的同時(shí)自動(dòng)調(diào)整機(jī)焊接工藝參數(shù)，能實(shí)現(xiàn)焊縫成形及焊接品質(zhì)的一致性和高可靠性。離散工藝庫(kù)主要靠現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)及工藝實(shí)驗(yàn)的大量積累。

自適應(yīng)焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

一般由焊縫識(shí)別系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、焊接系統(tǒng)三大部分構(gòu)成。焊縫識(shí)別系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、量化、處理等功能，主要由激光傳感器、控制單元、控制軟件等組成。操作機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)執(zhí)行焊接的各項(xiàng)動(dòng)作，一般有兩種形式，即關(guān)節(jié)機(jī)器人和桁架機(jī)械手。具備自適應(yīng)功能的焊接系統(tǒng)，融合了較多智能控制技術(shù)，如：激光器及激光調(diào)制焊接頭、高性能焊接電源（如CMT）、焊接工藝庫(kù)及上位機(jī)管理程序、離線編程技術(shù)等。

自適應(yīng)焊接系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，但是能實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人協(xié)同配合，充分發(fā)揮機(jī)器人強(qiáng)大的存儲(chǔ)與計(jì)算優(yōu)勢(shì)，在云平臺(tái)的支持下還可以實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的共享。在大型鋼結(jié)構(gòu)（工字鋼、停車庫(kù)等），工程機(jī)械、特種車身、車架長(zhǎng)大梁、車箱板、罐體等焊接工況下，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)焊接工藝后可以簡(jiǎn)化工件裝夾的方式，并降低反變形的要求。

自適應(yīng)焊接是一種高性能焊接技術(shù)，對(duì)于要求靈活多變的車身試制工廠，優(yōu)勢(shì)也非常明顯，如在車身試制現(xiàn)場(chǎng)五大分總成（前圍、后圍、地板、頂蓋、側(cè)圍）的焊接過程中采用點(diǎn)焊固定及簡(jiǎn)易定位后機(jī)器人自動(dòng)焊接，板厚3~8 mm，采用了多種焊接工藝：MAG焊、激光焊、激光復(fù)合焊等。

應(yīng)用工藝裝備

1）激光復(fù)合焊，是將激光與MIG 電弧同時(shí)作用于焊接區(qū)，通過激光與電弧的相互影響，克服每一種方法自身的不足，進(jìn)而產(chǎn)生良好的復(fù)合效應(yīng)，獲得優(yōu)良的綜合性能，支持調(diào)整的工藝參數(shù)有電流、電壓、送絲速度、焊接速度、激光功率、脈沖調(diào)制等；

2）激光擺焊，是在焊接加工向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，光束繞著焦點(diǎn)位置做畫圓或任意圖形的運(yùn)動(dòng)，由于其有一個(gè)附加的運(yùn)動(dòng)軌跡，會(huì)對(duì)熔池形成攪拌，故而稱為攪拌焊/擺焊，支持調(diào)整的工藝參數(shù)有擺動(dòng)路徑（圓形、直線型）、擺動(dòng)頻率、焊接速度、激光功率等。

焊縫識(shí)別系統(tǒng)的核心模塊

焊縫跟蹤，能直接與機(jī)器人控制器建立通訊，可由機(jī)器人直接調(diào)整XYZ坐標(biāo)系的偏移值。 而在高精度激光焊接應(yīng)用時(shí)，焊縫跟蹤可與Y/Z滑臺(tái)組件、校準(zhǔn)盒組成一套閉環(huán)的跟蹤系統(tǒng)，包含識(shí)別、處理、控制、執(zhí)行、調(diào)整等全部流程。Y/Z滑臺(tái)組件精度較高，也適用于焊接專機(jī)。跟蹤傳感器將激光二極管發(fā)出的光束經(jīng)柱形透鏡轉(zhuǎn)換成條形光，投射到工件坡口的工件表面，是一種主動(dòng)光源的視覺傳感方法。焊縫有一定的間隙和形狀變化時(shí)，條形光會(huì)發(fā)生變形并在工件上方漫反射，獲得焊接電弧/激光焦點(diǎn)與焊縫中心的偏離數(shù)據(jù)，根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)作上、下、左、右4個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到實(shí)時(shí)偏差調(diào)整的目的。條形光傳感方法不僅能檢出焊縫的中心位置，而且還能獲得焊縫截面的形狀和尺寸等特征參數(shù)，給自適應(yīng)焊接提供焊縫寬度等信息。

將焊接專家的經(jīng)驗(yàn)及工藝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)形成一套焊接知識(shí)庫(kù)，焊接過程中隨時(shí)調(diào)用，有效保證了焊接的規(guī)范性與質(zhì)量。焊接工藝管理程序主要用于管理工廠內(nèi)部焊接工藝數(shù)據(jù)，用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)訪問，也可以將車間焊接設(shè)備與車間服務(wù)器構(gòu)建了一個(gè)局域網(wǎng)，通過以太網(wǎng)接入到云平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)焊接工藝參數(shù)共享，控制焊接參數(shù)與工藝規(guī)程的一致性：一套焊接工藝參數(shù)能夠保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量，另一個(gè)車間就可以直接實(shí)現(xiàn)工藝共享，而不必再重新摸索。實(shí)現(xiàn)了焊接任務(wù)包和焊接工藝規(guī)程的智能關(guān)聯(lián)，每個(gè)焊接任務(wù)包都有唯一的焊接規(guī)程與之對(duì)應(yīng)，不再需要工藝人員現(xiàn)場(chǎng)巡查。

總結(jié)

在自適應(yīng)焊接方面，無論從焊縫識(shí)別系統(tǒng)還是工藝庫(kù)軟件等方面與國(guó)外公司還存在一定的差距。國(guó)外自適應(yīng)焊接機(jī)器人經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程，是個(gè)成熟的工業(yè)產(chǎn)品，而且在實(shí)際生產(chǎn)中不斷地完善和提高，而在我國(guó)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，特別是設(shè)備廠家對(duì)于焊接工藝及實(shí)際生產(chǎn)要求并不關(guān)注（重點(diǎn)放在跟蹤傳感器的功能開發(fā)，無法解決焊接過程中與工件發(fā)生干涉等實(shí)際問題，有些焊縫無法識(shí)別），終端用戶對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)并不了解（如無法將離線編程技術(shù)與自適應(yīng)焊接工藝融合，期望能實(shí)現(xiàn)數(shù)模驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的自動(dòng)化焊接，將會(huì)大大減少技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間），所以需要有技術(shù)人員將這兩項(xiàng)技術(shù)融合在一起，使機(jī)器人焊接系統(tǒng)智能化，實(shí)現(xiàn)高性能焊接。

作者

劉拉 湖北瑞興達(dá)特種裝備科技股份有限公司