工业机器人焊接关键技术分析及应用分析.pdfVIP

工业机器人焊接关键技术分析及应用分

析

摘要:在现代智能制造业中，焊接是一项重要的技术。随着现代焊接技术的

发展，在焊后再进行质量检测等传统的方法已不再适应现代制造工业的需要，实

时地智能监测控制焊接质量变得越来越重要。同时，在智能监测控制焊接过程中，

通过实时人机交互，可以清楚地观察到实时焊接状态。文中分析归纳了目前工业

机器人中的关键焊接技术。

关键词：工业机器人；焊接；关键技术；分析及应用

引言

机器人作为智能制造的前沿装备，应用日趋广泛。国内机器人的应用从之初

的数万台在短短几年内突涨到20万台，且还会继续有大增的空间，增长速度之

快令人瞠目。工业机器作为近代工业前沿的先行者，在传统焊接制造基础上的改

型应用已经深入工业领域的方方面面，成为现代制造技术无可替代的重要角色。

1.工业机器人焊接技术的现状

随着自动化的不断发展，工业机器人在全球工业市场的占有率也逐年递增。

现已成为焊接自动化的主要设备。随着工业机器人的工作环境越来越恶劣，对机

器人在极端条件下完成更复杂的工作任务时的稳定工作性能要求不断提高，直接

推动各领域对机器人展开深入研究的相关工作。焊接技术是现代工业机器人发展

最重要的方向之一，美、日、德等发达国家早已把机器人焊接技术的创新和发展

[1]

作为工业智能制造的核心战略。传统的教学和回馈工作模式早已不能满足精密

的焊接工件在强弧光、高温等恶劣条件下对于焊接的实时性、高精度等严苛要求，

因此开展深入研究自动焊缝跟踪技术，已成为工业机器人智能化发展的关键一步。

由于技术的不断迭代发展，对焊件进行一些质量评定或在焊接过程中增加监测装

置等传统提高焊接质量的方法早已不再适用，通过利用敏感度高的先进传感器等

工具，实现辅助工业机器人追踪焊缝，实时获取焊缝信息，完成高难度焊接动作，

实现高精度焊接。例如结合了激光视觉和相关目标追踪算法等优点的激光视觉焊

缝跟踪技术，相较于传统方法更加灵活方便。它具有捕捉焊接信息、抗外部干扰

能力强等优点。因此，未来将会有越来越多的工业机器人通过采用先进焊缝跟踪

技术实现焊接质量和精度的飞跃式提升。

2.机器人焊接的关键技术

2.1激光视觉系统的应用

由于传统模式下，工件在焊接过程中发生热变形以及夹紧误差等诸多问题，

已经不能满足现代焊接高精度的要求。因此，拥有视觉激光系统的工业机器人随

之诞生。基于机器视觉的激光焊接系统包含激光传感器、摄像机、工业计算机等。

相较于传统焊接系统，视觉激光焊接系统增加了图像检测模块，通过该模块可以

对在焊接过程中获取的焊缝图像进行检测工作，与工业机器人构成伺服控制系统，

从而控制工业机器人对工件进行精准焊接。配有视觉激光系统的工业机器人将机

器视觉与激光视觉相结合，拥有丰富的信息获取能力和抗干扰能力等优点，可以

提取实时的焊接特征点，并根据已提取的特征点的坐标值来引导工业机器人沿着

[2]

相应的轨迹移动。

2.2焊缝跟踪技术

工业机器人在焊接时，为保证焊缝轨迹的准确性，需要进行焊接缝隙实时跟

踪，机器人焊接时要能够及时改变调整机器人焊接姿态情形，向着缩小焊接热变

形、减小轨迹偏差的方向补偿，这样能够确保焊接质量，该技术目前已经普遍用

于机器人焊接的生产环节。（1）被动式为主的视觉传感器，能够及时提取焊接

缝隙边缘区域和金液熔池区域的图像信息，从而使机器人焊接过程中的轨迹能够

随着关节移动而纠偏。（2）主动式视觉传感器处理后的激光条纹图像，机器人

焊接视觉传感器所采集的图像信息都是关于焊缝特征的变化情况，通过观测和分

析可以得到焊接空间坐标的焊缝轨迹路径。

2.3熔池监控技术

在机器人焊接时所产生熔池的形态，能够反映出机器人焊接过程中重要信息

数据，这些重要参数是机器人焊接质量得以保证的前提。对机器人焊接过程所形

成的熔池形态进行监控，从而为机器人焊接提供重要的技术参数。结合之前的分

析，我们对焊接缝隙形成情况、金液熔池的熔宽、金液熔池深度等特征，在监控

装置监视下，注意到机器人焊接过程中的金液熔池动态波动情况，依次对焊接机

器人焊接姿态进行调整，从而大大减少了机器人焊接过程的缺陷，促进了机器人

焊接质量的提高。本文以被动式视觉传感系统作为研究对象，详实地采集焊接缝

隙边缘区域和金液熔池区域图像信息，在机器人焊接金液熔池状态监控检测方面

优势明显。