智能焊接机器人在液压支架工件焊接中的应用

摘 要：随着科学技术的不断发展，液压支架产品制造自动化、智能化已成为下一步发展的必然趋势。智能焊接机器人因具有适应性能强，工作稳定性高，生产效率快的各种优点，已逐步被应用于各制造行业。

关键词：智能焊接机器人；液压支架

目前，我单位引进使用的ARCMAN智能弧焊机器人已投入应用至液压支架工件焊接过程中，受到一致好评。ARCMAN智能弧焊机器人不但解决了手工焊接中质量过程控制难，手工摆弧不均匀，焊缝缺陷，劳动强度大等问题。并且弧焊机器人具有自主模拟焊道情况，焊缝导引跟踪电压电流控制等功能，焊缝试件进过焊接力学实验均已达到国标要求。在产品制造中，不但提高产品质量，而且提高了企业的整体竞争力。

1.ARCMAN智能弧焊机器人主要构成

ARCMAN智能焊接机器人焊接系统的集成与控制，焊接任务规划、轨迹跟踪控制、传感系统、过程模型、智能控制等子系统的软硬件集成设计、统一优化调度与控制，包含焊接柔性制造系统的物流系统、信息流的管理与控制，多机器人与传感器、控制器的多智能单元与复杂系统的控制器等

2.AGV有轨物流小车运输系统

为方便工件吊装至机器人工作站，整个焊接系统采用AGV有轨物流小车搬运工件，在车体内部安装有导向夹紧机构，车体通过导向夹紧机构与齿条型刚性轨道可靠滚动连接。此行走机构由交流伺服电机驱动，行走速度无级可调，实时闭环控制，稳定可靠。 在机器人单站对物流系统发出上了申请料，物流小车自动运行到机器人单站，母台车定位后子台车纵向运行至单站，将焊接完成后的液压支架上的连杆工件卸下后运送至下料平台，然后从上料运送待焊的连杆工件运送至机器人工作单站，待两侧加紧装置将连杆加紧后机器人准备焊接，整运输上料个过程采用线上操作线下控制，不但节约了连杆工件上下料吊装浪费的时间，还很大程度上降低了工人的劳动强度，上料工作的安全系数也大大增加，降低了因吊装出现的磕碰现象发生。

3.工件在焊接前的焊缝引导传感

对ARCMAN智能焊接机器人焊接作业而言，焊枪检测焊缝的运动轨迹控制主要源于初始焊位导引与焊缝跟踪控制技术。由于焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设置的，在焊接时需要外部信息传感和实时调整控制功能，这类弧焊机器人对焊接作业条件的稳定性要求严格。

在实际弧焊过程中，焊接条件是经常变化的。工件经AGV物流输送小车自动上料至机器人变位机后，两侧定位夹具加紧，保证变位机在旋转时工件无活动现象。机器人开始运行，通过焊枪焊丝尖端触碰工件检测到工件位置，并在系统中自主模拟工件位置，定位确认无误后焊枪检测焊缝走向，通过红外线传感及焊接过程中的电弧跟踪功能检测焊缝偏移量，并在焊接作业过程中加以纠正，已保证焊缝准确度。

4.焊接过程的传感技术

焊接过程的传感，是实现焊接过程质量控制的关键环节，是智能焊接机器人作业中最重要的部分，主要利用焊接过程中摆弧触碰两侧焊接母材所检测到的电流电压值的变化来测量和检测操作环境、检测和监控焊接过程。该技术不但应用简单，而且更容易方便操作。液压支架连杆工件焊缝形式较为复杂，直线坡口及圆弧坡口尺寸相对较难控制，往往在焊接前的坡口大小不一样，这样对机器人焊接就提出了考验。机器人在焊接盖板直线坡口的焊接作业中，由于对成型间隙及坡口精度要求较高，所以在设备中增加电弧跟踪功能，这样机器人在焊接作业时，可以根据电弧跟踪所产生的结果自动对坡口偏差的位置，适当的做焊接参数调整，从而保证焊接质量的同时美化盖面焊缝。

5.焊接熔池动态过程的建模及智能控制

由于焊接熔池动态过程的非线性、不确定性、时变性和强耦合性，采用传统的过程建模方法建立的数学模型不可能作为有效的可控模型。模糊逻辑和神经网络被证明是有效的建模方法。在焊接过程控制中引入了模糊控制、神经网络、专家系统等智能控制方法是非常适合的途径。对于脉冲GTAW堆焊、对接、填丝以及变间隙熔池正反面熔宽以及正面焊缝余高智能控制方法及其结果进行了为系统的验证。

在机器人焊接过程中实现了脉冲GTAW熔池正反面熔宽的神经元自学习控制。上述关于脉冲GTAW熔池动态过程及其熔透与焊缝成形智能控制的结果为使实现机器人焊接过程实时控制奠定了技术基础，为解决机器人焊接过程精确质量控制的瓶颈难题提供了可行的技术途径。

6.智能焊接机器人过程监控单元及应用

ARCMAN智能弧焊机器人过程监控系统集成及优化技术研究的主要目的是将焊接质量实时控制与机器人技术结合起来，研究实现具有冗余自由度的弧焊机器人控制系统以及相应的最佳焊接姿态协调控制技术；同时机器人焊接电源等子焊接机器人的智能化发展系统通过网络集成为具有实时传感、通信、调度功能的弧焊机器人柔性加工单元，研究在中央监控计算机控制下的多品种小批量柔性焊接加工系统的优化模型及控制策略，实现对空间曲线焊缝机器人焊接的质量智能控制。

这样，可以通过系统监控室的微机终端对工件的焊接过程进行全方位的监控，包含物流小车的上下料情况，焊接电流电压控制，状态监控及意外报警。使操作者可以再第一时间掌握工件的焊接动态，及时处理焊接作业中出现的问题。

在液压支架制造中，引用先进的科学技术，注入先进的技术装备是很有必要的，在焊接质量控制与提高生产效率上也是一个空前的进步。智能焊接机器人不但解决了工件实际焊接过程中的实时性、突发性、同步性及离散性等特点，同时结合物流运输控制系统，形成一个完整的液压之间连杆流水生产系统，可以共同完成一个或多个控制作业任务的技术，从而实现焊接制造系统智能协调控制在液压支架制造领域有意义的发展方向。