基于机器人技术的工程机械自动化焊接线设计与优化

基于机器人技术的工程机械自动化焊接线设计与优化

王凯   李晓

普瑞特机械制造股份有限公司，271000 

摘要：在工业生产中，智能化焊接机器人技术通过提升工作效率和产品质量，显著减少了人为操作带来的不规范行为，实现了作业标准化。技术人员在操作前可以对焊接速度、变位系统等进行科学设置，以符合生产要求。智能化焊接机器人不仅改善了作业环境，降低劳动强度，还能实现全天候生产，为企业创造更多经济收益。然而，智能化焊接技术仍面临较高成本和编程难度的挑战，限制了其进一步发展。本文探讨了智能化焊接机器人在自动化焊接中的实现与探索，涵盖加工工艺、焊接自主规划系统、模糊控制技术及焊缝图像处理等关键技术。

关键词：焊接机器人;自动化;智能控制

引言

智能化焊接机器人技术已广泛应用于工业生产，尤其是流水线生产。其优势在于有效提升工作效率和产品质量，减少人为操作带来的不规范行为，实现作业标准化。在现代工业中，智能化焊接机器人能够通过科学设置焊接速度、变位系统等参数，确保工艺质量符合生产要求。此外，智能化焊接技术还改善了作业环境，降低了劳动强度，能实现全天候生产，极大地提高了企业的经济效益。然而，智能化焊接机器人技术在应用过程中仍面临较高成本和编程难度的问题，限制了其进一步的发展。本文将深入探讨智能化焊接机器人在自动化焊接中的实现与探索，包括加工工艺、焊接自主规划系统、模糊控制技术及焊缝图像处理等方面。

1智能化焊接机器人的特点

工业生产中，尤其是流水线生产，采用智能化机器人焊接技术来完成重复性的动作，能够有效提升工作效率和产品质量，降低了人为操作而出现的不规范行为，实现作业标准化。在操作智能化机器人进行焊接操作之前，技术人员可以在系统中对焊接速度、变位系统等内容进行科学设置，从而使工艺质量更加符合生产要求。不仅如此，智能化机器人焊接技术的应用还能改善作业环境，减低劳动强度，并且完成全天化生产，为企业创造更多的经济收益。智能化焊接技术的应用优势十分突出，但是目前仍然存在两个问题，（1）智能化成本相对较高，我国在制造焊接机器人时，很多零件还都依赖于进口，因此施工成本相对比较高，容易受到经济限制。而且很多焊接机器人在使用过程中，非常容易出现损坏，维修成本过高，限制了智能化机器人焊接技术的发展。因此企业还是要将重心放在科学技术研究方面，注重人才的培养，才能更好地推动机器人焊接技术的发展。（2）智能化编程难度较大，编程仿真技术是焊接机器人系统中非常重要的部分之一，包括模拟感觉器官的设计，结合焊接经验进行焊接控制，促进机器人焊接工作的顺利进行。由于受到技术的限制，程序的编制难度非常大，限制了智能化机器人焊接技术的发展。

2焊接机器人自动化焊接的实现与探索

2.1加工某些具有两面或多边形的零件，以提高生产率

在生产过程中，一些板材材料要求双面或多边形的坡口，这些要求进行两面或多边形加工的工件又可分为非直型和直线型两种。在确定加工过程中，非直线坡口件的选择是由机械手来完成；在确定直角或多边形坡口的时候，可以选用铣边机、导轨切割机和切割机。在采用铣边机时，在加工两面或多边形的直线斜角时，需要对工件进行多次的翻转和装夹；在采用导轨切削机床时，需要多次调整，从而降低了工作效率。采用斜槽切削机械手进行切削时，由于该机械手能灵活地调节多个角度，不需要对工件进行翻转、重新装夹，只需要一次装夹就能完成多个坡口的加工，降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。

2.2焊接自主规划系统

在机器人智能焊接技术当中，焊接自主规划系统属于其中至关重要的组成部分，能够将原本较为传统的机械焊接工艺转变为生动、可控的工艺。而在完成一些自主规划系统的过程中，智能焊接机器人能够在执行一些单一命令操作的同时，充分结合机器人自身的逻辑思维系统来将现代化的监控与智能思维有效结合在一起。对于弧焊技术来说，其中所实际到的关节相对较多，整体设置上具备着较为显著的复杂性，而通过机器人智能焊接技术的应用，就能够将原本的焊接手段进行柔化处理，并且智能化机器人自身就属于一种具备着现代化特征的计算机技术，在融入焊接程序过后，智能化机器人关节灵活的优点被进一步凸显出来，其在不断发展的进程中可以完成一些人类的指令动作，使得原本过于机械化的焊接工作流程更加柔性化。除此之外，在实践过程中，机器人智能焊接技术的核心就在于传感视觉、规划处理器以及焊缝信息获取这三方面内容，需要通过微处理的方式来自主规划机械关节，从而引导智能机器人来更好的完成相应的焊接任务。

2.3模糊控制技术

模糊控制（FuzzyControl，FC）是一种非线性控制的智能控制方法，是依托模糊数学中的模糊关系开展模糊推理，并根据推理结果进行模糊决策来达到控制目的的控制技术。在复杂系统中，模糊控制具有显著效果。焊接是一个不断变化的过程。利用焊接机器人开展的焊接作业具备复杂性特征，体现在焊枪末端与工件接触后会产生高温、弧光和噪声。其中，高温会引起焊缝变形，弧光和噪声会影响机器人视觉系统采集图像的清晰度，从而引起焊接精度下降。为避免上述问题的发生，可在焊接过程中实时调整焊枪的动作，以缩小焊缝与焊枪末端的偏差，提高焊接质量。焊接机器人是一个非线性、强耦合的复杂系统，因此传统的模糊控制器无法满足控制需要。通过开发适用于焊接机器人控制的自适应模糊控制器，可简化建模步骤，并提升系统的鲁棒性，使得焊接过程更加稳定可靠，继而提高设备的作业效率。焊接机器人开展焊接作业时，因为在初始焊接中无法获得焊缝追踪系统的数学模型，所以需要依托控制器的输入和输出，通过模糊控制定义模型参数，从而进一步提升焊接作业的稳定性，降低因抖动产生的误差。自适应模糊控制器可以满足复杂非线性、强耦合系统的应用需要，且随着焊接工件形状的变化，偏差率模型参数会随之实时更新，确保自动焊接顺利完成。

2.4焊缝图像处理

在完成焊缝线识别与提取后，就需要对获取到的焊缝图像进行处理，然后将处理好的信息送往控制中心，为焊缝跟踪打下基础。所以说，焊缝图像的处理是承上启下的一个关键环节，对于图像获取预处理中未能去除的顽固干扰如工件本身带有的划痕或者黑笔印等，都可以在这一环节中进一步去淡化，甚至去除。当然，经过很多学者的研究，现在也有了许多其他高效简捷的方法。利用迭代法对图像进行阈值分割处理，但由于迭代法抗干扰能力差，不稳定，作者将经过迭代法处理的图像再次进行迭代法阈值处理，经过二次迭代法处理后的图像干扰明显变少，更加清晰，二次迭代这一方法也更加稳定有效。也是运用了阈值分析，通过将全局阈值分割方法和形态学滤波相结合，可以将图像中的飞溅、弧光甚至微小的横道干扰都去除，获得较为突出的图像处理效果。将灰度形态学用于图像处理，利用其非线性特征，在处理图像时不会模糊焊缝的边缘细节，因此能够获得光滑连续的焊缝边缘图像，并且将其作为焊缝跟踪时的控制量，为后续的跟踪工作打下了基础。

3结语

智能化焊接机器人技术在工业生产中的应用具有显著的优势，通过提升工作效率和产品质量，减少了人为操作的不规范行为，实现了作业标准化。尽管智能化焊接技术面临较高成本和编程难度的挑战，但随着科学技术的不断进步，这些问题将逐步得到解决。未来，企业应注重科学技术研究和人才培养，以推动机器人焊接技术的发展和应用。通过不断探索和改进智能化焊接技术，将为工业生产带来更高的效益和更广阔的发展空间。

参考文献

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