近年來(lái)，隨著我國(guó)勞動(dòng)力成本的逐漸提升，以廉價(jià)勞動(dòng)力為支撐的“中國(guó)制造”經(jīng)濟(jì)模式難以為繼，尤其是疫情的影響，越來(lái)越多的加工制造企業(yè)關(guān)注以焊接機(jī)器人為代表的焊接自動(dòng)化技術(shù)。機(jī)器人不再是工業(yè)界的奢侈品，如何用機(jī)器人代替人的焊接也是幾代焊接人的夢(mèng)。以信息技術(shù)為牽引的智能化焊接技術(shù)，是一類融合人的感官信息（焊接過(guò)程視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)）、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)（熔池行為、電弧聲音、焊縫外觀）、推理判斷（焊接經(jīng)驗(yàn)知識(shí)學(xué)習(xí)、推理與決策）、焊接過(guò)程控制以及工藝優(yōu)化各方面專門知識(shí)的交叉學(xué)科。
焊接機(jī)器人現(xiàn)狀
目前應(yīng)用中的焊接機(jī)器人仍然是“示教再現(xiàn)型”，其焊接路徑和工藝參數(shù)是預(yù)先設(shè)置的，對(duì)作業(yè)條件的一致性要求非常嚴(yán)格，并且在焊接過(guò)程中缺少對(duì)外部信息傳感反饋和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的功能。
為了克服焊接過(guò)程中各種不確定性因素對(duì)精密焊接質(zhì)量的影響，迫切需要采用信息反饋、智能控制等技術(shù)提高現(xiàn)行焊接機(jī)器人的適應(yīng)性及智能化水平。
技術(shù)關(guān)鍵1：焊縫初始位置識(shí)別與導(dǎo)引
利用視覺(jué) CCD 傳感獲取初始焊位信息并自主導(dǎo)引焊槍準(zhǔn)確移動(dòng)到初始焊接位置，是局部自主智能焊接機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。首先利用 CCD宏觀識(shí)別整體焊縫；其次分離出實(shí)際焊縫視覺(jué)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合出焊縫曲線方程，計(jì)算初始焊位的初值；以初值坐標(biāo)為基準(zhǔn)，建立搜索窗口，精確計(jì)算初始焊接位置坐標(biāo)值（x、y）。
技術(shù)關(guān)鍵2：基于被動(dòng)視覺(jué)的焊縫跟蹤
局部環(huán)境焊縫路徑自主規(guī)劃是在自然光或輔助光源條件下進(jìn)行計(jì)算，考慮到焊接過(guò)程熱變形、工藝等因素的影響，還需進(jìn)一步在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)糾偏先前規(guī)劃的焊縫路徑。利用復(fù)合濾光系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取 MAG 電弧及焊縫前端的圖像信息如圖所示，通過(guò)圖像處理算法獲得焊縫和電弧輪廓信息，并據(jù)此計(jì)算偏差量，修改機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑，從而實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤。結(jié)合機(jī)器人氬弧焊自動(dòng)焊接需求，下圖為一套基于被動(dòng)視覺(jué)和弧壓復(fù)合傳感系統(tǒng)。通過(guò)被動(dòng)視覺(jué)傳感部分完成左右方向的跟蹤、電弧弧壓實(shí)現(xiàn)高度方向偏差信息的實(shí)時(shí)調(diào)整。
技術(shù)關(guān)鍵3：擺動(dòng)電弧焊縫跟蹤
電弧傳感器作為一種實(shí)時(shí)傳感器件與其他類型傳感器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和響應(yīng)快等特點(diǎn)，也是目前弧焊機(jī)器人傳感器的一個(gè)重要發(fā)展方向?；跀[動(dòng)電弧傳感的弧焊機(jī)器人跟蹤系統(tǒng)示意如圖所示，其核心功能模塊主要包括：弧焊機(jī)器人、傳感器及信號(hào)采集、DSP 控制器、通訊和仿真調(diào)試。
技術(shù)關(guān)鍵4：焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程建模和控制
智能化焊接機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接質(zhì)量的有效控制需要對(duì)焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程的規(guī)律或模型進(jìn)行描述。由于電弧焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程是涉及大量不確定因素的復(fù)雜過(guò)程，獲取精確的數(shù)學(xué)模型極為困難?？紤]從焊接過(guò)程傳感器測(cè)量的直接和間接實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用粗糙集知識(shí)獲取算法，建立焊接過(guò)程的知識(shí)模型，并作為機(jī)器人焊接過(guò)程智能控制器設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。以知識(shí)模型 M 為核心構(gòu)成的焊接過(guò)程粗糙集知識(shí)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，包括：系統(tǒng)的知識(shí)模型 M、數(shù)據(jù)擴(kuò)展方法、離散化方法、模型輸出形式的轉(zhuǎn)換方法、知識(shí)推理方法等部分，主要用于根據(jù)系統(tǒng)輸入預(yù)測(cè)系統(tǒng)輸出。焊接過(guò)程是一個(gè)瞬時(shí)動(dòng)態(tài)非平衡過(guò)程，焊縫成形質(zhì)量受焊接過(guò)程各種因素影響，使得焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程控制變得極為復(fù)雜。
隨著現(xiàn)代制造對(duì)性能、可靠性、效率、成本等方面要求愈來(lái)愈高，以信息和計(jì)算機(jī)技術(shù)為先導(dǎo)的智能化焊接制造，已成為一種現(xiàn)實(shí)、迫切的需要。