1、介紹
人們對更高產品質量、更低生產力和生產成本的要求，推到了自動化電弧焊技術的不斷發展。
此外，製造系統良好的柔性，對於市場行為的快速響應，以上性能是保持產品的競爭力是必不可少的，也已成為製造業的關鍵發展目標。因此，機器人焊接成為代替傳統的手工操作和機械化焊接的手段理想方案。
20世紀60年代初，焊接機器人首次應在工業生產中，迄今，機器人焊接已經擴展到製造業的各個領域。僅在2010年到2013年間，全球就有超過60萬個工業機器人投入使用。機器人焊接已被公認為是世界上最受歡迎的工業機器人應用領域。據估計，在使用的機器人中，大約25%被用於焊接作業。就採用機器人焊接而言，汽車製造業是最活躍的工業部門(佔全球機器人總供應量的約40％)，其次是電氣和電子工業(佔全球機器人總供應量的約20％)。除了電阻點焊，用於生產的兩種最常見的機器人焊接工藝方法分別是熔化極氣體保護焊（MIG和MAG）和鎢極惰性氣體保護焊（TIG）。
機器人在汽車製造中的應用 (photo copyright @ ABB)
2、弧焊機器電基礎
一個基本的弧焊機器人系統由兩個子系統組成：焊接設備負責將能量從焊接電源輸送到工件，機器人負載提供對熱源和工件的相對定位。通常使用六軸工業機器人（包括上臂三軸下臂和手腕處三軸），因為它們使安裝在手腕處的焊槍能夠實現三維焊接所需的所有位置。傳統上，通用的工業機器人，攜帶電弧焊槍作為末端執行裝置。許多機器人製造商最近開發了弧焊專用機器人，它們體積更小，價格更低。資本投資的減少進一步增加了機器人焊接系統的銷售量。焊接機器人技術的另一個最新發展是七軸機器人，其特點是在下臂增加一個軸，提供額外的靈活性和節省地板空間（見下圖）。下表總結了工業機器人的主要特性。
七軸焊接機器人 (photo copyright @ Motoman)
工藝弧焊機器人的特性
在實際生產中，操作平臺經常被實現為自動化系統的一部分。這些裝置不僅擴展了焊接機器人的工作範圍，而且擴展了其可達性，特別是在焊接複雜和大幾何形狀時。工作平臺通常的與機器人的集成控制，這使得兩者能夠協調工作。集成控制實現了機器人和公眾平臺(工件)之間協調運動，從而保持最佳的焊接位置(更高的熔敷率和質量)，並且可能增加焊接速度(更高的生產率)。下圖顯示了一個六軸工業機器人與冷金屬過渡（CMT）電弧焊接系統和雙軸工件定位工裝的系統集成（TWI劍橋）。
CMT機器人焊接系統（在TWI劍橋）(photo copyright @ TWI)
3、傳感器技術
機器人焊接是焊接技術、機器人技術、傳感器技術、控制系統和人工智慧的富有挑戰性的結合。隨著對焊接質量、生產率和柔性要求的不斷提高，對機器人焊接過程的精確自適應控制已成為現代系統發展的重要目標。為焊接及其自動化而設計的傳感技術是實現這種所需控制水平的基本要素。傳感器用於觀察和測量工藝參數，作為控制系統的輸入源。通過採集和分析來自傳感器的輸入信息，控制系統根據所定義的焊接過程規範調整機器人焊接過程的輸出。
有各種類型的傳感器可用於弧焊機器人中。根據其功能，傳感器分為兩類：工藝和形狀。前者測量機器人焊接過程的工藝參數（如電弧電壓、電流、送絲速度和焊槍的運動），這些參數決定了焊接過程的穩定性。後者測量焊縫幾何形狀（如間隙尺寸、焊縫尺寸變化、偏離標稱路徑和方向變化），並用於焊縫搜索、焊縫跟蹤和實時自適應焊接。
表於機器人弧焊的典型傳感器
雷射傳感器在機器人電弧焊中應用(photo copyright @ Servo-Robot)
4、關鍵問題
弧焊機器人的好處是顯而易見的，但也存在一些不容忽視的問題。機器人技術是解決焊接製造行業技術差距不斷擴大的有效途徑，但對於普通操作者來說，工業機器人的使用和編程仍然是一項複雜而困難的任務。儘管弧焊機器人的現代傳感技術容易獲得並且相當可靠，但是在一些應用中，解決它們的適用性（包括使用效果和使用效率）問題仍然是有挑戰性的。電弧焊接過程中涉及到的高溫、強光、煙塵、大電流、熔化金屬、飛濺等因素都會對傳感器產生幹擾。開發能夠充分利用傳感器獲得的信息並有效地將其轉化為製造控制系統需要的數據仍然是一項艱巨的任務。
5、總結
弧焊機器人是當今製造業的重要組成部分。弧焊機器人的主要優點是在較短的周期內生產高質量的焊縫，具有製造靈活性是其另一個主要優點。通過在不同製造行業的廣泛地應用，機器人焊接已經發展成為一種成熟的生產方式。強烈的工業需求繼續推動著弧焊機器人及相關技術的快速發展，以克服技術困難，擴展其能力。