目前手工焊（包括手持式激光焊）在焊接場合中扮演著重要角色，因為人更能適應焊接工藝過程中的各種變化。熟練的焊工能夠知道調節(jié)哪些參數(shù)和調節(jié)多少參數(shù)來保證焊接工藝良好運行，能通過檢查待焊工件發(fā)覺工件的變動并及時采取相應的調整方案，確保焊縫質量。實際上，焊接是一個多相關量的調節(jié)問題，因此也使之很難實現(xiàn)自動化。

在實際應用中，全自動化焊接僅僅應用在某些大批量生產(chǎn)場合，考慮到反變形等因素，定位夾緊裝置往往比較復雜，編程方式也是大量采用人工示教編程。目前由焊接控制系統(tǒng)來評估一些參數(shù)，并基于與希望值的多種偏差建立一種對策，這種要求導致該問題復雜化。由于控制系統(tǒng)無法評估出那些可能會出現(xiàn)的百萬種可能響應，因此有一種傾向是采用簡化方法。但控制系統(tǒng)的簡化同時又會導致自動化焊接工藝不夠穩(wěn)定。于是，自適應焊接系統(tǒng)技術應運而生。

自適應焊接系統(tǒng)通過人機協(xié)同的方式，區(qū)別于現(xiàn)有的全自動化焊接，主要集中在動態(tài)焊縫追蹤，系統(tǒng)平臺會更加柔性化。通過將更多的工藝變量整合到設備控制系統(tǒng)，并與實際接頭測量結果組合起來，產(chǎn)生高質量焊縫，同時允許接頭輪廓和其它工藝參數(shù)具有更大的變化范圍，這就是自適應焊接技術發(fā)展的主要原因。

自適應焊接原理

針對不同的焊縫類型，需識別焊縫位置、間隙、坡口角度、截面積、錯邊量、變形量等特征，并模型化處理（方便在離散工藝庫中比對，并找到最相近的工藝模型，如ServoRobot ADAP）。系統(tǒng)在焊接過程中實時檢測并前置處理，在線糾正機器人的運動軌跡的同時自動調整機焊接工藝參數(shù)，能實現(xiàn)焊縫成形及焊接品質的一致性和高可靠性。離散工藝庫主要靠現(xiàn)場經(jīng)驗及工藝實驗的大量積累。

自適應焊接系統(tǒng)的結構

一般由焊縫識別系統(tǒng)、運動執(zhí)行機構、焊接系統(tǒng)三大部分構成。焊縫識別系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、量化、處理等功能，主要由激光傳感器、控制單元、控制軟件等組成。操作機構負責執(zhí)行焊接的各項動作，一般有兩種形式，即關節(jié)機器人和桁架機械手。具備自適應功能的焊接系統(tǒng)，融合了較多智能控制技術，如：激光器及激光調制焊接頭、高性能焊接電源（如CMT）、焊接工藝庫及上位機管理程序、離線編程技術等。

自適應焊接系統(tǒng)構造復雜，但是能實現(xiàn)人與機器人協(xié)同配合，充分發(fā)揮機器人強大的存儲與計算優(yōu)勢，在云平臺的支持下還可以實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的共享。在大型鋼結構（工字鋼、停車庫等），工程機械、特種車身、車架長大梁、車箱板、罐體等焊接工況下，實現(xiàn)自適應焊接工藝后可以簡化工件裝夾的方式，并降低反變形的要求。

自適應焊接是一種高性能焊接技術，對于要求靈活多變的車身試制工廠，優(yōu)勢也非常明顯，如在車身試制現(xiàn)場五大分總成（前圍、后圍、地板、頂蓋、側圍）的焊接過程中采用點焊固定及簡易定位后機器人自動焊接，板厚3~8 mm，采用了多種焊接工藝：MAG焊、激光焊、激光復合焊等。

應用工藝裝備

1）激光復合焊，是將激光與MIG 電弧同時作用于焊接區(qū)，通過激光與電弧的相互影響，克服每一種方法自身的不足，進而產(chǎn)生良好的復合效應，獲得優(yōu)良的綜合性能，支持調整的工藝參數(shù)有電流、電壓、送絲速度、焊接速度、激光功率、脈沖調制等；

2）激光擺焊，是在焊接加工向前運動的同時，光束繞著焦點位置做畫圓或任意圖形的運動，由于其有一個附加的運動軌跡，會對熔池形成攪拌，故而稱為攪拌焊/擺焊，支持調整的工藝參數(shù)有擺動路徑（圓形、直線型）、擺動頻率、焊接速度、激光功率等。

焊縫識別系統(tǒng)的核心模塊

焊縫跟蹤，能直接與機器人控制器建立通訊，可由機器人直接調整XYZ坐標系的偏移值。 而在高精度激光焊接應用時，焊縫跟蹤可與Y/Z滑臺組件、校準盒組成一套閉環(huán)的跟蹤系統(tǒng)，包含識別、處理、控制、執(zhí)行、調整等全部流程。Y/Z滑臺組件精度較高，也適用于焊接專機。跟蹤傳感器將激光二極管發(fā)出的光束經(jīng)柱形透鏡轉換成條形光，投射到工件坡口的工件表面，是一種主動光源的視覺傳感方法。焊縫有一定的間隙和形狀變化時，條形光會發(fā)生變形并在工件上方漫反射，獲得焊接電弧/激光焦點與焊縫中心的偏離數(shù)據(jù)，根據(jù)這個數(shù)據(jù)作上、下、左、右4個方向的運動，以達到實時偏差調整的目的。條形光傳感方法不僅能檢出焊縫的中心位置，而且還能獲得焊縫截面的形狀和尺寸等特征參數(shù)，給自適應焊接提供焊縫寬度等信息。

將焊接專家的經(jīng)驗及工藝實驗數(shù)據(jù)形成一套焊接知識庫，焊接過程中隨時調用，有效保證了焊接的規(guī)范性與質量。焊接工藝管理程序主要用于管理工廠內部焊接工藝數(shù)據(jù)，用于生產(chǎn)現(xiàn)場實時訪問，也可以將車間焊接設備與車間服務器構建了一個局域網(wǎng)，通過以太網(wǎng)接入到云平臺。實現(xiàn)焊接工藝參數(shù)共享，控制焊接參數(shù)與工藝規(guī)程的一致性：一套焊接工藝參數(shù)能夠保證產(chǎn)品焊接質量，另一個車間就可以直接實現(xiàn)工藝共享，而不必再重新摸索。實現(xiàn)了焊接任務包和焊接工藝規(guī)程的智能關聯(lián)，每個焊接任務包都有唯一的焊接規(guī)程與之對應，不再需要工藝人員現(xiàn)場巡查。

總結

在自適應焊接方面，無論從焊縫識別系統(tǒng)還是工藝庫軟件等方面與國外公司還存在一定的差距。國外自適應焊接機器人經(jīng)歷了30多年的發(fā)展歷程，是個成熟的工業(yè)產(chǎn)品，而且在實際生產(chǎn)中不斷地完善和提高，而在我國還處于實驗室階段，特別是設備廠家對于焊接工藝及實際生產(chǎn)要求并不關注（重點放在跟蹤傳感器的功能開發(fā)，無法解決焊接過程中與工件發(fā)生干涉等實際問題，有些焊縫無法識別），終端用戶對于自動化技術并不了解（如無法將離線編程技術與自適應焊接工藝融合，期望能實現(xiàn)數(shù)模驅動機器人的自動化焊接，將會大大減少技術人員現(xiàn)場調試的時間），所以需要有技術人員將這兩項技術融合在一起，使機器人焊接系統(tǒng)智能化，實現(xiàn)高性能焊接。

作者

劉拉 湖北瑞興達特種裝備科技股份有限公司