如今找不到經(jīng)驗豐富的管道焊機。行業(yè)需要更多，但不知道在哪里找到它們，因此盡可能轉向自動(dòng)化。這包括管道線(xiàn)軸焊接和類(lèi)似的設置，其中管道被固定和旋轉。

從業(yè)務(wù)和實(shí)際角度來(lái)看，自動(dòng)化的工作原理總是取決于一系列變量，其中兩個(gè)變量是管道如何呈現給自動(dòng)化以及自動(dòng)化對于意外變化的適應性。管道焊接準備越好，越一致，意外就越少，操作就越容易自動(dòng)化。

管道焊接自動(dòng)化以及任何類(lèi)型的自動(dòng)化的一個(gè)挑戰是，一旦循環(huán)開(kāi)始，操作員通常無(wú)法解決根部開(kāi)口，斜角或圓度的意外變化。然而，一類(lèi)新的機器人改變了這個(gè)等式：協(xié)作機器人或合作機器人。

沒(méi)有什么能阻止傳統機器人從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，因此需要保護。站在路上會(huì )導致嚴重的傷害甚至死亡。

但協(xié)作機器人不是這樣，撞到一個(gè)物體，協(xié)作機器人將不會(huì )繼續前進(jìn)。它會(huì )停止。這允許操作者和其他人在操作期間站在機器人附近。在這種意義上，操作員可以在項目上“協(xié)作”，實(shí)時(shí)調整機器人的運動(dòng)。

這對于基本組裝和機器管理有各種各樣的影響，這些領(lǐng)域的協(xié)作機器人已經(jīng)受到了媒體的廣泛關(guān)注。但它對制造業(yè)中更復雜的任務(wù)也有一些重要意義，包括管道焊接。

管道焊接與協(xié)作機器人

要明確的是，協(xié)作機器人不會(huì )扭曲自己焊接管道的位置，至少不會(huì )很快。相反，它們將在需要較少極端運動(dòng)范圍的區域中茁壯成長(cháng)，包括在工件固定在旋轉卡盤(pán)上的車(chē)間管道焊接。

設計用于管道焊接的協(xié)作機器人與用于機器管理和裝配的其他協(xié)作機器人看起來(lái)非常不同。它們通常由一個(gè)帶有焊槍的單臂組成。機器人上下移動(dòng)（Y），前后移動(dòng)（X）以跟蹤工件。在操作過(guò)程中，它執行編織運動(dòng)，類(lèi)似于在其他機器人管道焊接設置上看到的編織運動(dòng)。

當你看到管道焊接協(xié)作機器人在行動(dòng)時(shí)，你會(huì )看到機器人焊接和附近觀(guān)察的操作員，可能使用懸掛式控制器在必要時(shí)進(jìn)行輕微（盡管很少）的調整。在整個(gè)操作過(guò)程中，協(xié)作機器人并沒(méi)有停止。它從根部到帽道進(jìn)行連續焊接。

在手工焊接情況下，大多數管道都會(huì )出現在帶有三個(gè)或四個(gè)橋接釘的焊工處。為了用某些協(xié)作機器人準備焊接接頭以進(jìn)行管道焊接，技術(shù)人員需要生產(chǎn)協(xié)作機器人可以焊接的羽毛狀的大頭釘。因此，它們不是焊接傳統的橋接釘，而是放置三個(gè)或四個(gè)1英寸的針腳（取決于管道的尺寸），然后研磨它們以在針腳和接頭側壁之間形成平滑過(guò)渡。

當焊接時(shí)，協(xié)作機器人操作員按下控制器中的一個(gè)選項，即在運行中改變多個(gè)焊接參數，允許協(xié)作機器人焊接并實(shí)現與這些焊接完全融合。在越過(guò)大頭釘之后，操作員按下相同的按鈕以使系統返回到正常的根部焊接過(guò)程。

從手動(dòng)焊接到機器人管道焊接的過(guò)渡通常不需要對操作本身進(jìn)行太多改變，特別是如果焊工已經(jīng)使用一致的焊接準備工作。他們可能需要修改他們的定位實(shí)踐，但這就是它。

而且因為協(xié)作機器人不需要外圍防護，所以它們不需要比手動(dòng)操作更多的空間。管道焊接協(xié)作機器人工作單元可以小到4乘4英尺。因此，在大多數情況下，集成這種協(xié)作自動(dòng)化不需要對車(chē)間布局或整體零件流程進(jìn)行重大更改。

焊接工藝因素

目前，協(xié)作機器人可以與各種工藝集成，包括氣體保護金屬電弧焊（GMAW）和氣體鎢極電弧焊（GTAW）。雖然技術(shù)上可以將協(xié)作機器人用于不同焊道的焊接工藝 - 比如說(shuō)，GTAW根部帶有脈沖GMAW蓋和填充 - 它不是常見(jiàn)的應用。如果工作要求GTAW進(jìn)行根通過(guò)，通常公司會(huì )選擇手動(dòng)GTAW，然后將管道移動(dòng)到協(xié)作機器人，后者執行上限并填寫(xiě)GMAW。

當然，對于所有管道焊接道次，堅持使用一種類(lèi)似工藝的脈沖GMAW或金屬芯焊絲工藝來(lái)實(shí)現高沉積速率是理想的。在許多情況下，由于協(xié)作機器人提供了如此高的效率，與可獲得的效率相比，更換和重新認證管道焊接工藝要求的價(jià)格很低。

經(jīng)營(yíng)焊接合作

盡管它們的歷史很短，但協(xié)作機器人管道焊接應用仍在不斷發(fā)展 - 并且很快。其中很大一部分與過(guò)程的本質(zhì)有關(guān)，包括操作員如何與系統交互。

在早期安裝中，操作員裝載預制管并選擇一些基本參數，包括管道直徑，進(jìn)度和接頭幾何形狀。加載焊接程序后，操作員在吊墜上點(diǎn)擊“開(kāi)始”。在根部通過(guò)期間，他們仔細觀(guān)察了操作，確保槍和線(xiàn)延伸在正確的位置。當他們看到焊槍接近縫合或焊接準備不一致的變化時(shí)，他們按下控制器上的某些按鈕。

操作員無(wú)需即時(shí)手動(dòng)調整每個(gè)焊接參數，但他們確實(shí)需要啟動(dòng)協(xié)作機器人的參數更改過(guò)程。完成根部后，協(xié)作機器人移動(dòng)以填充通過(guò)參數，并且在基于激光的關(guān)節跟蹤的幫助下整個(gè)過(guò)程變得更加穩定。但在關(guān)鍵的根部傳遞期間，基于激光的關(guān)節跟蹤不如所需的那樣有效，操作員必須保持警惕。

目前的裝置仍然使用基于激光的跟蹤，其包括用于跟蹤新關(guān)節的三線(xiàn)激光和用于實(shí)時(shí)高度調節的另一點(diǎn)激光。并且激光跟蹤在跟蹤關(guān)節的不同幾何特征方面仍然非常有效，例如V形槽的頂部邊緣。

也就是說(shuō)，跟蹤V更深入可能是一個(gè)挑戰，通常是因為弧光的反射甚至是斜角幾何變化引起的光照條件的變化。所有這些都導致在V形槽接頭幾何形狀內的基于激光的接頭跟蹤的傳統方法的顯著(zhù)干擾問(wèn)題。

焊接協(xié)作機器人的愿景

近地平線(xiàn)上的某些管道焊接協(xié)作機器人裝置將支持基于攝像頭的系統增強視覺(jué)。這些允許協(xié)作機器人在根部通過(guò)期間進(jìn)行自動(dòng)調整以焊接大頭釘。使用人工智能（AI）和機器學(xué)習等框架，管道焊接視覺(jué)系統將執行根縫跟蹤，查看根部并克服根縫跟蹤挑戰。跟蹤測量斜面（頂部）的腳趾之間的距離，并且可以檢測在定位操作中應用的針腳。它還可以檢測斜角幾何，根開(kāi)口和類(lèi)似不一致的變化。如果這些變化在一定的公差范圍內，視覺(jué)系統將使焊接過(guò)程即時(shí)更改。

在過(guò)去，協(xié)作機器人的操作員通常必須在根部通過(guò)時(shí)非常警惕，觀(guān)察焊接并在運行中進(jìn)行調整。當他們觀(guān)察到電弧特性的變化時(shí) - 由于縫合焊接或根部開(kāi)口或斜面幾何形狀的變化 - 他們必須相應地進(jìn)行調整，就像手動(dòng)管道焊接機需要做的那樣。

例如，就像手動(dòng)管道焊機執行根部焊接一樣，協(xié)作機器人操作員觀(guān)察焊縫并尋找穿透的跡象。如果他看到一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題，他就會(huì )在教導器上觸發(fā)一個(gè)根部保存功能，并且協(xié)作機器人將改變大約六個(gè)焊接參數以防止發(fā)生漏氣。一旦吹掃危險已經(jīng)過(guò)去，操作員就會(huì )解除控制中的根部保存功能并繼續焊接。

然而，用于管道焊接協(xié)作機器人的新視覺(jué)系統可能不需要這樣的操作員警惕。在關(guān)鍵的根通過(guò)期間，操作員將不再需要如此密切地監視協(xié)作機器人。例如，視覺(jué)系統將能夠在根部開(kāi)口改變時(shí)調整焊接參數。

視覺(jué)系統可能對協(xié)作機器人管焊接應用產(chǎn)生多種影響。首先，他們將提供的數據，如果收集和分析，可以使協(xié)作機器人管道焊接更加智能和適應性。每個(gè)焊接記錄將包括電壓，電流，熱輸入和使用的其他焊接參數。協(xié)作機器人管道焊接應用程序共享數據越多，算法就越好，協(xié)作機器人視覺(jué)系統的智能化程度也就越高。

這是機器學(xué)習將發(fā)揮越來(lái)越重要作用的地方。從某種意義上說(shuō)，協(xié)作機器人系統將像人類(lèi)管道焊工一樣學(xué)習 - 通過(guò)觀(guān)察大量焊縫，分析電弧特性的變化，并學(xué)習如何適應更多的情況。但與焊機不同，協(xié)作機器人不僅可以從其前面的每個(gè)焊接應用中學(xué)習，還可以從其他協(xié)作機器人焊接應用共享的信息中學(xué)習。所有這些都可能導致勞動(dòng)力需求減少，協(xié)作機器人完成焊接，從根部到帽子通過(guò)，無(wú)需任何監督。一個(gè)人可以操作和監控多個(gè)協(xié)作機器人焊接系統，甚至可能作為附近的協(xié)作機器人焊接進(jìn)行焊接準備。

一種新的自動(dòng)化方法

可以訓練新手操作員操作協(xié)作機器人，同時(shí)學(xué)習管道焊接的基本原理。技術(shù)人員可以查看屏幕，以查看和監控協(xié)作機器人在焊接通過(guò)后從根部到帽蓋的焊接通道的確切方式。他們可以看到協(xié)作機器人在根部調整的方式，注意要注意的常見(jiàn)關(guān)節幾何變化，觀(guān)察適用于不同焊接道次的編織運動(dòng)等等。

如果認為有必要，操作員仍然可以進(jìn)行過(guò)程中的調整。例如，他們可能會(huì )在填充過(guò)程中進(jìn)行一次非常輕微的高低調整?；蛘咚麄兛赡軙?huì )選擇改變編織幅度或頻率。視覺(jué)系統和激光跟蹤應該即時(shí)進(jìn)行這些調整，但如果操作員觀(guān)察到問(wèn)題，他可以立即糾正。

例如，如果協(xié)作機器人接受松散的焊接準備，那么手動(dòng)干預的能力可能是至關(guān)重要的。例如，對于許多應用，焊接接頭的斜角應為37.5度。如果斜角準備是35度，則協(xié)作機器人仍然可以在設定參數內工作。如果斜角超出公差窗口，則協(xié)作機器人仍然可以工作，但很可能需要操作員干預。

傳統上，自動(dòng)化要求上游過(guò)程具有一定程度的可重復性。如果制造商無(wú)法實(shí)現這種可重復性，那么自動(dòng)化就不是一種選擇。當然，協(xié)作機器人仍然需要一定程度的可重復性和合理的公差，但由于操作員可以輸入的種類(lèi)，公差窗口可以更大。因此，即使管道焊接操作需要在這里和那里處理一些不良管道，在操作員的幫助下，協(xié)作機器人仍然可以通過(guò)生產(chǎn)來(lái)獲得這些管道。

這是一個(gè)原因，根據許多行業(yè)標準，使用協(xié)作機器人進(jìn)行焊接不屬于機器人焊接，其中設置電池并且機器接管時(shí)幾乎沒(méi)有任何過(guò)程中的操作員干預。根據使用的確切協(xié)作機器人和應用的性質(zhì)，協(xié)作機器人可分為“機器焊接”或“機械焊接”。

這意味著(zhù)如果使用半自動(dòng)GMAW手動(dòng)焊接操作，采用協(xié)作機器人將被視為非必要的更改，因此您可能不必重新驗證焊接程序，盡管您仍需要使焊工了解新工藝。（請注意，焊接要求取決于作業(yè)，代碼，合同文件和所使用的特定焊接技術(shù) - 因此，請始終參考源材料。）

一種新的管道焊接事業(yè)

今天，管道焊接協(xié)作機器人操作員甚至不需要戴上焊接頭盔。相反，當地的煙氣收集裝置覆蓋焊縫，操作員可以通過(guò)煙氣收集器末端內置的過(guò)濾器查看焊縫。操作員還可以查看相鄰屏幕上的焊接動(dòng)作，該屏幕顯示正在發(fā)生的焊接沉積 - 由相機拍攝的記錄，其過(guò)濾掉除了最關(guān)鍵的光波長(cháng)以外的所有光，從而技術(shù)人員可以看到焊接金屬被沉積。還可以保存該視頻記錄以支持隨后的焊接檢查。

這將是一個(gè)中級或甚至入門(mén)級焊接位置，可以取代重復手工焊接的需要，管道焊工花費數小時(shí)試圖在水平管道焊接后保持水平，固定位置管道焊接的穩定編織。

協(xié)作機器人操作員可以花費部分時(shí)間來(lái)處理并最終學(xué)習如何手動(dòng)進(jìn)行管道焊接 - 不僅在水平固定位置，而且在垂直和傾斜位置。他們還可以花時(shí)間觀(guān)察協(xié)作機器人，觀(guān)察屏幕并詳細了解過(guò)程中各種變化的影響，例如電弧參數的伸出，包括弧形圓錐和弧形穿透的水平。

這個(gè)過(guò)程的清晰視圖有助于焊工學(xué)習。當他們作為手動(dòng)管道焊接機進(jìn)展時(shí)，他們會(huì )考慮在協(xié)作機器人焊接單元中的屏幕上的弧形視圖，并使用該視覺(jué)參考作為指導。隨著(zhù)他們變得更加熟練，他們爬上了職業(yè)階梯，直到他們達到了古茹身份，每天他們都會(huì )遇到不合適或類(lèi)似的管道焊接挑戰。

更多的經(jīng)驗為管道焊工提供了更高的技能，使其更加可靠和高效。通過(guò)視覺(jué)系統向云提供數據，復雜的數據分析使協(xié)作機器人隨著(zhù)時(shí)間的推移變得更具適應性，可靠性和高效性。人們學(xué)習，自動(dòng)化學(xué)習，管道焊接達到新的生產(chǎn)力水平。

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