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(zhuǎn)向自動化。這包括管道線軸焊接和類似的設(shè)置，其中管道被固定和旋轉(zhuǎn)。
從業(yè)務(wù)和實際角度來看，自動化的工作原理總是取決于一系列變量，其中兩個變量是管道如何呈現(xiàn)給自動化以及自動化對于意外變化的適應(yīng)性。管道焊接準(zhǔn)備越好，越一致，意外就越少，操作就越容易自動化。
管道焊接自動化以及任何類型的自動化的一個挑戰(zhàn)是，一旦循環(huán)開始，操作員通常無法解決根部開口，斜角或圓度的意外變化。然而，一類新的機器人改變了這個等式：協(xié)作機器人或合作機器人。
沒有什么能阻止傳統(tǒng)機器人從A點移動到B點，因此需要保護(hù)。站在路上會導(dǎo)致嚴(yán)重的傷害甚至死亡。
但協(xié)作機器人不是這樣，撞到一個物體，協(xié)作機器人將不會繼續(xù)前進(jìn)。它會停止。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”，實時調(diào)整機器人的運動。
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(fù)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)作機器人不會扭曲自己焊接管道的位置，至少不會很快。相反，它們將在需要較少極端運動范圍的區(qū)域中茁壯成長，包括在工件固定在旋轉(zhuǎn)卡盤上的車間管道焊接。
設(shè)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)作機器人看起來非常不同。它們通常由一個帶有焊槍的單臂組成。機器人上下移動（Y），前后移動（X）以跟蹤工件。在操作過程中，它執(zhí)行編織運動，類似于在其他機器人管道焊接設(shè)置上看到的編織運動。
當(dāng)你看到管道焊接協(xié)作機器人在行動時，你會看到機器人焊接和附近觀察的操作員，可能使用懸掛式控制器在必要時進(jìn)行輕微（盡管很少）的調(diào)整。在整個操作過程中，協(xié)作機器人并沒有停止。它從根部到帽道進(jìn)行連續(xù)焊接。
在手工焊接情況下，大多數(shù)管道都會出現(xiàn)在帶有三個或四個橋接釘?shù)暮腹ぬ?。為了用某些協(xié)作機器人準(zhǔn)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(tǒng)的橋接釘，而是放置三個或四個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(cè)壁之間形成平滑過渡。
當(dāng)焊接時，協(xié)作機器人操作員按下控制器中的一個選項，即在運行中改變多個焊接參數(shù)，允許協(xié)作機器人焊接并實現(xiàn)與這些焊接完全融合。在越過大頭釘之后，操作員按下相同的按鈕以使系統(tǒng)返回到正常的根部焊接過程。
從手動焊接到機器人管道焊接的過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(zhǔn)備工作。他們可能需要修改他們的定位實踐，但這就是它。
而且因為協(xié)作機器人不需要外圍防護(hù)，所以它們不需要比手動操作更多的空間。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(shù)情況下，集成這種協(xié)作自動化不需要對車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(hù)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，GTAW根部帶有脈沖GMAW蓋和填充 - 它不是常見的應(yīng)用。如果工作要求GTAW進(jìn)行根通過，通常公司會選擇手動GTAW，然后將管道移動到協(xié)作機器人，后者執(zhí)行上限并填寫GMAW。
當(dāng)然，對于所有管道焊接道次，堅持使用一種類似工藝的脈沖GMAW或金屬芯焊絲工藝來實現(xiàn)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(rèn)證管道焊接工藝要求的價格很低。
經(jīng)營焊接合作
盡管它們的歷史很短，但協(xié)作機器人管道焊接應(yīng)用仍在不斷發(fā)展 - 并且很快。其中很大一部分與過程的本質(zhì)有關(guān)，包括操作員如何與系統(tǒng)交互。
在早期安裝中，操作員裝載預(yù)制管并選擇一些基本參數(shù)，包括管道直徑，進(jìn)度和接頭幾何形狀。加載焊接程序后，操作員在吊墜上點擊“開始”。在根部通過期間，他們仔細(xì)觀察了操作，確保槍和線延伸在正確的位置。當(dāng)他們看到焊槍接近縫合或焊接準(zhǔn)備不一致的變化時，他們按下控制器上的某些按鈕。
操作員無需即時手動調(diào)整每個焊接參數(shù)，但他們確實需要啟動協(xié)作機器人的參數(shù)更改過程。完成根部后，協(xié)作機器人移動以填充通過參數(shù)，并且在基于激光的關(guān)節(jié)跟蹤的幫助下整個過程變得更加穩(wěn)定。但在關(guān)鍵的根部傳遞期間，基于激光的關(guān)節(jié)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(jié)的三線激光和用于實時高度調(diào)節(jié)的另一點激光。并且激光跟蹤在跟蹤關(guān)節(jié)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，跟蹤V更深入可能是一個挑戰(zhàn)，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(dǎo)致在V形槽接頭幾何形狀內(nèi)的基于激光的接頭跟蹤的傳統(tǒng)方法的顯著干擾問題。
焊接協(xié)作機器人的愿景
近地平線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(tǒng)增強視覺。這些允許協(xié)作機器人在根部通過期間進(jìn)行自動調(diào)整以焊接大頭釘。使用人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)等框架，管道焊接視覺系統(tǒng)將執(zhí)行根縫跟蹤，查看根部并克服根縫跟蹤挑戰(zhàn)。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(yīng)用的針腳。它還可以檢測斜角幾何，根開口和類似不一致的變化。如果這些變化在一定的公差范圍內(nèi)，視覺系統(tǒng)將使焊接過程即時更改。
在過去，協(xié)作機器人的操作員通常必須在根部通過時非常警惕，觀察焊接并在運行中進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)他們觀察到電弧特性的變化時 - 由于縫合焊接或根部開口或斜面幾何形狀的變化 - 他們必須相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，就像手動管道焊接機需要做的那樣。
例如，就像手動管道焊機執(zhí)行根部焊接一樣，協(xié)作機器人操作員觀察焊縫并尋找穿透的跡象。如果他看到一個迫在眉睫的問題，他就會在教導(dǎo)器上觸發(fā)一個根部保存功能，并且協(xié)作機器人將改變大約六個焊接參數(shù)以防止發(fā)生漏氣。一旦吹掃危險已經(jīng)過去，操作員就會解除控制中的根部保存功能并繼續(xù)焊接。
然而，用于管道焊接協(xié)作機器人的新視覺系統(tǒng)可能不需要這樣的操作員警惕。在關(guān)鍵的根通過期間，操作員將不再需要如此密切地監(jiān)視協(xié)作機器人。例如，視覺系統(tǒng)將能夠在根部開口改變時調(diào)整焊接參數(shù)。
視覺系統(tǒng)可能對協(xié)作機器人管焊接應(yīng)用產(chǎn)生多種影響。首先，他們將提供的數(shù)據(jù)，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(yīng)性。每個焊接記錄將包括電壓，電流，熱輸入和使用的其他焊接參數(shù)。協(xié)作機器人管道焊接應(yīng)用程序共享數(shù)據(jù)越多，算法就越好，協(xié)作機器人視覺系統(tǒng)的智能化程度也就越高。
這是機器學(xué)習(xí)將發(fā)揮越來越重要作用的地方。從某種意義上說，協(xié)作機器人系統(tǒng)將像人類管道焊工一樣學(xué)習(xí) - 通過觀察大量焊縫，分析電弧特性的變化，并學(xué)習(xí)如何適應(yīng)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焊接應(yīng)用中學(xué)習(xí)，還可以從其他協(xié)作機器人焊接應(yīng)用共享的信息中學(xué)習(xí)。所有這些都可能導(dǎo)致勞動力需求減少，協(xié)作機器人完成焊接，從根部到帽子通過，無需任何監(jiān)督。一個人可以操作和監(jiān)控多個協(xié)作機器人焊接系統(tǒng)，甚至可能作為附近的協(xié)作機器人焊接進(jìn)行焊接準(zhǔn)備。
一種新的自動化方法
可以訓(xùn)練新手操作員操作協(xié)作機器人，同時學(xué)習(xí)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(jiān)控協(xié)作機器人在焊接通過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(diào)整的方式，注意要注意的常見關(guān)節(jié)幾何變化，觀察適用于不同焊接道次的編織運動等等。
如果認(rèn)為有必要，操作員仍然可以進(jìn)行過程中的調(diào)整。例如，他們可能會在填充過程中進(jìn)行一次非常輕微的高低調(diào)整?；蛘咚麄兛赡軙x擇改變編織幅度或頻率。視覺系統(tǒng)和激光跟蹤應(yīng)該即時進(jìn)行這些調(diào)整，但如果操作員觀察到問題，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(zhǔn)備，那么手動干預(yù)的能力可能是至關(guān)重要的。例如，對于許多應(yīng)用，焊接接頭的斜角應(yīng)為37.5度。如果斜角準(zhǔn)備是35度，則協(xié)作機器人仍然可以在設(shè)定參數(shù)內(nèi)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(yù)。
傳統(tǒng)上，自動化要求上游過程具有一定程度的可重復(fù)性。如果制造商無法實現(xiàn)這種可重復(fù)性，那么自動化就不是一種選擇。當(dāng)然，協(xié)作機器人仍然需要一定程度的可重復(fù)性和合理的公差，但由于操作員可以輸入的種類，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生產(chǎn)來獲得這些管道。
這是一個原因，根據(jù)許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用協(xié)作機器人進(jìn)行焊接不屬于機器人焊接，其中設(shè)置電池并且機器接管時幾乎沒有任何過程中的操作員干預(yù)。根據(jù)使用的確切協(xié)作機器人和應(yīng)用的性質(zhì)，協(xié)作機器人可分為“機器焊接”或“機械焊接”。
這意味著如果使用半自動GMAW手動焊接操作，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(dāng)?shù)氐臒煔馐占b置覆蓋焊縫，操作員可以通過煙氣收集器末端內(nèi)置的過濾器查看焊縫。操作員還可以查看相鄰屏幕上的焊接動作，該屏幕顯示正在發(fā)生的焊接沉積 - 由相機拍攝的記錄，其過濾掉除了最關(guān)鍵的光波長以外的所有光，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。
這將是一個中級或甚至入門級焊接位置，可以取代重復(fù)手工焊接的需要，管道焊工花費數(shù)小時試圖在水平管道焊接后保持水平，固定位置管道焊接的穩(wěn)定編織。
協(xié)作機器人操作員可以花費部分時間來處理并最終學(xué)習(xí)如何手動進(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。他們還可以花時間觀察協(xié)作機器人，觀察屏幕并詳細(xì)了解過程中各種變化的影響，例如電弧參數(shù)的伸出，包括弧形圓錐和弧形穿透的水平。
這個過程的清晰視圖有助于焊工學(xué)習(xí)。當(dāng)他們作為手動管道焊接機進(jìn)展時，他們會考慮在協(xié)作機器人焊接單元中的屏幕上的弧形視圖，并使用該視覺參考作為指導(dǎo)。隨著他們變得更加熟練，他們爬上了職業(yè)階梯，直到他們達(dá)到了古茹身份，每天他們都會遇到不合適或類似的管道焊接挑戰(zhàn)。
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。通過視覺系統(tǒng)向云提供數(shù)據(jù)，復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析使協(xié)作機器人隨著時間的推移變得更具適應(yīng)性，可靠性和高效性。人們學(xué)習(xí)，自動化學(xué)習(xí)，管道焊接達(dá)到新的生產(chǎn)力水平。
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