用机器人技术克隆焊工大师

随着关于更换人类的机器人的所有谈话，我们在这里表明这一点他们需要我们我们需要它们。机器人不能单独做到。

精度、一致性、控制……我们对焊接机器人的期望。我们越来越欣赏我们的焊工大师。

但是,技能差距不断扩大。焊工少了。他们正在退休或离开工业界从事其他工作。他们带着焊接的专业知识。

2010年，美国焊接学会(AWS)报告称短缺20万焊工。随着裂缝的扩大，AWS预计到2026年将短缺37.2万名焊工。

目前尚不清楚这是否是真正的短缺。我们真的会想念那些焊工吗，尤其是越来越多的焊接是自动化的?其他技术会取代焊接吗?现在还没有定论。

清楚是什么?人们会错过的是对过程的掌握。专家会告诉你，最好的焊工可以制造出最好的机器人程序员。没有我们的焊工师傅，下一代焊工将如何发展?我们的机器人将如何改进?

Zane Michael, CWI/CWE，机器人制造商热业务发展总监日本安川电气Motoman在Miamisburg,俄亥俄州。Michael在焊接方面有将近40年的经验。他是美国焊接学会(AWS)认证焊接检验员(CWI)和认证焊接教育者(CWE)。他拥有机械和电气工程学位，以及凯特林大学(Kettering University)的制造和运营管理硕士学位。这位焊工大师于1979年开始他的职业生涯，在霍巴特学院任教，现在被称为霍巴特焊接技术研究所．

一边快速历史：1989年，余川和霍巴特兄弟公司成立了一个合资企业 - 马赛克机器人 - 在北美市场焊接自动化。在90年代，霍巴特将其一半的机器人部门销售给yaskawa。Motoman机器人部门现在仅由Yaskawa Electric Corporation拥有。有关这款日本强制的更多信息，请退房机器人制造商——昨天、今天和明天．

迈克尔大部分时间都在路上，去他客户的设施。山猫(Bobcat)、马尼托沃克(Manitowoc)和约翰迪尔(John Deere)等公司的客户都是建筑、农业和采矿设备领域的巨头。他亲眼目睹了制造商每天面临的挑战。

“当我拜访客户时，我会问他们为什么对机器人感兴趣。你想解决什么问题?十有八九他们告诉我，我找不到合格的焊工，或者我不能留住焊工。”

这是全国人民的呐喊。响应通常来自自动化。这就是克隆发挥作用的地方。

你最好的焊工会制造出最好的机器人程序员
灵活的自动化焊接机器人基本上克隆了你最好的焊工。懂行的人会告诉你的。教一个人给机器人编程比教一个人焊接要容易得多。

“要想成为一名一流的焊工，如果你想去最好的焊接学校，那就是俄亥俄州特洛伊市的霍巴特焊接技术学院，你将在那里呆9个月，”迈克尔说。“9个月的时间才能成为一名在多个流程、多个岗位上获得认证、合格的焊工。”

这是9个月的全职工作。相比之下，教有经验的焊工给机器人编程要比教程序员焊接的细微差别容易得多。

“不到两周，我就能让你给机器人编程。但是当我给你一个焊接件，让这个机器人按照打印的方式进行焊接时，如果你不理解焊接过程，如果你不能用手正确地进行焊接，那么你就没有很好的机会用这个机器人成功。

“任何人的机器人都能把焊枪放在接头上，打开电弧，进行焊接。这很简单，”迈克尔说。“但理解所有关键的焊接变量，以产生一个高质量的焊接-不是。程序员的负担是要非常了解焊接过程。”

迈克尔教授顿大学焊接过程中的课程。

“我告诉这些学生，焊接就像制作一个苹果派。你有一个食谱你必须遵循。你有这么多苹果，这么多糖，你在一定的温度下烘烤它，你保证苹果派是每次都会尝到同样的味道。焊接没有什么不同，除了有更多的变量涉及的变量，如旅行角度，加热器和伸出件。所有这些关键变量都必须排队以产生预期的质量结果，这些结果被称为焊接程序规范（WPS）。“

对于气体保护金属电弧焊(GMAW)，或者通常被称为MIG焊接，这五个关键变量是:

• ~电极尺寸
• ~现在
• 〜电弧长度或电压
• ~旅行速度
• ~电极角

“当他们在焊接时，手工焊工会读懂那个水坑，”迈克尔说。“他们可以改变他们的干伸长，例如，增加或减少焊接电流，以帮助控制水坑和产生高质量的焊缝。”(stick out是MIG焊接过程中合适的焊头与工作距离。)

“这些都是机器人程序员必须知道的因素。我告诉我的客户，如果你把你们的机械或电气工程师派给我，并希望他们成为你们的焊接机器人的程序员，而这个人从来没有焊接过，那将是一场灾难。”

关键在于过程
焊接，无论是手动的还是自动的，都是特定于工艺的。你必须了解克隆它的过程。

“机器人，我不管它是谁的品牌，都很容易编程。这就是过程，”迈克尔说。“甚至当我们将非焊接工作自动化时，比如操作员通过砂带机打磨铸件或锻件，我们也会研究操作员的动作和角度，因为我们基本上必须用机器人复制这个过程。”

如何这个过程的完成是至关重要的。只能来自实际经验的专业知识。

公司虚拟解决方案工程师Brendan Brown说:“每当我们开始一个新流程，或接触一个新部件时，很多时候我们都是从手工流程中接手的Genesis Systems Group，LLC在爱荷华州达文波特市。“这些都是我们最好的拥护者。这些人多年来一直在手工焊接这些零件。他们如何处理焊接的顺序，他们首先焊接什么，合适的角度，所有的推力和移动速度。这是我们一直想要收集的信息。谁会比焊接它的人更了解这部分呢?”

捷恩斯是北美最大的自动化解决方案提供商之一通过RIA认证的机器人集成商．布朗是一名离线程序员，在Genesis有近20年的机器人焊接经验。

“你必须着眼于整个过程，”布朗强调，呼应了迈克尔的观点。“我们在首次使用机器人时看到的一件事是，他们已经自动化了这一过程，但你必须仔细观察生产线，看看你是如何制造部件的，你是如何将部件组装在一起的。我们经常遇到客户自己制作工具或外包夹具。他们没有必要控制适当的基准或适当地固定部件。即使是最好的焊工也要看整个焊接过程。”

捷恩斯位于达文波特的总部有一个培训实验室和两个私人教室，客户的程序员和机器操作员可以在这里获得实践经验和指导。布朗教授基础课程和高级课程。

他说:“当你从捷恩斯购买系统时，大多数客户都会获得培训积分，所以他们通常会派两到三个操作员，也许还有一个工程师。”“我们的大多数学生都有一定的焊接背景，无论是手工焊接他们准备自动化的部件，还是只是公司的焊接工程师，他们将监督机器，需要了解如何修改。当他们走进教室时，我们说，这是机器人，你的新工具。我们不需要教授正确的推和工作角度。”

最优秀的焊工懂得焊接过程中细微的差别。

迈克尔说:“这就是为什么让有经验的焊工教他们机器人更容易、更成功的原因。”(安川学院在美洲的几个地方提供基础和高级编程培训课程。)

“当我的客户问，‘我们派谁去培训?’我说，我要你最好的焊工。”

效率并不总是意味着更快
关于机器人焊接的一个常见误区是，人们认为机器人焊接的速度更快。那不是真的。

“机器人在一天结束时会给你更多的桶中的零件，但它并没有更快地焊接，”迈克尔解释道。“当手动焊机放下盔甲并击中弧线时，让我们说出他的前进速度，因为焊缝是一分钟20英寸。机器人基本上以相同的速度焊接。这是食谱。就像妈妈的苹果派一样。就像妈妈的苹果馅饼一样食谱。烘烤450度30分钟。

“你不会在900度下烤15分钟的苹果派。为了产生高质量的焊缝，一个重要的变量是行进速度。你对一个部件施加了太多的热量，就会产生问题。”

焊接机器人并不一定更快。他们更有效率。

“一个手工焊工的效率大约是20%，”迈克尔说。“这意味着，在你支付给手工焊工的8个小时中，电弧只有20%是开着的。焊工抬起他的头盔，重新调整他的椅子，或者她清理焊缝。在我做下一个焊件之前，有很多时间可以让我感到舒适。”

相比之下，机器人的效率约为85%。

“机器人将从一个弧形到下一个焊接，下一个焊接更快。如果它需要焊机15分钟来生产那部分，那么机器人将在大约4分钟内完成。

“当我穿过植物而且我看到三到四个焊工时，我认为这可能是一个机器人，”迈克尔说。“没有意义上，一个机器人将采取工作，但我可以使用那些焊工了解机器人不能做的更关键的工作。”

自适应控制
以伊利诺斯州的大型油脂收集系统和储油罐制造商昂肯公司为例。几十年来，该公司一直依靠一支经验丰富的焊工团队来制造防漏罐。但随着焊工短缺的加剧，高质量的焊工越来越难找到。进入机器人。

有了两个区域的工作单元，延伸延伸Motoman MH50 II-20机器人Onken's通过对焊工的一些培训，减少了多达20个小时的生产时间，用3个焊工而不是5个完成了同样数量的工作。这两名被解放出来的焊工可以从事其他项目，减少了对合同焊工的需求，进一步增加了成本节约。来看看完整的故事．

为昂肯坦克生产而创建的MIG焊接单元(如图)是一个定制设计的工作单元，有两个区域。这使得操作人员可以在一个区域装卸油罐，而机器人则可以在另一个区域焊接油罐。安川公司的焊接机器人有内置的自适应控制，所以他们能够根据需要调整移动速度、突出距离、焊枪和移动角度。先进的焊缝发现跟踪工具被用来精确定位和跟踪这些120加仑到500加仑的储罐上各种类型的焊接接头。

“机器人是非常可重复的，”迈克尔解释道。“你程序的路径从a点到B点,机器人将遵循这条道路一整天,正负5/1000英寸根据机器人规范。质量的焊缝,焊缝必须定位在约±铜包钢丝直径的一半。如果我使用0.045直径的MIG钢丝，对于焊接接头重复性要求来说，这略高于或低于千分之二英寸。”

焊接经常会产生变形。

“我们在给金属加热，所以它想向我们移动。在较大的焊接(如Onken的坦克)中，变形更为突出。如果焊接接头的重复性不令人满意，我们就必须为机器人使用传感器，这样机器人就可以在焊接过程中改变程序路径，以匹配该部件的焊缝位置。”

触摸感测用于定位大圆形法兰和罐顶部的几个较小的螺纹联轴器。一旦每个组件都位于，程序化路径被自动移动以匹配该罐的焊接接头的位置。Yaskawa的Comarc Threu-arc接缝跟踪使机器人能够改变其路径并在焊接期间将焊缝焊缝保持焊缝。

在此视频的Onken坦克焊接细胞中，你可以看到触摸感应操作的作用。在镜头进入0.55秒时，激光焊缝发现和跟踪技术也被展示出来。

当机器人焊接的接头，其中包括轮廓轧制角，aSERVO-ROBOTPower-Trac™激光传感器在焊接火炬前方提供实时缝线发现和跟踪。在视频中，您可以在开始焊接之前，在火炬喷嘴前面可以看到激光击退。这使得机器人能够改变其路径以补偿部分拟合的任何变化。准确定位和跟踪焊接接头还消除了对昂贵复杂的工具的需求。

“我们最近邀请了一位客户来参观我们的工厂，”运营经理J.R. Onken说。他说他有10分钟的时间来参观。他一看到我们的机器人焊接车间运转起来，就研究了30分钟。他是作为一名焊工长大的，他不敢相信我们从自动化中获得的质量。

Onken补充说:“焊接过程的自动化确保了我们作为一家公司将继续存在二三十年。”“这确保了我们的未来。”

三维焊接模拟
对Genesis来说，未来是数字化的。仿真允许Genesis在任何东西被建造之前可视化和演示复杂的或大规模的机器人过程。在他们的虚拟解决方案中心，模拟环境变得很大，而且是3D的。

创世纪3 dg环境利用虚拟现实和沉浸式3D可视化的力量，使Genesis、他们的客户和潜在客户在概念和设计阶段可视化机器人过程。通过3DG技术，Genesis可以根据人体工程学评估焊枪访问和机器人到达等参数。

该系统包括一个16面板的视听墙，显示2D和3D图像。它也是便携式的，因此Genesis可以很容易地拆除它并在贸易展上设置它这是2015年FABTECH的一次亮相．

“这对我们来说是一个很棒的工具，”布朗说。“通过3DG环境，我们能够将客户绘制到经验中，并为他们提供了一个现实生活，以便他们将与我们的系统一起获得的东西。他们可以看到我们的预期和所有预购工作我们这样做是为了给他们正确的解决方案。“

捷恩斯还使用3DG系统与他们的内部设计和工具小组进行评审，以实现真正的协作过程。

“你戴上一副普通的3D眼镜，就像在电影院一样，”布朗解释说。“然后有了操纵杆，你就可以绕过模型，绕过机器，钻到它下面，钻到里面，从各个角度观察它。”

在模型中(如图)，一个松下焊接机器人在一个三轴龙门上，在MIG焊接一个用于采矿行业的大型自卸卡车的框架。该部分由多色部分表示。

“有些部件长达40英尺，”布朗说。“这部分需要多道重厚板焊接。焊接一个零件需要48小时的周期。在焊接过程中，由于加热和拉伸(变形)，这部分实际上长了2到3英寸。”

布朗说，模拟环境使他们能够向客户演示他们所做的、从未想过可行的高级流程。汽车和家电行业正在密切关注激光焊接。

“我们赢得了一些客户订单，因为我们能够激光焊接，这有更少的热量和变形。我们做了模拟来展示它们。我们部门的一位先生做严格的焊接变形和热分析。他可以向客户展示，如果使用传统MIG焊接，某个零件可能会有5mm的拉伸或变形，但使用激光焊接，拉伸或变形只有1mm。”

激光焊接
在他们的虚拟解决方案中心的大厅对面是捷恩斯的自动化解决方案中心，他们在那里测试远程激光焊接和激光缝步进等技术。看看这个视频．

Genesis使用机器人激光缝步进（图）测试传统上焊接的客户的零件。它们还有一些已经在领域的机器人系统。

激光缝步进器是一种伺服驱动的自备激光头。优点之一是，您不需要与大多数激光焊接工艺常见的大型激光安全柜。布朗解释道。

“机器人将在零件上方移动，然后驱动激光头向下，基本上是用头部施加力量，帮助推动两种材料在一起。然后它运行一个珠长达40毫米。你不需要巨大的不透光的外壳，也不需要太多的固定装置。与传统点焊相比，这是一种更好的抛光方式，当然也更稳定。”

来看看这个视频显示不同配置的激光缝步进．想象一下这对汽车装配线的影响。

布朗表示，如远程激光焊接等先进的焊接技术，并且激光缝步进器仍然需要与常规焊接工艺的部分拟合和其他临界变量相同的问题。您仍然必须完整地了解过程以成功自动化。

利用这些知识
他们说，有一天，人188金宝搏下载界面工智能将允许我们下载我们的经历，为后代数字化它们，从本质上克隆我们的记忆。或者至少是我们无限的脑力，尽管我们的身体有限。但这还有很长的路要走。

现在，我们需要捕捉和传播这些知识，否则就永远失去它们。这不是理论，也不是教科书上的智慧。这是几十年来积累的实践经验。很难用文字和图表来演示的知识。它因过程而异。

直到ai到达Pinnacle，它只是我们和机器人，掌握和工具。让我们不要浪费这个机会既良好用途。