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置，其中管道被固定和旋轉(zhuǎn)。
從業(yè)務和實際角度來看，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。站在路上會導致嚴重的傷害甚至死亡。
但協(xié)作機器人不是這樣，撞到一個物體，協(xié)作機器人將不會繼續(xù)前進。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)中更復雜的任務也有一些重要意義，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置上看到的編織運動。
當你看到管道焊接協(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)作機器人準備焊接接頭以進行管道焊接，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，GTAW根部帶有脈沖GMAW蓋和填充 - 它不是常見的應用。如果工作要求GTAW進行根通過，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，操作員裝載預制管并選擇一些基本參數(shù)，包括管道直徑，進度和接頭幾何形狀。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，他們仔細觀察了操作，確保槍和線延伸在正確的位置。當他們看到焊槍接近縫合或焊接準備不一致的變化時，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行自動調(diào)整以焊接大頭釘。使用人工智能（AI）和機器學習等框架，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行調(diào)整。當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 - 他們必須相應地進行調(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。
這是機器學習將發(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習 - 通過觀察大量焊縫，分析電弧特性的變化，并學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焊接應用中學習，還可以從其他協(xié)作機器人焊接應用共享的信息中學習。所有這些都可能導致勞動力需求減少，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)作機器人焊接進行焊接準備。
一種新的自動化方法
可以訓練新手操作員操作協(xié)作機器人，同時學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(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。
如果認為有必要，操作員仍然可以進行過程中的調(diào)整。例如，他們可能會在填充過程中進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)和激光跟蹤應該即時進行這些調(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備，那么手動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(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。
傳統(tǒng)上，自動化要求上游過程具有一定程度的可重復性。如果制造商無法實現(xiàn)這種可重復性，那么自動化就不是一種選擇。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，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)標準，使用協(xié)作機器人進行焊接不屬于機器人焊接，其中設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。根據(jù)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?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習如何手動進行管道焊接 - 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習。當他們作為手動管道焊接機進展時，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。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性，可靠性和高效性。人們學習，自動化學習，管道焊接達到新的生產(chǎn)力水平。
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