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安川焊接机器人在输电线路铁塔塔脚上的应用
随着焊接过程的自动化、智能化、柔性化，焊接机器人因其优异的性能而广泛应用于工业生产中。本文针对焊接机器人工作原理与其特点，提出了在输电线路铁塔塔脚的焊接使用焊接机器人的必要性，并对焊接机器人在铁塔塔脚上的应用中存在的问题及经验进行了总结与归纳。
输电线路铁塔的塔脚为整个输电线路铁塔结构的支撑部件，其结构的稳定性直接决定了输电线路铁塔的结构稳定性和使用寿命。输电线路铁塔塔脚为焊接组合件，现有技术中对于塔脚的生产大多采用手工电弧焊和CO2气体保护焊的方式，由于焊接人员的焊接水平、焊接经验的影响导致塔脚的产量无法保证。因此，如何保证输电线路铁塔的塔脚焊接质量，并提高输电线路铁塔的塔脚的生产效率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。在铁塔塔脚焊接中使用焊接机器人不仅能有效解决上述问题，而且可以提高行业的自动化焊接水平。
一、焊接机器人简介
1. 焊接机器人系统焊接机器人系统就其硬件来说一般包括机器人机械手、控制系统、焊接装置、变位机、焊件夹持装置以及其他保护装备等几部分组成（见附图）。
2. 焊接机器人的特点
铁塔塔脚基本是由钢板焊接而成的结构件，工件在上下料、组对的时候难免会存在一定的误差，导致焊缝的位置和宽窄的一致性程度不高；且由于在焊接的过程中会产生一定的变形，使得先焊接的焊缝产生变形作用在所焊接的工件上，导致后焊的焊缝偏离了原来组对时的位置。为了保证焊接的质量，要求机器人能够在焊接时能够自动找正焊缝的起始位置与正确方向，焊接塔脚的机器人系统一般都带有焊接起始点的寻位以及焊缝的跟踪等焊接功能。
（1）焊接起始点的寻位
焊缝起始点寻位方式主要是接触传感器寻位，它利用加了低电压的焊丝接触工件表面进行三方向的传感。该方法是感知实际的工件位置，通过程序计算出实际位置与示教编程时工件表面位置的偏差，而后将偏差加入到示教时的焊接位置，来找到并修正正确焊接位置，以纠正装夹、组对以及焊接时所产生的焊接位置的偏差，从而来保证焊接的质量。起始点的位置确定了之后，还需要使用电弧跟踪功能来保证焊接方向的正确性。
（2）电弧跟踪
在焊接的过程中，焊接机器人系统通过应用的软件对焊接电压、电流变化来实时的进行监控，分析并计算出电弧长度变化，再通过软件来调整机器人的姿态以实现对纠正焊缝的偏移。
（3）坡口宽度跟踪
焊接机器人在焊接前检测整条焊缝上多个点，通过软件计算出焊缝坡口的宽度，来得到整条焊缝坡口宽度的变化情况。通过在焊接的过程中调整机器人的焊接摆动幅度与焊接速度进行轨迹的修正，即在焊缝较宽位置增大焊接摆幅，同时降低焊接速度，在焊缝较窄地方适当的减少摆幅，且相应地提高焊接速度，来得到焊高一致的焊缝，保证焊接轨迹始终位于坡口或焊缝的中心，从而达到提高焊接质量目的。
3. 塔脚焊接引入焊接机器人的必要性
（1）提高和稳定焊接质量，提高产品质量的一致性。电弧电压、焊接电流以及焊接速度等对焊接结果有很大的影响，而采用焊接机器人焊接可以实现上述参数的恒定，受人为因素的影响较小，可降低对操作工人技术水平的要求，因此可以保证焊接质量的稳定。
（2）可实现24h连续生产，提高生产率。
（3）为柔性生产提供了可能，可实现多品种小批量的连续生产。当需更换产品类型时，可以通过更换夹具和调出相应的编程来满足生产的需要，减少了设备再投资，节约了成本。
（4）改善工人的劳动强度和条件。采用机器人焊接时在焊接结束后只需进行工件的装卸，省去了由于翻转工件所占用的时间，消除了安全隐患，且避免了焊接弧光、烟雾以及飞溅等对工人造成的伤害，解放了工人的劳动力。除此之外，通过对焊接产品进行统计与分析，根据焊接机器人的焊接工艺特性，得出那些形状规则、批量大的焊接件较适合机器人焊接。对于铁塔产品而言，主要在塔脚、十字焊件、挂线板等结构需要进行焊接，结合铁塔焊接产品的分类统计（见附表），得到铁塔塔脚的焊接约占铁塔焊接比重的60%，且其批量较大、形状规则，容易实现批量化焊接作业及装夹定位相对容易，对焊接机器人周边设备要求较低，投资较少。由于上述的分析，可知在铁塔塔脚的焊接上使用焊接机器人是一个必然趋势。
二、焊接机器人在输电线路铁塔塔脚焊接中的应用
1. 输电线路铁塔塔脚的结构特点在输电线路铁塔的焊接中，焊接机器人主要焊接产品为铁塔塔脚，其主要由底板、筋板和连接板等通过焊接的形式连接而成，它是铁塔的基础，同时又是整个铁塔的支撑部件，承受着来自塔身的重力。塔身由于风、雪、地震等载荷对塔脚所产生的拉（压）力等，其结构加工质量决定着整基铁塔质量的一个关键点，连接板上有几组平行度要求的孔，主要用于与连接角钢的连接，因此塔脚焊接具有焊接量大、焊接难度高、易产生焊接变形等诸多特点。
2. 铁塔塔脚焊接的工作模式焊接机器人工作系统，根据实际需要可采用单机器人+单/多工位的焊接模式，下面以单机器人+两工位来进行说明其具体的工作模式。操作人员在A工位的装卸位置将待焊的塔脚装在该工位的夹具上后，操作人员退出并按下启动按钮；当焊接机器人在A工位进行焊接时，操作人员可在B工位装卸位置同样可将待焊的塔脚装于该工位的夹具上，安装完毕后，操作人员退出并按下启动按钮进行预约。当机器人完成了A工位上的焊接后，将按照预约自动转到B工位焊接位置进行焊接。
