金属制造中的焊接自动化通常呈现出一种光谱式的分布。一方面，高端电弧焊甚至激光焊接系统会逐个焊接组件，每个组件都经过精确固定，每个部件都经过精确切割和成型。高产量使得焊接工程师能够真正掌控整个工艺流程，即使是对于复杂的组件也是如此。

在这些情况下，传统的夹具和示教器编程方法比较合理。或者，车间可以采用离线焊接编程。在这种情况下，程序员会离线模拟操作，并且由于数字模型永远不会与实际零件完全匹配，操作员需要在车间根据需要调整程序。

然而，近年来，一种新型的机器人焊接单元已经进入市场：自主机器人焊接，机器人“看”一下零件，然后就可以开始焊接。

焊接螺旋钻

宾夕法尼亚州霍尼布鲁克市费尔蒙特机械公司（Fairmont Machinery）的产品经理亚历克斯·伯纳姆（Alex Burnham）指着一台机器人，该机器人正在将一个连续的螺旋形状焊接到主轴箱/尾座单元上旋转的中心轴上。该单元没有使用示教器进行编程。相反，站在外围警戒的操作员可以通过屏幕查看数字孪生。单元内的摄像头捕捉到点焊组件的实际位置。软件将实际零件与模型进行比较，并根据需要进行调整。此时，焊接开始。

除了旋转主轴箱/尾座外，该单元还配备了一个静态焊接工作台以及另一个带单轴变位机的工作台。机器人沿轨道运行，可到达三个不同的工位，因此理论上该单元可以逐个加工不同的工件。同样，该单元没有使用示教器。

正如Fairmont Machinery首席执行官Chip Burnham解释的那样：“该系统使用3D相机在61秒内定位并扫描了零件。夹具上没有零点。然后，激光干涉仪扫描仪花了15秒定位接缝。之后就可以进行焊接。”

他补充说，激光干涉仪扫描无需触线，因为触线需要“干净的喷嘴和完美修剪的导线。而新系统则绕过了所有这些环节，而且非接触式激光扫描比触线快很多倍。”

看见它，焊接它

费尔蒙特机械公司(Fairmont Machinery)最近与Abagy Robotic Welding达成了分销协议，该公司提供名为VisiWeld AI Robotic Welding的自主机器人焊接平台。据消息人士透露，该系统可与各种机器人和焊枪品牌兼容，并可改装到各种现有的机器人装置中。它最适合采用腕部布线的机器人，从而留出空间在手臂上安装摄像头。机器人可以采用多种配置：安装在基座上、高架龙门架上或轨道上，以便接触大型工件上的不同焊缝或多工位单元中的不同工作台。

该平台已应用于需要机器人与工件（可安装在旋转主轴箱/尾座、耳轴、J形钩或其他伺服驱动的工件夹持装置上）之间协调运动的应用。它不仅可以在简单的焊接工作台上焊接小型部件，还可以处理桥梁大梁和其他大型焊接应用，机器人沿着高架龙门架的轨道移动，焊接数米长的接缝。

每个装置包括用于观察和记录过程的摄像机、用于扫描和定位部件的3D摄像机以及用于检测焊缝位置的激光干涉仪，并根据3D文件进行必要的调整。

软件确实需要提前了解一些信息。正如Alex Burnham所解释的那样，操作员加载STEP或类似的3D零件文件，然后识别焊接接头、接头几何形状（角焊、对接焊等）、焊接工艺（缝焊、纵焊或交错焊）以及焊道数量。他们还需要确定哪些焊道段应以连续焊道的形式连接，以及机器人应采用的焊接位置（水平、垂直向上、垂直向下等）来接近并完成接头。

操作员可以查看预设的焊接参数，并根据需要进行调整。这样，他们就可以定义特定的公差。这些公差包括零件装配公差以及某些参数（例如焊枪角度）的公差。Alex Burnham表示，这些公差规定了机器人可以采取哪些措施来避开障碍物并完成焊接。例如，焊枪可能需要以特定角度移动，以避免与夹具碰撞。

从这里开始，程序员可以运行数字孪生动画，以确保一切检查无误。一旦零件被固定并夹紧到工作台上，单元内的3D摄像头就会定位零件，激光干涉仪会根据需要检测焊缝调整路径，然后机器人就会开始焊接。

Chip Burnham补充说，根据具体情况，可以跳过某些步骤。如果零件的配合非常一致，激光干涉仪无需花费15秒扫描来定位接头。如果零件有硬夹具，机器人无需花费一分钟扫描该区域来定位零件及其方向。过程模拟也是如此，操作员可以在焊接前查看数字孪生模型。

不过，他补充道，大多数早期采用者都选择运行部分或全部这些可选流程，主要是因为该技术针对的是金属制造领域：定制和高产品组合操作（编程和夹具开发时间可能很长）以及由于上游工艺变化而导致机器人焊接根本没有意义的制造商。

夹具至关重要

对于定制工厂而言，无需大量的焊接夹具至关重要。采用自动化焊接的定制工厂通常需要多排夹具来为机器人焊接单元提供焊接服务。每项工作都需要特定的夹具，而建造所有夹具需要耗费大量的时间和资金。即使夹具结构简单，几乎没有甚至完全没有机加工部件，这些夹具仍然会占用大量的地面空间。

Chip Burnham姆表示，这正是自主机器人焊接技术能够满足需求的地方。操作员无需复杂的夹具，只需将组件点焊在一起，然后将工件夹紧在工作台或多轴变位机上即可。操作人员可能会使用一些定制夹具，例如，用于解决焊接过程中的热量积聚问题。在其他情况下，车间可能会开发夹具来满足焊接操作要求。例如，机器人可以完成内部焊接，然后暂停，以便操作员将最终工件放入定制夹具中。定制化、高组合产品的制造环境从来都不是没有例外的，但正如消息人士所解释的那样，对于制造商的大多数产品组合而言，自主焊接技术可以消除对专用夹具的需求。

大多数安装都采用了气体保护金属极电弧焊(GMAW)，但一些新应用也采用了送丝机器人气体保护钨极电弧焊(GTAW，或TIG)。Alex Burnham表示，“TIG焊接有一些缺点，需要对每条焊缝进行激光扫描。但无论如何，该系统确实可以与TIG焊接兼容。”

与其他技术一样，自主焊接平台也存在一些局限性。它能够处理非精密装配，但无法处理极差的装配或模型与实际部件之间极端的位置偏差。

它可以与焊缝跟踪和其他已集成在焊接机器人上的技术协同工作，但正如消息人士所解释的那样，它并不会取代这些系统。相反，它专注于自动化编程和简化设置，最显著的特点是无需定制焊接夹具和示教器编程。

正如Chip Burnham所说，“高组合产品操作尤其希望能够对一个部件进行点焊，将其放在桌子上，让机器人找到它，然后开始焊接。”