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弧焊机器人离线编程与仿真技术的研究现状及发展趋势
哈尔滨工业大学 现代焊接生产技术国家重点实验室（+,---+）. . 刘圣祥! 高洪明!
张广军! 吴! 林 长 春 轨 道 客 车 股 份 有 限 公 司（+/--01）. . 何广忠
摘要! 根据中国弧焊机器人的应用情况和发展需要，传统的工业机器人在线示教已经不能满足生产需求，弧 焊离线编程与仿真技术越来越受到生产厂家的重视。文中在分析弧焊机器人离线编程与仿真技术的特点基础上，
详细阐述了焊接机器人离线编程与仿真技术目前在国内外相关领域的研究现状。特征建模、对工件和机器人工作 单元的标定、自动编程技术等是弧焊机器人离线编程与仿真的核心技术，稳定高效的标定算法和传感器集成是机 器人弧焊离线编程系统实用化的关键技术。
关键词：! 机器人! 弧焊! 离线编程与仿真 中图分类号：! "#$%&
%! 前! ! 言
加入 234 以后，中国已处于市场全球化的经济环 境中，这为中国经济发展带来机遇，也使制造业面临更 严峻的挑战。在现代制造业尤其汽车制造业中，焊接 技术作为重要的加工手段，占有非常 重 要 的 地 位［+］。 焊接机器人在提高焊接质量、降低焊接成本、实现焊接 自动化方面扮演着重要角色［1］。传统的工业机器人示 教编程工作方式有以下不足［/］：
（+）机器人在线示教不适应当今小批量、多品种 的柔性生产的需要；
（1）复杂的机器人作业，如弧焊、装配任务很难用 示教方式完成；
（/）运动规划的失误会导致机器人间及机器人与 固定物的相撞，破坏生产；
（5）编程者安全性差，不适合太空、深水、核设施 维修等极限环境下的焊接工作。
离线编程技术的出现为上述问题的解决提出了可 供选择的方案。与传统的在线示教编程相比，离线编 程具有如下优点：
（+）减少机器人不工作的时间；
（1）使编程者远离危险的工作环境；
（/）便于和 6’7 8 6’9 8 :;<;$()= 一体化；
（5）可对复杂任务进行编程；
（,）便于编辑机器人程序。
收稿日期：1--> ? -/ ? +@
根据目前中国焊接机器人在工厂的大量应用和快 速发展需要，焊接机器人的离线编程与仿真技术是应 当重视的新技术之一。工厂希望焊接机器人既能保证 工作时间，又能适应柔性化生产的需要，这种生产与编 程的矛盾越来越大。因此，目前工业界对离线编程技 术的需求呼声日益增强［5］。
弧焊是机器人焊接的重要领域，也是编程比较困 难的场合。弧焊机器人离线编程与仿真技术已经成为 中国焊接企业界需求的重点和国内科研院所的重要研 究方向。
’! 弧焊离线编程系统研究与应用现状
国外机器人离线编程的研究从 1- 世纪 >- 年代开 始，并在 A- 年代中期到 @- 年代中期推出商品化离线 编程系统。但都是通用离线编程系统，没有针对弧焊 提供方便、有效的编程方法。从 1- 世纪 @- 年代中期，
国外一些大学、研究所针对弧焊参数制定、机器人与变 位机协调焊接等问题对弧焊离线编程与仿真技术进行 研究，并开发出原型系统。
随着 B6 机 6’7 软件的发展，出现了集成在功能 强大 的 6’7 软 件 上 的 离 线 编 程 系 统，真 正 做 到 了 6’7 8 6’9 一体化。商品化离线编程系统在弧焊方面 进步很大，实现了无碰焊接路径的自动生成、焊缝的自 动编程等功能。
’( ’! 国外各科研所开发的离线编程系统
1- 世纪 A- 年代中期，美国 C’D’ 和 :;)EF"** 国际 科学中心合作开发了一套智能化、自适应的焊接系统，
+ 1
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离线编程技术作为系统重要组成部分，用于航天飞机 主发动机的机器人弧焊中。其核心购买了 +)’%$, 公 司开发图形仿真系统中的 -.’/0 和 /1++’23 模块。
系统的焊接参数保存在数据库中［4］。
美国 56+’ 公司在仿真与离线编程软件包 /(75$#8
$(,9 基础上开发扩展版本，用来进行机器人程序自动优 化和机器人与变位机之间的协调运动。系统通过输入 焊接速度、焊条倾角等参数自动规划焊接路径［:］。
英国 .,%;<=,&,%;< 大学 >? @? A,< 和 B? 0? +(CC*"
开发出机器人弧焊离线编程工具和焊接工艺专家系 统。DE’-5 主要包括建模、编程、在线编辑和专家数 据库管理等四个模块。该系统的图形功能有限，无碰 撞检测功能，无焊接路径规划功能，焊接参数专家系统 开发还不完善［F］。
B#),= E%=(9,G($H 和 E()<#&C ’? DIJK 提出了机器 人弧焊任务级离线编程的思想。通过任务规划将用户 任务转化成机器人级程序。任务规划可以解决：一是 焊接顺序的问题，焊接顺序规划的目标是使焊缝之间 的焊枪移动时间最短，从而使焊接生产率最大化并控 制热变形；二是从当前焊缝移到下条焊缝的过程中焊 枪应走什么样的路径，考虑如何避免碰撞［L］。
日本大阪大学前川仁等人研究了任务级弧焊机器 人离线编程系统。研究针对五或六自由 度 弧 焊 机 器 人，解决干涉检查与避免碰撞的问题。还没有研究机 器人和变位机协调情况，也没有在实际焊接中应用［M］。
加拿大西安大略大学的 E? 1? N%)<#* 等人开发了 用于机器人焊接工作站自动编程系统 O ’PQ1D0.3。
主要研究了工作站的建模、干涉的计算、运动学、自动 焊接参数选择和轨迹规划等技术。但在建模、焊接参 数规划上有待改进。并提出配备实时焊缝跟踪传感系 统在实焊中是必需的［RS］。
法国 69J$($%$ 3" 5,%C%&" 等单位联合开发机器人焊 接（弧焊）的离线编程软件 O ’/Q D0.3。系统提供人 机接口，可从焊接角度完成工件的设计；’/QD0.3 通 过自动编程能力产生机器人程序。系统支持典型的参 数化装配定义，可结合焊缝跟踪和自适应传感器，并集 成焊接数据库或专家系统。
中欧和东欧国家科学与技术合作计划开发出离线 编程项目 O -&,’E/，项目旨在为中小企业提供廉价且 专业的离线编程系统。系统采用在 ’%$,/#C 平台上，基 于二次开发工具 ’ET 开发［RR］，系统框架如图 R 所示。
系统实现基本的建模和仿真功能，针对焊接应用研究 了焊缝的宏定义、焊接起始点寻找、焊接顺序的柔性改
变和焊接工艺数据库等技术。但工件模型不能过于复 杂，模型粗糙，图形功能较差。
图 RU 系统结构
［RV］
U U 国外对焊接离线编程与仿真技术的研究主要体现 在智能性和自动化上。
!" #$ 国内各大学对离线编程系统的研究
南京理工大学首先对 +,$,+#9 5>: 单机器人的离 线编程与仿真进行了研究，并对 ’%$,/’3 和日本软件 +E/D,&C 进行二次开发，构建 5>: 机器人模型，实现 机器人本体仿真。二次开发基于 ’%$,/’3，研究焊缝 几何信息的提取，焊接工艺参数规划基于知识的推理 机制，研究了焊枪姿态规划。当时虽然没有形成自主 的离线编程系统［RV］，但随后便自主开发了 6A+ 弧焊机 器人大型 工 作 站 仿 真 系 统，系 统 基 于 / W 5 结 构 包 含 1.0 项，通过 /1+ 接口实现焊接工件三维图形及几何 拓扑信息的无缝集成。基于面向对象的编程自主开发 了三自由度龙门机架、六自由度关节型弧焊机器人和 两自由度变位机的三维造型及焊接过程图形仿真系 统［RX］。但对自动规划技术研究较少，尤其机器人与机 架的协调运动规划技术。
北京工业大学在 Y/ Z Z 开发平台上自主开发一 套离线编程与仿真系统，应用 1-A. 图形语言开发几何 建模模块，实现从 /’3 模型中提取焊缝几何信息；焊 接任务规划通过人机交互的方式进行；焊接参数由焊 接参数数据库提供；焊接路径优化考虑到焊缝姿态和 焊枪姿态，及对焊缝过渡段姿态和速度圆滑处理［R[］。 系统主要从易用性和实用性角度出发，缺乏对自动规 划技术研究，图形建模功能仍较弱。然后该校又在 5,*8 (C0C;" 平台上，进行二次开发，研究图形仿真、碰撞检 测、图形示教、程序下载等技术，但系统还很简单［R4］。
上海交通大学开发了基于 -/ 的交互式三维可视 V
V
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化离线编程和动态仿真系统。系统三维几何建模基于 +,"-./ 三维图形功能，研究了机器人运动轨迹的自动 规划和编程并实现了图形化动态仿真。对单道焊采用 交互式三维虚拟示教，对多层多道焊提出“宏”编程技 术。系统侧重于建模、仿真、规划方面的研究［01］。
哈尔滨工业大学综合应用焊接结构特征建模、焊 接工艺规划和运动规划技术，在高性能 23 机和 ’%$45 3’67888 平台上，运用开发工具 +9:")$’;< 进行二次 开发实现机器人弧焊任务级离线编程。从功能角度提 出机器人弧焊执行级离线编程系统的总体结构，包括 建模、路径、编程、程序转换与碰撞检测等功能［0=］。当 时系统任务级的功能较弱，适用的工作单元比较少，算 法只适用某九自由度弧焊机器人系统。任务级语言转 换为执行级程序才能进行编辑，使用不方便。目前该 校又选择 >4*(?@4&AB 作为新运行平台，在高档 23 机上，
采用其二次开发工具以及 3+C 和 ’D/ 等编程技术，从 实用化角度出发，研制成功了一个功能较全的机器人 弧焊离线编程系统。提出了既可以描述焊接路径又具 有机器人运动学意义上的性质的双义标签点的概念，
采取基于板特征和接头特征的建模机制，研究了弧焊 中机器人放置规划，并且实现多机器人的运动与仿真。
但在实用化方面研究较少［0E］。
!" #$ 商品化的离线编程系统
国外商品化离线编程软件都是朝着智能化方向发 展。表 0 为国外主要的商品化机器人离线编程与仿真 系统［0F］。
表 !$ 国外商品化机器人离线编程与仿真系统
软件包 开发公司或研究机构
;+GH< 德国亚琛工业大学
2/’3H 美国 C)’%$4 公司
;494$ I >JC 美国 3#*K# 公司
;+G+.;’2LJ< 美国 34K,%$"& M(B(4- 公司
J.;J2 美国 6"-"9 公司
;+G3’6 美国 D")-4K#$(N 公司
3(K>$#$(4- 美国 >J/C’ 公司
O4&AB,#)" 美国 ;494$ >(K%*#$(4-B 公司
国外商品化离线编 程 系 统 都 提 供 了 如 下 基 本 功 能：几何建模功能、基本模型库、运动学建模功能、工作 单元布局功能、路径功能、自动编程功能、多机协调编 程与仿真功能。而科研所开发的系统一般都不具备多
机协调编程与仿真功能。
从应用看，商品化的离线编程系统都具有较强的 图形功能，并且有很好编程功能，针对焊接有专门的点 焊、弧焊模块。机器人和变位机具有协调运动功能，并 针对弧焊特点，系统可以快捷地生成焊接路径，并可自 动计算船形焊等不同焊接姿态时变位机的关节角大 小，对于焊接参数一般采取用户编辑文件的方式，焊接 参数保存在文件中，用户可以查看、修改，但也有的系 统实现了焊接参数的自动规划，如 O4&A>,#)"，并具有 和商用机器人的专用接口。
目前商品化的离线编程软件都采用提供机器人库 的方式建立仿真工作单元，机器人模型的杆件参数都 是由机器人厂商提供，同实际的机器人模型也不匹配。
而现有的离线编程系统的 3’6 模型采用 3>. 和 G I
&", 作为实体的两种主要表达方法，数据结构则大都采 用以翼边结构为主的表示方法。这两种方法生成的图 形都是由若干三角面片构成，这种图形对于运动仿真 来说没有问题，但如果实际工件是由复杂曲面构成，用 这种简单的图形编程结构可能会存在问题。针对复杂 模型问题，离线编程系统提供了图形接口，用户可以导 入由 3#$(# 或 2&4H 等生成的模型。
针对仿真模型与实际工件不匹配问题，商品化离 线编程系 统 都 提 供 标 定 模 块：2/’3H、O4&A>,#)"、J.5
;J2、;+G3’6，尽管这些软件中的标定功能模块叫法不 同，有的叫 3#*(9&#$(4-，有的叫 ’?:%B$，但都能完成标定 和误差补偿功能，用户把用各种测量手段得到的数据 按照不同软件要求的格式输入到离线编程系统中，标 定算法由系统提供。
目前流行的商品化离线编程软件大都采取自主开 发底层建模模块和在现有建模核心 ’3J> 上开发的方 式。目 前 的 3’6 软 件 已 将 3’6 P 3’22 P 3’H P 3’C P 26C 等功能集成于一身，用户可以从焊接角度完成产 品的设计，这样为离线编程系统提供了必要的焊缝信 息、工艺信息等。因此基于 3’6 平台的离线编程系统 比较符合 3’6 P 3’C 系统发展方向。
!" %$ 机器人公司开发的离线编程系统及其应用
’GG 机器人公司开发的 ;494$>$%?(4 系统是基于 O(-?4@B 操作系统的，用户操作方便。系统中控制图形 机器人动作的运动模块和算法采用了实际机器人控制 器中的控制算法，所以图形仿真结果和实际机器人运 行结果完全一致，离线编程器中采用了 ’GG 机器人的
;’2J6 语言，所以系统可作为机器人操作人员的训练 平台，提高操作人员编程水平。系统为了实现高质量 Q 7
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的图形效果，可以导入 +#$(# 文件格式的模型。深圳富 士康公司购买了 ’,, 离线编程软件，离线编程结果和 实际焊缝的偏差通过示教盒实时调整。
-.$.-#/ 机器人公司提供的 -.$.0(1 离线编程系 统也是基于 2(/3.45 操作系统，用户操作方便。系统 集成了所有型号的 -.$.-#/ 机器人、变位机和各种周 边辅助设备的图形模型。-.$.0(1 本身没有标定模块，
如果离线编程的程序想下载给机器人执行，则必须安 装另一个 -.$.+#* 软件，软件提供了标定 -.$.-#/ 机器 人的方法，如图 6 所示，离线编程的程序通过软件 -.$7 .!(*$"& 模块的“过滤”之后，就相当于修正了杆件参数 造成的误差，但软件中没有解决工具标定、零位标定、
工件标定等实际应用中需要标定的标定问题。
图 68 -.$.+#* 软件包使用的机器人杆件标定方法
8 8 -.$.-#/ 公司的这套离线编程系统主要在日本等 国家应用于喷漆和点焊。日本丰田汽车公司用其离线 编程弧焊功能，因为整个生产线不允许在上新品时停 下来很长时间用于机器人示教编程，所以离线编程可 能起个预编程作用，编制好程序后，在实际焊接时，部 分点的焊接姿态和焊接参数局部调整，缩短编程时间。
!9:’+ 欧 洲 机 器 人 公 司 和 以 色 列 的 +.1;%+&#<$
合作开发了 !%/#)2.&=5 离线编程软件，在 0.*(32.&=5 平台上开发，利用了 +.1;%+&#<$ 公司的 >.?.$2.&=5 产 品技术。
德国 +@AA0 机器人提供的离线编程系统在使用 时，不需要标定机器人的杆件参数，由机器人的绝对位 置精度来保证，每台机器人绝对位置精度都可达到 B 11 左右，所以仿真环境下机器人模型和实际机器人模 型误差可以忽略不计，机器人和变位机模型由仿真系 统提供，这样保证设备的公称尺寸一致。但是系统即 使对工件标定后在 !、"、# 三个方向上仍存在位置偏 差，故提供相应补偿手段。+@AA0 机器人附加接触觉 传感器，可以在编程中通过碰撞路径“摸”出工件在 !、
"、# 三个方向实际位置，但是对 !、"、# 三个方向的姿 态偏差无能为力。+@AA0 机器人还提供了三种焊缝跟 踪传感器供用户选择同离线编程系统结合使用：电弧 跟踪传感器、气嘴传感器、激光跟踪传感器。沈阳鼓风 机厂应用了该离线编程系统。
机器人公司开发的离线编程系统具有量身定制的 特点，机器人模型只限所产机器人模型，编程语言也是 采用所产机器人的编程语言，好处是可以保证运动学 控制算法和实际机器人的控制算法相同。
机器人公司开发的离线编程系统主要从焊接路径 角度考虑，从工艺角度讲，焊接过程复杂，影响因素多，
离线编程生成参数不大可用，对于焊接参数设置没有 离线编程系统能给出好的解决措施，离线编程系统应 用中只能通过焊接工艺试验获取实际焊接工件所需要 的焊接参数。
!" 弧焊离线编程与仿真核心技术
!# $" 支持 +’- 的 +’C 技术
在传统的 +’C 系统中，几何模型主要用来显示图 形。而对于 +’C D +’- 集成化系统，几何模型更要为 后续的加工生产提供信息，支持 +’-。对于弧焊离线 编程系统，不仅要得到工件的几何模型，还要得到工件 的加工制造信息（如焊缝位姿、形态、板厚、坡口等）。
通过实体模型只能得到工件的几何要素，不能得到加 工信息，而从实体几何信息中往往不能正确或根本无 法提取加工信息，因此无法实现离线编程对焊接工艺 和焊接 机 器 人 路 径 的 推 理 和 求 解。这 同 其 它 +’C D +’- 系统面临的问题是一样的，因此必须从工件设计 上进行特征建模。焊接特征为后续的规划、编程提供 了必要的信息，如果没有焊接特征建模技术支持，后续 的规划、编程就失去了根基，另外焊接特征建模的实现 是同实体建模平台紧密联系在一起的。目前在 +’C D +’- 领域，为解决 +’C D +’- 信息集成的问题，对特征 建模技术的研究主要包括以下两类：自动特征识别及 基于特征的设计。
在弧焊离线编程系统中，焊接工件的特征模型需 要为后续的焊接参数规划、焊接路径规划等提供充分 的设计数据和加工信息，所以特征是否全面准确地定 义与组织，就成了直接影响后继程序使用的重要问题。
国内对焊接工件特征建模技术的研究主要应用装配建 模的理论，通过装配关系组建焊接结构。哈尔滨工业 大学以 0.*(32.&=5 为平台开发了焊接特征建模系统，
具有操作简单、功能强大、开放性好的特点。并根据焊 E
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接接头设计要求及离线编程系统的需要，对焊接特征 重新分类，采用特征链方法对焊接接头特征进行组织，
并给出了焊接特征建模系统的系统结构。系统实现了 焊缝的几何造型，有效地提取了焊接特征，为后面焊接 无碰路径规划及焊接参数规划提供了丰富的信息［+,］。
!" !# 自动编程技术
自动编程技术，就是弧焊离线编程系统采用任务 级语言编程，即允许使用者对工作任务要求到达的目 标直接下命令，不需要规定机器人所做的每一个动作 的细节。编程者只需告诉编程器“焊什么”（任务），而 自动编程技术确定“怎么焊”。采用自动编程技术，系 统只需利用特征建模获得工件的几何描述，通过焊接 参数规划技术和弧焊机器人路径规划技术给出专家化 的焊接工艺知识以及机器人与变位机的自动运动学安 排。面向任务的编程是弧焊离线编程系统实用化的重 要支持。
弧焊机器人路径规划主要涉及焊缝放置规划、焊 接路径规划、焊接顺序规划、机器人放置规划等。弧焊 机器人运动规划要在很好地控制机器人在完成焊接作 业任务的同时，避免机器人奇异空间、增大焊接作业的 可达姿态灵活度、避免关节碰撞等。焊接参数规划对 于机器人弧焊离线编程非常必要，对焊接参数规划的 研究走过了从建立焊接数据库到开发基于规则推理的 焊接专家系统，再到基于事例与规则混合推理的焊接 专家系统，到后来基于人工神经网络的焊接参数规划 系统，人工智能技术有效地提高了编程效率和质量。
哈尔滨工业大学综合应用焊接结构特征建模、焊 接工艺规划和运动规划技术，实现机器人弧焊任务级 离线编程，并以提高焊接质量和焊接效率为目标对机 器人焊接顺序规划和机器人放置规划进行了研究，改 善了编程合理性，提高了系统的自动编程能力［-.］。
!" $# 标定及修正技术
在弧焊离线编程技术的研究与应用过程中，为了 保证离线编程系统采用机器人系统的图形工作单元模 型与机器人实际环境工作单元模型的一致性，需要进 行实际工作单元的标定工作。因此，为了使编程结果 很好地符合实际情况，并得到真正的应用，标定技术成 为弧焊离线编程实用化的关键问题。
标定工作包括机器人本体标定和机器人变位机关 系标定及工件标定。其中对机器人本体标定的研究较 多，大致可分为利用测量设备进行标定和利用机器人 本身标定两类。对于工作单元，机器人本体标定和机 器人 / 变位机关系标定只须标定一次即可。而每次更
换焊接工件时，都需进行工件标定。最简单的工件标 定方法是利用机器人示教得到实际工件上的特征点，
使之与仿真环境下得到的相应点匹配。
0%11#&2231 研究了利用传感器信息进行标定，针对 触觉传感的方式研究实际工件和模型间的修正技术。
通过在实际表面上测量数据，进行 4’5 数据描述与工 件表面的匹配，于是就可以采用低精度且通用的夹具，
从而适应柔性小批量生产的要求［+-］。而 63&728#)" 的 技术则是利用机器人本身作为对工件的测量工具，其 进行修正的原理是定义平面，利用平面间的相交重新 定义棱边，或者重新定义模型上已知的位置［++］。
!" %# 机器人接口
国外商品化离线编程系统都有多种商用机器人的 接口，可以方便地上载或下载这些机器人的程序。而 国内离线编程系统主要停留在仿真阶段，并缺少与商 用机器人的接口。大部分机器人厂商对机器人接口程 序源码不予公开，制约着离线编程系统实用化的进程。
实际上所有机器人都是用某种类型的机器人编程 语言编程的，目前还不存在通用机器人语言标准，因而 每个机器人制造商都在各自开发自己的机器人语言，
每种语言都有其自己的语法和数据结构。这种趋势注 定还将持续下去。目前国内研发的离线编程系统很难 实现将离线编程系统编制的程序进行所有厂商的实际 机器人程序转换。而弧焊离线编程结果必须能够用于 实际机器人的编程才有现实意义。
哈尔滨工业大学提出了将运动路径点数据转换为 各机器人编程人员都易理解的运动路径点位姿的数据 格式，实际机器人程序根据此数据单独 生 成 的 方 法。
离线编程系统实用化的目标就是应用于商用机器人。
虽然不同的机器人，对应的机器人程序文件格式不同，
但是对于这种采用机器人程序文件作为离线编程系统 同实际 机 器 人 系 统 接 口 的 方 式，其 实 现 方 法 是 相 同 的［-.］。
$# 弧焊离线编程系统实用化技术研究趋势
$" &# 传感器接口与仿真功能
由于多传感器信息驱动的机器人控制策略已经成 为研究热点，结合实用化需求传感器的接口和仿真工 作将成为离线编程系统实用化的研究热点。通过外加 焊缝跟踪传感器来动态调整焊缝位置偏差，保证离线 编程系统达到实焊要求。
目前，传感器很少应用的主要原因在于难于编制 带有传感器操作的机器人程序，德国 5#(6"1&%( 研究了 9 +
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离线编程系统中对传感器操作进行编程的方法，在仿 真焊缝寻找功能时，给出起始点和寻找方向，系统仿真 出机器人运动结果［+,］。
!" #$ 高效的标定技术
弧焊离线编程系统的标定精度直接决定了最后的 焊接质量。哈尔滨工业大学针对机器人离线编程技术 应用过程中工件标定问题进行了研究，提出正交平面 工件标定、圆形基准四点工件标定和辅助特征点三点 三种工件标定算法［+-］。实用化要求更精确的标定精度 来保证焊接质量，故精度更高的标定方法成为重要研 究方向。
对于不需要变位机进行中间变位或协调焊接的情 况下，工作单元简单，经过标定后的离线编程程序下载 给机器人执行，得到的结果都很满意。而对于有变位 机协调焊接时，如何把变位机和机器人的空间位置关 系标得很准还需要深入地研究。
!" !$ 焊缝起始点确定技术
在工业应用中，装有离线编程系统并具一定自主 功能的第二代机器人对被焊工件的工装、夹具的安装 定位精度要求较高，于是在局部环境中的焊缝及其起 始点的确定技术变得尤为重要。离线编程技术集成焊 缝起始点导引技术，这将大大扩展离线编程系统的适 用空间。
上海交通大学研究用于焊接机器人初始焊位导引 的视觉伺服策略技术，通过引入初始焊位导引控制算 法来初步确定焊缝起始点区域［+.］；哈尔滨工业大学建 立了基于力觉传感的焊缝自适应辨识标定技术，通过 判断六维力状态是否有突变，根据突变判断探针在焊 缝实际起始点位置区域，从而得出焊缝起始点位置，并 为起始点姿态计算提供条件［+/］。
对于焊缝起始点的确定各个机器人公司的解决方 法不同，如 012 机器人只是通过工件的准确标定来保 证；23$32#4 机器人焊接角焊缝时对工件标定精度的要 求松一些，离线编程只要控制机器人到起始点附近，就 能够找到焊缝的起始点；56778 机器人虽然提供了工 件定位沿 !、"、# 三个方向位置偏差的补偿方法，这对 工件在水平位置安装时很适合，但其他场合时就不太 适用，故也要求工件标定准确。
%$ 结束语
结合目前中国焊接机器人在制造业的广泛应用和 十一五科技自主创新需要，机器人焊接离线编程与仿 真的研究具有深远意义。国内现有开发的弧焊离线编
程系统仍处于仿真阶段，到达实用化还有待于进一步 的研究。期待将离线编程系统从实验室引入到企业中 去，为中国企业提供廉价且专业的机器人弧焊离线编 程全套解决方案。
参 考 文 献
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!""# 年第 # 期
高效焊接技术研究现状及进展
上海交通大学上海市激光制造及材料改性重点实验室 （+,,+-,）. . 马晓丽! 华学明! 吴毅雄 摘要! 弧焊高效焊接技术主要以提高熔敷效率和焊接速度为目的。其中高熔敷效率焊接主要是在单位时间 内熔化更多的焊接材料，代表工艺为 /0 10 20 30 焊接；高速焊接是在提高焊接速度的同时提高焊接电流，以维持焊 接热输入大体上保持不变，代表工艺以多丝弧焊技术为主。此外，高效焊接技术还包括其它焊接方法，都可以大大 提高焊接效率，主要有激光复合焊，’ 4 /15 焊等。文中主要介绍了这几种典型的弧焊高效焊接技术的研究现状及 其进展。
关键词：! 高效焊接! "# $# %# &# 焊! 多丝弧焊! 激光复合焊! ’ ( "$) 焊 中图分类号：! ")**
+! 前! ! 言
焊接作为工业生产的重要环节，效率的提高对总 的生产率的提高有着举足轻重的作用。对于如何改善 焊接质量和提高焊接生产率进行了大量的研究，其中 主要包括两个方面：一是以提高焊接材料的熔化速度 为目的的高熔敷效率焊接，主要用于厚板焊接。二是 以提高焊接速度为目的的高速焊接，主要用于薄板焊
接［6 7 8］。另外，复合热源和加活性助焊剂方法也成为高效
焊接的主要研究方向，如激光复合焊、’ 4 /15 焊等。
,! 高熔敷效率焊接
最具代表性的高熔敷效率焊接工艺为 /0 10 20 30
收稿日期：+,,9 4 ,: 4 +:
焊接工艺（/&#;<="& 1>;(?"@ 2>*$"; 3;"&AB C&>)"<<）。它 可以实现稳定的旋转射流过渡，突破传统 2’5 焊电流 的极限，使熔敷效率大大提高。
+, 世纪 D, 年代，/0 10 20 30 焊首先在日本和加拿 大被应用。6EE, 年 8 月在维也纳焊接商贸会上首次被 介绍到欧洲，同年奥地利的 !&>;(%< 公司成为此种专利 工艺在欧洲市场的总代理［9］。目前，/0 10 20 30 焊工艺 已被应用于造船业、钢结构工程、汽车制造业、机械工 程、罐结构和军工产品中［D］。由于采用四种成分的混 合气体，尤其是 F" 的加入，使 /0 10 20 30 焊接保护气体 成本较高。为此各国在开发和应用 /0 10 20 30 焊工艺 同时，也针对具体应用要求开发了基于三元或二元气 体的 /0 10 20 30 焊替代工艺。表 6 为 : 种高熔敷效率 焊接方法的对比状况
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作者简介：! 刘圣祥，6ED: 年出生，硕士研究生。主要从事弧焊
机器人离线编程的研究。
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