随着工业自动化的快速发展，自动弧焊系统越来越多地应用于各个行业。工业机器人弧焊系统广泛应用于汽车工业。以工业机器人为焊接主体，将工件定位夹紧在特定的自动夹具上，通过控制系统实现机器人的自动焊接。这类工作站的安全防护也很重要，主要包括两个方面，一是焊接产生的弧光防护，二是机械安全故障。本文的目的是在设计弧焊系统时把安全放在第一位。做好电弧保护和机械故障。由于人的能力是有限的，传统的只关注人的不安全行为的方法已经不能满足人们对安全和健康的渴求，尤其是对于日益复杂的， 当今系统化和集成化的机械设备。因此，人们倾向于消除设备的不安全状态，避免人的不安全行为和设备的不安全状态的交叉，采用这两种方法来避免安全事故的发生。实践证明，这两种方法也是最有效的方法。
机器人弧焊站介绍
使用工业机器人的自动焊接系统称为机器人弧焊工作站。如图1所示，一般机器人弧焊工作站主要由以下几部分组成:
图11.弧焊机器人本体
弧焊机器人本体是指它一般有六个自由度，通过使用高精度的伺服电机，可以在一定的工作范围内像人的手臂一样灵活准确地运动。作为弧焊系统中焊枪的载体，它可以实现焊接位置、焊接姿态、焊接轨迹等。由于机器人本体运动范围大，操作迅速，手臂运动迅速等。，这些都会造成安全隐患。整个机器人在最大运动范围内都有潜在的危险。
图2机器人本体的运动范围2.功能设备
弧焊系统中的功能设备一般是指各种焊接电源和所有与焊接电源相关的配套设备，是体现系统功能的设备。根据客户要求或公司标准来选择合适的焊接设备。
3.夹具(包括定位器)
夹具是实现工件定位的关键设备，根据工件定位要求对工件进行精确定位，以机灌实现精确焊接。经常需要根据焊缝形状增加变位设备，实现机器人与变位机的运动配合，实现复杂和圆形焊缝。
图3定位器的运动范围和夹具4.电气控制设备
电气控制设备是系统运行的控制中心，是系统正常运行的保证。自动化也主要通过电气W系统来实现。通过手动输入相关指令，系统将自动实现焊接过程。操作者只需轻轻一按，相关设备就会按照人员预设的程序指令实现自动工作过程。这是操作员和设备的通信媒介。
5.系统安全设备
系统安全设备-W是指用于系统围栏、电弧保护、设备安全和人员安全的设备。主要根据工作站的危害源，设计相关防护，确保操作人员的安全。
二、机器人弧焊站安全防护分类
机器人弧焊工作站对人体的危害主要来自两个方面:一方面是焊接本身对人的危害，另一方面是移动机器人、变位机等机械设备在其运动范围内的潜在危险。以下是这两方面的危害。
1、焊接的危害
(1)焊接弧光
焊接时，强烈的弧光会对眼睛和皮肤造成急性和慢性损伤。眼睛过度暴露于弧光下的紫外线会导致角膜结膜炎。轻者眼睛有异物感和轻度不适，重者眼睛有灼痛感和剧烈疼痛，并伴有畏光、流泪、面肌痉挛等症状。
(2)焊接烟尘和有毒气体
焊接时，焊丝、焊条和药皮在高温作用下产生大量有害烟尘。这些烟尘的主要成分是铁、铝和锰。空气在弧光作用下会产生氮氧化物等有毒气体。一旦人们长期吸入这种金属粉尘和有毒气体，就会对人造成很大的危害。
2.安全故障导致的机械损坏
安全故障是指机器人及其系统在试图保证部件或某一部分时发生的不可预知的故障。设计系统时应考虑这些条件。如果某个功能受到影响而挂起，整个系统仍然处于安全状态，要提供一个能保证安全的工作模式(比如锁定)，防止自启动。
三、机器人弧焊站的安全保护模式
机器人弧焊站的安全防护模式主要是针对上面提到的两种伤害，一种是针对弧光、弧焊烟尘和有毒气体，一种是针对机械故障。针对这两种伤害采取不同的安全防护方法。
1.防电弧和烟雾保护
一般情况下，对弧光和烟雾的防护主要是屏蔽，焊接位置用封闭的安全围栏与外界隔离。此外，在焊接工位上方安装排烟系统，将焊接产生的烟雾和有害气体从工位排出，进行集中处理。安全栅栏是系统安全设备的一部分。如图4所示，周界围栏将焊接站与外界隔离，围栏顶部装有保护顶盖，与排烟系统或管道相连。当焊接产生烟雾和有害气体时，能及时排出工作站外，使操作人员或维修人员在工作站外看不到弧光或防止进入工作站时吸入有害烟尘。一般的弧焊工作站都应该有这个保护系统。
图4图5除了上述的整体防护外，还应根据工作站的不同布局采取不同的方法将操作者与电弧焊场所隔离。在多工位焊接工作站中，应使用柔性或刚性防护设施将正在装卸工件的操作人员与焊接工位隔离，以避免操作人员在工作过程中被弧光伤害。本文通过几种常见的布置说明了在焊接过程中如何将操作者与焊接站隔离。
(1)单站弧焊站的电弧保护
单工位弧焊工位的主要电弧保护在工人安装工件的位置，其余位置可以用固定的安全保护装置屏蔽，而工人装卸工件的位置就是工人操作的位置。如果在邮政服务站没有封闭和屏蔽，工作站外的人很容易受到电弧和烟雾的伤害。如图5所示，它是一个单工位工作站，人们可以在这里安装工件或者快速更换夹具，但是当机器人在夹具处焊接时，这个位置需要与外界隔离，否则站外的人会被弧光伤害。通常，柔性设备安装在一个地方。焊接时，柔性设备是封闭的，隔绝了弧光和烟雾。装卸工件时，设备开启，人员可以装卸工件。这样，当机器人焊接时， 站外的操作员可避免受伤。A中的设备可根据实际情况和用户要求设计或购买。一般采用自动卷帘门，可以实现自动控制和柔性隔离。
(2)两个或更多工作站的电弧保护
为了提高效率和节省空间，一般的弧焊工作站N设计有两个或两个以上的焊接工位。一个工位焊接时，另一个工位可以装卸工件，可以大大提高设备的使用效率。常用的两工位工作站如图6所示。
图6除了形状不同之外，这些工作站的布局在电弧保护方面是一致的。A1和A2处需要安装柔性屏蔽装置，B处需要安装刚性或柔性屏蔽装置，以隔离夹具1和夹具2。机器人在夹具1焊接时，夹具2处于手动装卸状态。如果B处没有遮挡，操作者在夹具2处装卸工件时会被弧光伤害。而且在B点设计电弧屏蔽设备时，必须考虑机器人的运动范围，既不能干扰机器人的运动，又具有屏蔽电弧和焊接飞溅的功能，需要根据实际的设备布局进行设计。
2、针对机械安全故障
弧焊站的安全不仅要防止弧光、烟尘对周围环境和人员的危害，还要防止机械安全失效。当弧焊系统处于工作状态时，必须确保操作人员处于安全范围内。当操作人员误操作或机器意外故障时，系统能及时停止工作，确保人员安全。大多数不安全事故都是由人的不安全行为、设备的不安全状况或人的不安全行为和设备的不安全状况的交叉造成的。有的会造成人身伤害，所以要从以下几个方面来预防伤害的发生。
(1)消除人的不安全行为
人的不安全行为主要是操作人员对系统操作不当造成的人身危害。只有法律、法规、部门规章和操作规范才能规范操作者的行为，避免危害的发生。因此，有必要定期对操作人员进行操作程序和安全意识的培训，以提高其素质和能力。
(2)消除设备的不安全状态
因为人的能力是有限的，传统的只关注人的不安全行为的方法已经不能满足人们对安全健康的渴求，尤其是对于今天日益复杂、系统化、集成化的机械设备。因此，人们倾向于通过消除设备的不安全状态或人的不安全行为与设备的不安全状态的交集来避免安全事故的发生。实践证明，这两种方法也是最有效的方法。
弧焊站的不安全设备主要包括焊接机器人和旋转位移设备。两者都有一定的活动范围，如果操作者在工作状态下进入他们的活动范围，就有很大的危险。设备工作时，必须防止人员进入不安全区域。首先要用固定的防护装置将人与两者的运动范围隔开，防止人进入不安全区域，减少人暴露在危险区域的概率。其次，当操作人员进入危险区域时，必须确保机器处于停止或故障状态。
图7图8如图7所示，A1和A2是装载和卸载工件的位置。要求操作人员只能在阴影区域装卸工件，并使用固定护栏和围栏防止操作人员进入工作站的其他区域。同时可以在适当的位置安装安全光幕，由人员操作进行检测。如果有人进入该区域，安全光幕检测到信号后会通过安全继电器将信号传输给机器人控制系统，从而切断设备电源，使设备停止工作。这是机械和电子控制相结合，消除物体的不安全因素。
在图7中，c是安全门，人们可以通过它进入以维护和修理系统。在工作站正常运行的情况下，不允许人员通过此门进入工作站。除了机械锁，安全门上还需要安装电子安全锁，如图8所示，检测安全门的开关状态。当操作员进入工作站进行维护和维修时，工作站中的设备N处于故障状态。当操作者在设备运行时打开安全门，安装在门上的安全锁体与安全钥匙分离，系统检测到此信号断开，通过安全继电器将信号传递给机器人控制系统，切断设备电源，强制设备停止工作，保证人员安全。
此外，工作站的N部分配有紧急停止按钮。当出现意外情况时，站外操作人员可以及时按下急停按钮，立即停止系统。急停按钮还通过安全继电器与机器人控制系统相连，能及时切断设备电源，停止设备运行。这些方法可以有效地防止设备运行时的事故。
(3)消除人的不安全行为和N待机的不安全状态的交集。
人员是运营的核心。只有避免人员的不安全行为，并结合设备的安全状态，才是对人员安全相对最好的保障。在实际工作中，设计弧焊系统时，应综合考虑设备的不安全状态。在实际操作中，应对操作人员进行各种法律法规、操作规程和安全意识的培训，以便在日常生产中养成良好的安全和正确的操作习惯。
四。结论
对于弧焊系统的安全性，主要从电弧保护和机械安全失效两个方面来说明。在设计系统弧焊站之前，应充分考虑设备的不安全因素，并通过机械手段避免不安全的设备。弧焊站一般采用固定或柔性的护栏和隔离板进行设备保护，将人与不安全的设备强制隔离。在影响作业或设备相互干扰的情况下，应考虑采用柔性护栏进行隔离。机械安全故障主要通过电子控制来实现。通过电控元件的连接，在设备工作状态下，当人员误操作或进入危险区域时，会自动切断设备电源，迫使设备停止工作，确保人员安全。最后， 操作人员的安全意识和操作规范的培训也很重要。只有充分考虑安全因素，按照正确的操作规范和方法操作设备，相信安全是可以保证的。