李 勛

（安徽埃夫特智能裝備有限公司，安徽 蕪湖 241007）

一、概述

伺服焊槍是采用帶有數(shù)字控制的交流伺服電機控制，其電極速度、位置、壓力都可以精確控制的焊接設(shè)備。主要應(yīng)用在汽車制造白車身焊接工藝中。因其與氣動焊槍相比能夠大幅度提高焊點質(zhì)量，有氣動焊槍無法比擬的優(yōu)點，目前國外的一些汽車制造廠商如豐田、本田、寶馬、福特等公司已經(jīng)將伺服焊槍全面應(yīng)用于生產(chǎn)線上進行車身的點焊焊接。國內(nèi)的汽車廠商近幾年已經(jīng)逐步的將氣動焊槍替換為伺服焊槍，如奇瑞、江淮。

伺服焊槍應(yīng)用的主要形式是作為點焊機器人的附加軸（即第七軸），由機器人控制器對伺服焊槍進行速度、位置、壓力的精確控制。但所使用的機器人絕大多數(shù)都是應(yīng)用國外的機器人，如KUKA，F(xiàn)ANUC，MOTOMAN等，使用國產(chǎn)機器人的寥寥無幾。國產(chǎn)工業(yè)機器人目前尚在發(fā)展階段，其功能性和穩(wěn)定性正在逐步的完善。本文所述的國產(chǎn)機器人是由安徽埃夫特智能裝備有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的ER165C-C10型工業(yè)機器人，伺服焊槍應(yīng)用的是由日本小原公司定制。伺服焊槍在機器人應(yīng)用上的關(guān)鍵是電極帽修模后的補償功能，本文采用一種新穎簡單的方法實現(xiàn)補償功能，無需更改機器人的運動學算法。

圖1 七軸驅(qū)動器參數(shù)配置界面

二、伺服焊槍配置

伺服焊槍的作為ER165C-C10的附加軸進行控制，附加軸類型設(shè)置外部直線型。外部直線型的意義是附加軸的位置表示是長度的形式，其運動關(guān)系與機器人自身的六個軸只有時間上的插補，即同時啟動和同時到達，沒有運動學關(guān)系上的插補。伺服焊槍安裝完成后，主要配置以下幾個參數(shù)，見圖1。

Position scaling 位置比例（減速比）

SW limit negative 負限位

SW limit positive 正限位

Max velocity 最大速度

Max acceleration 最大加速度

Max deceleration 最大減速度

三、命令介紹

在ER165C-C10機器人系統(tǒng)中編程新增三條關(guān)于伺服焊槍的命令，即Spot、Compensate和Weld，見圖2，以下詳細介紹。

在歐美國家，兒童行為性失眠問題已引起社會、家長以及睡眠研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，系列研究顯示，切合不同年齡兒童睡眠特點，開展針對性的行為干預(yù)，減少家長在兒童入睡及夜醒時的過度關(guān)注和干預(yù)，包括鼓勵兒童在自己的小床上單獨入睡，避免入睡時家長在場以及采取喂養(yǎng)、搖晃等干預(yù)措施，兒童夜醒后控制離開小床的時間等策略，促進兒童自我安撫、自我入睡能力的發(fā)展，能夠持久、經(jīng)濟、有效的預(yù)防并矯正兒童行為性失眠問題，94%的干預(yù)研究報道行為干預(yù)在矯正兒童行為性失眠上有效，同時80%的研究認為經(jīng)過行為干預(yù)，兒童的睡眠狀況有顯著的改善。

Spot 命令格式為

Spot（pressure : REAL， thickness :REAL）

Spot 命令的功能是實現(xiàn)伺服焊槍的閉合加壓，Spot首先將伺服焊槍動電極臂運動至板厚（thickness）位置，再進行加壓，將焊槍兩電極臂之間的壓力加到指定壓力值（pressure）。

加壓過程為電極一直運動，實時采集電機的扭矩值（即壓力值）若達到指定壓力，停止電極運動。壓力值與電機扭矩的對應(yīng)關(guān)系是通過壓力表多點采集壓力扭矩曲線得到的，與國外機器人伺服焊槍壓力標定方法一致，這里不再敘述。

Compensate命令格式為

Compensate（pressure : REAL，maxDist : REAL）

圖3 伺服焊槍補償原理

Weld命令格式為

Weld（TimerSeries : DINT，GroupNO: DINT）

Weld命令的功能是向焊接控制器發(fā)送焊接規(guī)范好和組號，TimerSeries為焊接規(guī)范號，GroupNO為組號。規(guī)范號和組號都是只有16個，即0～15。Weld命令中不包含等待焊接完成的操作，用戶需要自行編寫等待焊接完成信號的程序。當用戶輸入不在0～15范圍內(nèi)時，此命令不執(zhí)行，TimerSeries、GroupNO都為初始值0。

四、補償原理

ER165C-C10機器人的伺服焊槍補償功能是通過補償工具坐標系實現(xiàn)的。在焊槍工具坐標系建立完成后，將七軸運行至設(shè)定補償?shù)膲毫χ担╬ressure）位置，采集出七軸當前位置值，當前位置值就是上下電極帽的磨損量之和（offset），默認兩個電機帽的修磨量相同。將offset加到Spot命令的板厚上，使七軸在電機帽修磨后多運行offset，另外將offset/2加到工具坐標系電機桿所對應(yīng)的方向（假設(shè)為Z方向），然后加載新的工具坐標系，使機器人沿工具坐標系Z方向多運行offset/2。 這樣就實現(xiàn)了電極帽磨損后，仍然可以保證靜電極臂始終貼著板件，動電極臂Spot時始終運行的真實的板厚位置，實現(xiàn)補償。如圖3所示。

五、實現(xiàn)步驟與注意事項

1 實現(xiàn)步驟（見圖4）

圖4

2 注意事項

（1）制作焊槍零點、示教修改機器人位置時必須更換為新電極帽。

（2）示教機器人記錄位置點必須在DefaultTool工具坐標系下。

（3）示教機器人焊接程序，示教記錄點時Spot命令前一個位置數(shù)據(jù)必須采用cp類型即CARTPOS類型，只有CARTPOS類型的點才能實現(xiàn)補償功能。插補方式可以應(yīng)用PTP或者Line都可以。

（4）制作焊槍零點時，請設(shè)置板厚為3mm或更大，避免電極帽過長，使焊槍過載。

（5）更換電極帽后，使用Spot命令加壓壓緊電極帽，避免人工安裝電極帽不緊。

（6）若加壓過程較慢，可能電極帽長度不一，需重新制作零點。

（7）修磨電極帽時，請設(shè)置事宜的壓力和板厚，板厚不宜過小，比修磨器刀口厚度大1mm為宜。

六、結(jié)論

通過客戶現(xiàn)場的實際應(yīng)用，相比氣動焊槍，伺服焊槍的主要差別在于輸入量和相應(yīng)的控制模型是恒定轉(zhuǎn)矩。從控制的觀點來看：氣動焊機是開環(huán)控制，伺服焊槍則是具有反饋的閉環(huán)控制。相應(yīng)地，伺服焊槍電極的運動和力就可以得到更加精確的控制。這些新的技術(shù)特點和功能可以使焊接過程更易控制，焊機更易操作，并可提高焊點質(zhì)量?？偨Y(jié)起來，伺服焊槍與氣動焊槍相比有以下四點優(yōu)勢：

1 電極運動速率控制精確

氣動焊槍的電極運動靠氣缸來控制，這使電極運動速率很難精確控制，電極運動的高速率，會造成電極與工件接觸時的沖擊很大，致使電極力會發(fā)生短時間的振蕩，從而影響電極壽命。而對于伺服焊槍，電極的運動由伺服電機控制，能夠很好地控制電極運動速率，使電極與工件接觸時的沖擊很小，從而提高電極壽命。

2 點焊生產(chǎn)率大大提高

伺服焊槍完成一個焊點所用的焊接時間為0.86秒，氣動焊機則需1.3秒，也就是說用伺服焊槍完成一個焊點要節(jié)省0.44秒的焊接時間。相對于一個焊件的幾千個焊點，每個焊點節(jié)省0.44秒的焊接時間對裝配過程生產(chǎn)率的提高就非常重要，轎車車身裝配線的生產(chǎn)能力就可以大大提高。另外，可編程電極行程和速度也可以縮短同一工位上多個焊點的預(yù)壓持續(xù)時間，這也可以提高焊接生產(chǎn)率。

3 鍛壓力的獲得

焊接過程的可控性要歸功于伺服電機和它的控制技術(shù)。由于可以容易地改變電極壓力，焊接過程中鍛壓力的獲得就變得可能。

4 電極力和電極位移的獲得

伺服電機轉(zhuǎn)矩和速度作為電機控制器的輸出量，其變化量可以容易地轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌O力和電極位置的變化，并且使電極力和電極位移信號的在線實時監(jiān)控變得可行，電極位置、在線失效探測和電極補償?shù)臏蚀_測量也就比氣動焊機更容易。

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