于龍飛 李森 周淑紅

上海振華重工電氣有限公司 上海浦東 201208

1 自動(dòng)化焊接設(shè)備概述

智能化自動(dòng)焊接設(shè)備是在傳統(tǒng)焊接設(shè)備的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，綜合運(yùn)用了各種高級(jí)傳感元件，包括視覺(jué)、觸覺(jué)等傳感器，甚至引入了激光掃描元器件來(lái)保證自動(dòng)化焊接精度。為提高焊接設(shè)備的自動(dòng)化精度不僅僅配備了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，而且引入了當(dāng)前比較高級(jí)的專(zhuān)家系統(tǒng)，通過(guò)這兩個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)焊接過(guò)程中的焊縫，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的焊縫以及焊接軌跡來(lái)進(jìn)行自動(dòng)編程優(yōu)化，編程結(jié)合相關(guān)焊接參數(shù)完成自動(dòng)化焊接[1]。同時(shí)，為焊接完成之后的焊接質(zhì)量檢驗(yàn)等工作的進(jìn)行需要生成記錄文件保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備查看。

項(xiàng)目介紹：

1.1 項(xiàng)目目的

焊接工作站主要以減人增效、提高焊接品質(zhì)與穩(wěn)定性、以及改善工人工作環(huán)境、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)智能轉(zhuǎn)型等為目的，以智能化與人工（少量）相配合來(lái)完成工件外部焊縫的焊接為手段，完成工件的整體加工。

1.2 工件信息

此工作站主要完成5種規(guī)格的基架箱體工件外焊縫的自動(dòng)焊接工作（不包括部件內(nèi)部焊縫焊接），設(shè)計(jì)方案、優(yōu)化工藝、規(guī)劃布局等。由于工件較多，從此5種工件中選取工件1作為典型工件，進(jìn)行研究。

2 自動(dòng)化焊接設(shè)備在工程機(jī)械制造中介紹

2.1 主體應(yīng)用

本工作站中的焊接機(jī)器人采用FANUC生產(chǎn)的M-20iA。主要有以下功能：電弧跟蹤和實(shí)時(shí)跟蹤：接觸尋位、電弧跟蹤、電弧重啟功能、再生暫時(shí)停止自動(dòng)恢復(fù)功能等

2.2 焊接電源的應(yīng)用

本站采用FRONIUS TPS5000焊機(jī)是全數(shù)字化MIG/MAG焊機(jī)，采用數(shù)字信號(hào)處理器DSP微處理器來(lái)精確控制焊機(jī)的輸出及反饋，及工作過(guò)程，其控制精確、可靠，焊接性能卓越。同時(shí)數(shù)字化技術(shù)使焊機(jī)成為軟件的載體，隨時(shí)可進(jìn)行軟件升級(jí)（包括新的焊接工藝，新的焊機(jī)功能），在不改變硬件的情況下保證焊機(jī)的先進(jìn)性。

2.3 外部軸行走機(jī)構(gòu)

本站采用獨(dú)有的機(jī)器人滑臺(tái)系統(tǒng)可以完全實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊接，機(jī)器人可以滑動(dòng)4米?？蓾M足不同焊接要求，及五種不同工件長(zhǎng)度焊接的要求。其中，三個(gè)移載軸（X軸、Y軸和Z軸行走機(jī)構(gòu)），均通過(guò)機(jī)器人外部軸電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用齒輪齒條嚙合進(jìn)行傳動(dòng)，沿導(dǎo)軌平移，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移載機(jī)構(gòu)沿X軸、Y軸方向的滑動(dòng)，及沿Z軸方向的升降，定位與重復(fù)定位精度≤±0.1mm，便于焊接機(jī)器人在不同姿態(tài)間轉(zhuǎn)換，完成五種不同工件的焊接要求，最大程度的實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化。移動(dòng)式滑軌重復(fù)定位精度：≦±0.1mm。要求采用國(guó)際一流品牌的伺服電機(jī)、減速機(jī)、直線導(dǎo)軌、齒輪齒條及軸承、電元件器等，并說(shuō)明其品牌和型號(hào)。

2.4 焊接變位機(jī)和夾具

此項(xiàng)目中工件裝夾位置根據(jù)工件的焊接順序和焊接位置等確定，工件定位方式主要采用內(nèi)撐形式，尺寸范圍600～1200mm，夾具主要包括變位機(jī)上的雙向電動(dòng)夾緊裝置、工件下面支撐塊以及工件兩側(cè)起定位和壓緊作用的旋轉(zhuǎn)壓緊裝置等，具體結(jié)構(gòu)需根據(jù)全部零件的圖紙進(jìn)行具體確定與設(shè)計(jì)[2]。

2.5 吸煙除塵設(shè)備

本站采用HERR880系列中央煙塵凈化主機(jī)除了預(yù)過(guò)濾分離功能及濾筒豎放外，HISTec?ePTFE高效覆膜過(guò)濾筒與HiRoto?H型旋轉(zhuǎn)反吹裝置的組合使整個(gè)濾筒的過(guò)濾效率和使用壽命在處理焊接、切割等細(xì)微粉塵時(shí)得到的保障。HISTec?ePTFE高效覆膜濾材通過(guò)了德國(guó)IFA機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。HiRoto?H型旋轉(zhuǎn)反吹裝置為HERR專(zhuān)利產(chǎn)品。880200小型中央凈化器以其小巧的身形，平穩(wěn)的風(fēng)機(jī)被廣泛應(yīng)用在機(jī)械手焊接煙塵凈化上。凈化器可安裝在與Y軸連接的托架上，隨機(jī)械手Y軸一同移動(dòng)。通過(guò)遠(yuǎn)程控制聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械手通過(guò)自動(dòng)啟閉開(kāi)關(guān)來(lái)聯(lián)動(dòng)控制凈化器的啟閉。

3 自動(dòng)化焊接設(shè)備在工程機(jī)械制造中具體應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目的整體控制思路如下

本系統(tǒng)plc控制系統(tǒng)作為主站，MES信息化、robot中央控制器、林肯焊接電源、激光跟蹤器、CCD雙目視覺(jué)作為從站組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。

3.2 PLC的介紹

PLC作為系統(tǒng)主站有兩個(gè)作用，第一是連接各個(gè)設(shè)備硬件彼此間通信以及信息交互。第二是控制外部工裝夾具的打開(kāi)關(guān)閉。

3.3 MES系統(tǒng)的介紹

MWS是集生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品追蹤、質(zhì)量控制、生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報(bào)表為一體的信息化平臺(tái)。

3.4 CCD焊接參數(shù)調(diào)整環(huán)

本系統(tǒng)使用MES信息化系統(tǒng)的主要目的，其一是通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行任務(wù)的下發(fā)；其二是產(chǎn)品質(zhì)量顯示和追蹤。最重要的是通過(guò)CCD雙目視覺(jué)反饋的焊接質(zhì)量進(jìn)行判斷，在MES里調(diào)用之前的焊接參數(shù)發(fā)給plc,plc在發(fā)給機(jī)器人中央控制器，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修改焊接參數(shù)。焊接參數(shù)調(diào)整環(huán)的主要作用是自動(dòng)修改焊接參數(shù)[3]。

3.5 激光追蹤位置調(diào)節(jié)環(huán)

作為位置追蹤的反饋元件，與其他行程位置調(diào)節(jié)環(huán)。主要作用根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整工件個(gè)體位置差異，和擺放差異，并把差異反饋給機(jī)器人進(jìn)行校正。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)化焊接設(shè)備目前已經(jīng)在工程機(jī)械制造中得到了廣泛應(yīng)用，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。利用先進(jìn)的自動(dòng)化焊接機(jī)器人工作站，代替以往的人工焊接方式，可以明顯提升焊接工作效率和焊接質(zhì)量。針對(duì)自動(dòng)化焊接設(shè)備現(xiàn)有的功能貫徹情況而言，在工程制造領(lǐng)域內(nèi)仍舊具備行業(yè)深入條件，并且現(xiàn)有城市建設(shè)多元化的背景中仍舊需要采取更全面的適應(yīng)條件才能夠促進(jìn)相應(yīng)工程技術(shù)的有效貫徹，并滿足后續(xù)實(shí)際工程機(jī)械加工需要，以完善研究體系的貫徹條件。