雙機器人空間雙縫協(xié)同焊接工作站的設計

1、雙機器人空間雙縫協(xié)同焊接工作站的制定 雙機器人空間雙縫協(xié)同焊接工作站的制定0引言薄壁零件在焊接過程中會產(chǎn)生較大的內(nèi)應力，導致較大的變形，當同一零件上具有多道空間焊縫時，該零件的由焊接所產(chǎn)生的變形就非常復雜，不利于分析和控制1。在使用常用的減少內(nèi)應力的方法沒有達到滿意的效果后，本項目組通過綜合分析空間對接焊縫零件焊縫之間熱輸入量及變形的互相影響，并通過工藝試驗論證確定了采納雙機器人對該零件進行雙縫同步焊接，協(xié)同變位機帶動焊接零件變位，使焊接位置始終處于最優(yōu)的狀態(tài)，以達到確保焊縫成型質(zhì)量及有效控制焊接變形的目的2。1焊接工藝及流程分析本方案必必須將焊縫分為四段焊接。首先，工件裝夾固定完畢后，機械手

2、從長直焊縫一端起弧，依據(jù)工藝必必須要，設定合適的焊接電流、焊接速度、送絲速度等焊接參數(shù)，焊至接近拐角四周位置，如圖1a所示。圖 1焊接工藝流程圖然后，從拐角四周位置變位機開始旋轉(zhuǎn)，機器人焊槍軌跡點跟隨變位機位置變化協(xié)調(diào)運動，使焊槍始終堅持最正確焊接姿態(tài)，并選取適當?shù)暮附訁?shù)，直到焊過拐角，如圖2b所示。接下來，焊過拐角，此時短直焊縫水平向上，變位機停止旋轉(zhuǎn)，機械手夾持焊槍做直線運動，并堅持最正確焊槍姿態(tài)，完成直線段焊接如圖2c所示最后到另一尖角位置，變位機開始旋轉(zhuǎn)，機器人焊槍軌跡點跟隨變位機位置協(xié)調(diào)運動，使焊槍始終堅持最正確焊接姿態(tài)，并且堅持合適的焊接參數(shù)。直到焊接完成，如圖2d所示。本系統(tǒng)采

3、納人工上料的方式完成工件的裝夾與點定，當工人完成裝夾后，按啟動焊接按鈕，系統(tǒng)控制器推斷每個氣缸是否夾持到位，如果夾持不到位，將給予提示。啟動焊接后，機器人按人工示教編程后儲存的程序進行焊接，機器人先對直焊縫進行滿焊，到直角過度段的時候，機器人控制柜控制協(xié)同變位機調(diào)整角度，對拐角處的焊縫進行焊接，過完拐角繼續(xù)焊接另一個平面的直焊縫，最后完成焊接，時效處理后人工下件。流程圖如圖2所示。圖 2焊接工藝流程圖2系統(tǒng)組成與布局自動焊接工作站包括機器人分系統(tǒng)、焊接分系統(tǒng)、工裝夾具分系統(tǒng)、安全防護分系統(tǒng)和監(jiān)控分系統(tǒng)。自動焊接工作站采納雙縫雙弧焊方式，必必須要兩臺弧焊機器人；自動化工裝夾具通過氣缸將工件定位夾

4、緊，在變位機的位姿變幻下完成可靠焊接；安全防護分系統(tǒng)用來做工作站的周界防護，避免工人在系統(tǒng)運行時進入工作區(qū)域。擬采納的設備有安全光幕、安全門、圍欄等；監(jiān)控分系統(tǒng)控制整個系統(tǒng)的邏輯動作，擬采納plc來實現(xiàn)各種傳感器的控制，并將系統(tǒng)狀態(tài)信息采集并傳輸?shù)接|摸屏上，操作人員可在工作區(qū)域外部清楚地看到整個系統(tǒng)的運行狀況，并可通過觸摸屏與控制臺對系統(tǒng)進行控制。布局圖如圖3所示：1變位機 2滑軌 3機器人 4滑臺 5焊接電源 6水冷箱 7拖鏈 8走線槽圖 3工作站布局圖該工作站設置一個修理門和一個上下料們，技術(shù)員可通過修理門進入工作站進行檢修和調(diào)試，工人通過電動卷簾門進入工作站將工件通過夾具安裝到變位機上，

5、適當選取機器人型號以覆蓋所有焊縫，該布局方案的優(yōu)點是上下件安全、方便，各機構(gòu)在工作中不易產(chǎn)生干涉3。3系統(tǒng)控制雙機器人自動焊接工作站在控制上分為兩個層次：系統(tǒng)主控層和機器人焊接控制層。系統(tǒng)控制原理圖如圖4所示。圖 4系統(tǒng)控制原理圖系統(tǒng)采納plc 為主控器，收集各傳感器信號，進行邏輯運算，然后輸出邏輯動作命令控制機器人、夾具氣缸、信號燈等執(zhí)行結(jié)構(gòu)動作。觸摸屏依據(jù)必必須要提取plc內(nèi)部寄存器的信號，將工作站的運行狀態(tài)顯示出來。操作盒可實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動、停止等操作功能。機器人焊接控制層通過機器人控制柜和焊接電源的信號交互實現(xiàn)對機器人動作、外部軸動作和焊接系統(tǒng)的控制。機器人控制柜是該層的控制器，通過工業(yè)

6、現(xiàn)場總線與焊接電源和機器人外部軸進行信號傳送，本工作站采納的是abb弧焊機器人和福尼斯焊接電源，機器人與福尼斯焊接電源采納devicenet工業(yè)總線進行通訊。兩臺機器人由一臺作為主機器人，另外一臺機器人和變位機都作為主機器人的外部擴大軸。兩臺機器人之間采納機器人協(xié)同控制軟件和標準工業(yè)現(xiàn)場總線進行通訊該線纜有機器人廠商提供，abb機器人采納以太網(wǎng)，確保雙機器人協(xié)同控制。系統(tǒng)分兩種工作模式：手動模式下進行示教編程，機器人各自示教完成后，可通過模擬焊接過程，執(zhí)行示教焊接程序，通過多次調(diào)整各段的示教參數(shù)，直到符合要求為止；自動模式下進行自動焊接，如果焊前準備工作完成，確認各參數(shù)設置無誤，將機器人切換到

7、自動模式進行自動焊接，在自動焊接過程中提供自動保護功能，配合按鈕操作盒，操實現(xiàn)對工作站的啟動停止等控制4。機器人與焊接電源用現(xiàn)場總線devicenet模塊實現(xiàn)數(shù)字化通訊，焊接電流、送絲速度等參數(shù)可以在機器人示教器上直接設定，實現(xiàn)不同焊接參數(shù)的切換，以適應不同焊縫位置的必必須要。本方案將變位機放入到機器人分系統(tǒng)中，充當六自由度機器人的第七軸，由機器人控制柜控制其轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)機器人和變位機的聯(lián)動控制，可以確保焊縫為最正確焊接位姿。為了對自動化焊接工作站進行參數(shù)設置、調(diào)整、排故等工作，工作站除了正常的自動焊接模式外，還必必須要制定一套手動模式的操作，本工作站在觸摸屏上進行手/自動模式的切換，可以將

8、工作模式切換到手動模式。手動控制模式主要在以下操作時使用：1、零件逐個在夾具上定位夾緊時合計現(xiàn)場夾具的操作方便性，在夾具上安裝一個夾具控制盒，用于控制夾具的氣缸的夾緊與放松，并幫助操作人員確保每一步都夾緊到位。(1)夾緊按鈕：工人手動將零件放到夾具上，按一次，夾緊下一步所對應的氣缸，每放好一個零件按一次夾緊按鈕，直到夾緊定位好最后一個零件。(2)放松按鈕：當上一步夾緊的零件出現(xiàn)問題時，按放松按鈕，放松上一步所對應的氣缸，重新擺放零件。(3)夾具退按鈕：當焊接失效處理完成后，必必須要下件，按一次，放松所有已夾緊的氣缸。(4)單步夾緊指示燈：當單步的所有氣缸夾緊到位時，該指示燈會繼續(xù)亮一秒，然后滅

9、，指示工人可以夾持下一個零件了。如果夾持好零件后該燈沒有正常亮起，表示該組氣缸有部分沒有夾持到位，應該按“夾具退按鈕，排故，重新夾緊。(5)全部夾緊指示燈：當氣缸全部夾緊時，該指示燈會一直亮著，這時候人員可以退出工作站，開始自動模式的焊接。按鈕盒示意圖如圖5：圖 5夾具控制盒示意圖2、機器人試教編程在機器人試教編程時，必必須要將工作站切換到手動模式下，這時候機器人才會將控制的權(quán)利交給示教盒。3、焊接參數(shù)的調(diào)整在焊接參數(shù)的調(diào)整的時候，必必須要將系統(tǒng)切換成手動模式，焊接電源才同意修改焊接參數(shù)。4、另外說明在手動模式下，由于人員有可能必必須要進入工作站區(qū)域，所以設定屏蔽光柵報警，檢修門關(guān)緊不到位報警

10、等報警互鎖功能。本機器人工作站制定了一款t型操作臺作為工人進行正常自動化焊接的基本操作平臺。該平臺具有簡潔、方便且安全的特性。該操作臺的按鈕作用如下：(1) 啟動按鈕：雙手按下兩個按鈕，在符合啟動條件下，系統(tǒng)將啟動，這樣有效地防止人員的誤操作，提升使用安全性。(2) 焊接暫停按鈕：按下，系統(tǒng)將進入暫停狀態(tài)，機器人會記錄當前焊接位置。(3) 緊急停止按鈕：按下，系統(tǒng)將進入急停，只有當緊急停止按鈕撤銷后，機器人才干動作。(4) 程序繼續(xù)：在急?；驎和Ｈ∠螅聪鲁绦蚶^續(xù)按鈕，系統(tǒng)將繼續(xù)急?；驎和Ｇ暗墓ぷ?，為確保焊接質(zhì)量，機器人控制焊槍往回焊接一小段距離后再往前焊。t型操作臺的按鈕分布示意圖如圖6所

11、示：圖 6 t型操作臺另外，在系統(tǒng)控制上，還有幾點必必須要特別說明：首先，除急停信號外，plc不對機器人、變位機、焊機系統(tǒng)進行控制，這些都有機器人控制柜進行控制和參數(shù)調(diào)取；然后，機器人、變位機、焊機系統(tǒng)在手動模式下，可以模擬行走所示教的路徑。4焊接系統(tǒng)故障分析焊接工藝、機器人的控制以及夾具的合理制定決定了本工作站能否焊接出合格的零件，全面的故障分析及故障處理方法的制定則可提升工作站的可靠性、確保性、安全性和適應性。針對自動化焊接的特點，本工作站對可能出現(xiàn)的故障進行了分析，并制定了工作站碰到這些故障時的邏輯處理方法，并將這些故障顯示在人機交互觸摸屏上，使技術(shù)人員更方便快捷地排故，恢復生產(chǎn)6?？赡?/p>

12、出現(xiàn)的故障如下：1夾具氣缸夾緊不到位在自動狀態(tài)下，當plc檢測到夾具系統(tǒng)中某一個磁感應開關(guān)沒有導通5，表示該位置的氣缸夾緊不到位，系統(tǒng)將在自動狀態(tài)下無法啟動或系統(tǒng)暫停，并且觸摸屏顯示未夾緊的氣缸的位置。2檢修門或者上下料門關(guān)閉不到位在自動狀態(tài)下，當plc檢測到檢修門上的接近開關(guān)壓緊不到位將觸發(fā)該報警，系統(tǒng)無法啟動；如果在正常焊接中出現(xiàn)該問題，plc控制系統(tǒng)暫停。3光柵報警在自動狀態(tài)下，plc檢測光柵沒有信號輸入，將會觸發(fā)該報警。此時系統(tǒng)無法啟動或焊接暫停。4. 缺氣報警檢測氣壓開關(guān)安裝在保護氣瓶出口處，可以有效監(jiān)測氣瓶的氣量，避免缺氣、少氣。plc檢測氣壓開關(guān)沒有信號輸入，將會觸發(fā)該報警。自動

13、狀態(tài)下系統(tǒng)無法啟動或系統(tǒng)急停，手動狀態(tài)只報警不限制系統(tǒng)使用5. 斷絲保護plc檢測到焊絲檢測開關(guān)沒有信號輸入，將會觸發(fā)該報警。自動狀態(tài)下系統(tǒng)無法啟動或系統(tǒng)急停，手動狀態(tài)只報警不限制系統(tǒng)使用。plc檢測從焊機引出的斷弧信號反饋沒有信號輸入，將會觸發(fā)該報警。自動狀態(tài)下系統(tǒng)急停，手動狀態(tài)只報警不限制系統(tǒng)使用。7. 機器人碰撞報警plc檢測到從撞槍傳感應器輸入的信號，將會觸發(fā)該報警，此時系統(tǒng)急停。8. 水流開關(guān)報警水流檢測開關(guān)安裝到冷水箱回流口處，可確保水流經(jīng)過了焊槍，起到了冷卻的效果。plc檢測水流開關(guān)沒有信號輸入，將會觸發(fā)該報警系統(tǒng)處理：自動狀態(tài)下系統(tǒng)急停，手動狀態(tài)只報警不限制系統(tǒng)使用9. 機器人報警plc檢測到機器人報警輸入口沒有信號輸入，將會觸發(fā)該報警。自動狀態(tài)下系統(tǒng)急停，手動狀態(tài)由機器人系統(tǒng)自身推斷如何處理在手動模式下，為了不影響操