員俊峰，易國春，許隨馨，耿運(yùn)祥，張紅健

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

防盜門框自動(dòng)焊接機(jī)器人工作站是我所依據(jù)某企業(yè)客戶安居防盜門設(shè)計(jì)制造和銷售的需求，針對(duì)防盜門框研發(fā)設(shè)計(jì)的一套機(jī)器人焊接工作站。系統(tǒng)由兩套滑臺(tái)，四套夾具，三臺(tái)焊接機(jī)器人和周邊安全防護(hù)系統(tǒng)組成。采用主站+從站的控制架構(gòu)，布線簡單，擴(kuò)展方便，整個(gè)系統(tǒng)可靠性更高、操作性更方便、布局的更靈活性，從技術(shù)上保證了焊接效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

該工作站采用氣動(dòng)滑動(dòng)工作臺(tái)和機(jī)器人焊接系統(tǒng)將門框的鍍鋅薄板零件按照需方圖紙要求進(jìn)行焊接。焊縫位置如圖1所示。

圖1 焊縫位置

系統(tǒng)由兩套滑臺(tái)，四套夾具，三臺(tái)焊接機(jī)器人和周邊安全防護(hù)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)布置中每個(gè)滑臺(tái)上安裝有兩套夾具，一套夾具處于裝卡位置時(shí)，另一套夾具處于焊接位置，這樣可以在機(jī)器人焊接的同時(shí)進(jìn)行裝卡和卸下門框，從而提高了工作效率，縮短了機(jī)器人等待時(shí)間。系統(tǒng)布置圖如圖2所示。

焊接機(jī)器人由機(jī)器人本體，自動(dòng)焊機(jī)，送絲機(jī)構(gòu)組成，在機(jī)器人控制柜內(nèi)集成了焊接控制板，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)焊機(jī)的完全控制，另外還配套有清槍剪絲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)焊接過程中的自動(dòng)清槍與剪絲，保證焊接質(zhì)量。

每個(gè)夾具上有26個(gè)氣缸協(xié)調(diào)控制完成門框的定位夾緊任務(wù)，上框時(shí)由手動(dòng)按鈕控制電磁閥完成相應(yīng)氣缸的夾緊與松開動(dòng)作。焊接過程中和焊接完成時(shí)由PLC自動(dòng)控制氣缸的打開和關(guān)閉。夾具電氣信號(hào)通過矩形插頭集中引出，可以實(shí)現(xiàn)快速插拔與互換。

2 控制流程

該門框自動(dòng)焊接系統(tǒng)采用S7系列314-2DP的PLC和5.7吋觸摸屏，配用相應(yīng)的I/O模塊和模擬量輸入模塊，在PROFIBUS總線上配置遠(yuǎn)程模塊2臺(tái)，傳感器若干，PLC與焊接機(jī)器人之間通過I/O交互，實(shí)現(xiàn)信號(hào)聯(lián)鎖，狀態(tài)通知。

滑臺(tái)采用變頻電機(jī)+齒輪齒條的方式，通過西門子mm440變頻器控制電機(jī)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，電機(jī)加編碼器，變頻器配編碼器信號(hào)接收模塊，從而實(shí)現(xiàn)了精確的位置控制，也實(shí)現(xiàn)了滑臺(tái)的平穩(wěn)加減速。

I/O交互網(wǎng)絡(luò)配置圖如圖3所示。

當(dāng)夾具B裝卡完畢后，按下“運(yùn)行”按鈕，當(dāng)夾具A未處于焊接狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行指示燈亮，夾具B運(yùn)行到焊接位置，通知機(jī)器人開始焊接。當(dāng)夾具A處于焊接狀態(tài)時(shí)，夾具B進(jìn)入等待狀態(tài)，運(yùn)行指示燈閃亮，當(dāng)夾具A焊接完成后，夾具B自動(dòng)運(yùn)行到焊接位置。

圖3 I/O交互網(wǎng)絡(luò)配置圖

當(dāng)運(yùn)行到焊接位置后，通知機(jī)器人開始焊接，因?yàn)殚T框有多種類型，每個(gè)夾具焊接的門框尺寸和材質(zhì)都可能會(huì)不同，因此需要機(jī)器人調(diào)用不同的焊接程序來進(jìn)行焊接任務(wù)，所以在機(jī)器人焊接開始之前，需要與PLC進(jìn)行交互，通過每個(gè)夾具對(duì)應(yīng)的門框號(hào)來選擇相應(yīng)的焊接程序，而門框號(hào)是由觸摸屏上進(jìn)行設(shè)置完成的，為了避免設(shè)置錯(cuò)誤，夾具上還安裝有拉線傳感器，通過拉線傳感器的反饋值與設(shè)置的門框數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)設(shè)置錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行提示報(bào)警。而機(jī)器人的每一個(gè)焊接程序也按照相同的門框號(hào)來命名，并在機(jī)器人調(diào)用了焊接程序后首先要發(fā)送該門框號(hào)給PLC，當(dāng)PLC確認(rèn)該門框號(hào)和對(duì)應(yīng)夾具上的門框號(hào)相同的時(shí)候再次發(fā)送允許焊接信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人開始焊接，從而避免了錯(cuò)誤。焊接完成后，另一側(cè)裝卡完成，滑臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行。

滑臺(tái)的移動(dòng)由變頻器+變頻電機(jī)+齒輪齒條組成，在滑臺(tái)兩端各裝有一個(gè)限位開關(guān)，在起始端裝有一個(gè)零位開關(guān)，在電機(jī)后端裝有一個(gè)碼盤,根據(jù)碼盤的計(jì)數(shù)值決定滑臺(tái)的當(dāng)前位置。電機(jī)后面的編碼器及驅(qū)動(dòng)器與PLC構(gòu)成一個(gè)簡易的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這樣系統(tǒng)在工作的過程中可以實(shí)時(shí)的檢測滑臺(tái)的位置和運(yùn)動(dòng)方向，根據(jù)滑臺(tái)在不同位置，實(shí)時(shí)調(diào)整滑臺(tái)的運(yùn)行速度，從來實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的平穩(wěn)運(yùn)行和精確定位。

3 故障報(bào)警及處理

系統(tǒng)程序有完善的故障報(bào)警機(jī)制，當(dāng)相應(yīng)的動(dòng)作與傳感器不相符的時(shí)候就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知故障信息會(huì)在觸摸屏上顯示，方便維護(hù)人員及時(shí)找到問題原因，排除故障。

滑臺(tái)A氣缸定位出現(xiàn)故障：滑臺(tái)A定位氣缸通過兩個(gè)磁性開關(guān)檢測是否到位，當(dāng)定位到作時(shí)3S之內(nèi)沒有檢測到定位開關(guān)到位信號(hào)，則系統(tǒng)報(bào)警。

滑臺(tái)A定位出現(xiàn)偏差故障的處理方法：

1）檢查滑臺(tái)A定位開關(guān)的安裝是否松動(dòng)，如果開關(guān)松動(dòng)將其重新固定，再手動(dòng)測試滑臺(tái)A定位后定位開關(guān)都能檢測到信號(hào)；

2）檢查滑臺(tái)A停止位置是否準(zhǔn)確，如不準(zhǔn)確，手動(dòng)調(diào)整位置檢測開關(guān)，重新調(diào)試到正確位置；

3）將所有設(shè)備回到原位。

滑臺(tái)B氣缸定位出現(xiàn)故障：滑臺(tái)B定位氣缸通過兩個(gè)磁性開關(guān)檢測是否到位，當(dāng)定位到作時(shí)3S之內(nèi)沒有檢測到定位開關(guān)到位信號(hào)，則系統(tǒng)報(bào)警。

滑臺(tái)B定位出現(xiàn)偏差故障的處理方法：

1）檢查滑臺(tái)B定位開關(guān)的安裝是否松動(dòng)，如果開關(guān)松動(dòng)將其重新固定，再手動(dòng)測試滑臺(tái)B定位后定位開關(guān)都能檢測到信號(hào)；

2）檢查滑臺(tái)B停止位置是否準(zhǔn)確，如不準(zhǔn)確，手動(dòng)調(diào)整位置檢測開關(guān)，重新調(diào)試到正確位置；

3）將所有設(shè)備回到原位。

急停故障：在任何情況下拍下急停按鈕后出現(xiàn)的緊急停止故障。

急停故障的處理方法：

1）查看滑臺(tái)的狀態(tài)，如果滑臺(tái)在原位則無需操作滑臺(tái)；如果滑臺(tái)不在原位，請(qǐng)將滑臺(tái)手動(dòng)移動(dòng)到原位；

2）將所有設(shè)備回到原位。急停按鈕復(fù)位后，需要按下復(fù)位按鈕，然后再按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)才可以繼續(xù)運(yùn)行。

4 結(jié)束語

這個(gè)項(xiàng)目是工業(yè)機(jī)器人在防盜門行業(yè)門框自動(dòng)焊接中的成功應(yīng)用，該項(xiàng)目的成功實(shí)施，大大的提高了焊接效率和焊接質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，得到用戶的一致好評(píng)。

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[3]劉鑫.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)[J].自動(dòng)化博覽,2001(6)：9-11.