侯偉

摘 要：詳細(xì)介紹了機器人工作站的基本組成，并從實用的角度分析了運用該系統(tǒng)實現(xiàn)變壓器在日常生產(chǎn)制造過程中運用智能化手段完成高壓線圈繞制、連接觸點放電焊接、電阻質(zhì)量判定等工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和質(zhì)量任務(wù)，同時對影響該系統(tǒng)自身正常運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的各種錯誤和故障進(jìn)行了原因判斷和維修維護(hù)方法研究。該工作系統(tǒng)能夠完成各級工科院校在自動化生產(chǎn)和智能制造領(lǐng)域的實驗實訓(xùn)教學(xué)和變壓器生產(chǎn)制造企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營活動中完成手工操作向人工智能生產(chǎn)制造領(lǐng)域的轉(zhuǎn)變具有重要的指導(dǎo)意義和實踐作用。

關(guān)鍵詞：機器人工作站 變壓器自動化生產(chǎn) 實驗實訓(xùn)教學(xué) 生產(chǎn)經(jīng)營活動

中圖分類號：TB49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理改變交流電壓的裝置，主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換等，按用途可以分為：電力變壓器和特殊變壓器等。隨著變壓器行業(yè)的快速發(fā)展，對各類變壓器裝置的性能參數(shù)、質(zhì)量等級、使用壽命等提出了更加嚴(yán)格的要求和更高的發(fā)展目標(biāo)，目前隨著原材料性能的提升以及智能制造技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，能夠研發(fā)并制造出性能優(yōu)越，質(zhì)量過硬的各類變壓器產(chǎn)品已經(jīng)成為各生產(chǎn)制造企業(yè)和科研機構(gòu)的首要任務(wù)，傳統(tǒng)的手工制造方式已經(jīng)不能有效滿足各類變壓器的生產(chǎn)要求，同時人工操作的固有偏差性和人為差異不同程度地影響著變壓器的質(zhì)量和使用壽命。為此，有必要設(shè)計一套人工智能化柔性生產(chǎn)制造系統(tǒng)，使變壓器生產(chǎn)制造去人工化，實現(xiàn)變壓器智能化生產(chǎn)。

1 工作站設(shè)計方案

變壓器自動化生產(chǎn)工作站是一個實際應(yīng)用系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計和軟件系統(tǒng)的編寫優(yōu)化。在硬件設(shè)計中，經(jīng)過研究分析，最終確定該系統(tǒng)應(yīng)包含以下三部分功能機構(gòu)，分別是：（1）變壓器繞制；（2）變壓器搬運；（3）變壓器焊接和質(zhì)量檢測。在軟件設(shè)計中應(yīng)包含以下四部分功能程序，分別是：原點復(fù)位、繞制程序、搬運動作、放電焊接和質(zhì)量檢測。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

對硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，主要包括如下三個部分。

2.1 變壓器繞制部分

選用NITTOKU全自動高速繞線機，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)10000 RPM，實際使用控制在5000～6000 RPM，加減速時間控制在3～5 s，可以滿足24 h不間斷生產(chǎn)，同時通過編制繞線程序控制機器運行，繞制狀態(tài)穩(wěn)定高效，中途斷線可將電子信號傳遞至搬運系統(tǒng)，機械手可直接將不良品送至不良品區(qū)。

2.2 工件搬運部分

工件在搬運過程中為達(dá)到不同位移要求，故分為機械手搬運，搬運車搬運，轉(zhuǎn)換夾搬運三個部分。

機械手主要負(fù)責(zé)在抓取骨架和將繞制完成的線圈進(jìn)行焊接和檢測時進(jìn)行工件位移，經(jīng)過選擇后，可選用MITSUBISHI-RV-6SDL型工業(yè)機器人，此種型號最大可承重6 kg，具有6自由度方向，可在立體空間任何一點進(jìn)行位置編輯，具有移動精度高，工作穩(wěn)定的特點。

搬運車和轉(zhuǎn)化夾主要負(fù)責(zé)在繞線機和后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)之間的工件位置相互轉(zhuǎn)移，可利用尼龍塊制作搬運車，并將其固定在傳送帶上，轉(zhuǎn)換夾可選用鋼質(zhì)材料，夾取工件時有力度，耐磨度高。

2.3 變壓器焊接和檢測部分

焊接部分采用PC-PAS 301t型放電焊機，焊接時注意須調(diào)整放電電流至1.0～2.0 A之間，放電時間控制在0.5～1.0 s之間，焊接時與插針有接觸的頂針在完成焊接操作500次后，須進(jìn)行打磨處理，并檢查牢固程度。

檢測部分采用HIOKI 3541型電橋，使用時須依據(jù)生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書的要求設(shè)定電阻值合格范圍，對于合格品和不良品可由綠燈和紅燈指示，與線圈插針接觸的頂針須檢查其牢固程度和氧化情況，有問題時須及時更換。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)分為以下四個部分。

（1）工作站復(fù)位程序。

在每日開機后和機器故障修復(fù)后，需要將工作站的各個機械電氣部分進(jìn)行原點復(fù)位，其中包括機械位置的校正，傳感器檢測是否正常，工作站各系統(tǒng)有無故障等。

（2）變壓器繞制程序。

變壓器繞制程序應(yīng)符合繞制規(guī)則，編寫后的程序須經(jīng)過實驗試生產(chǎn)，并逐步優(yōu)化繞線程序。

（3）各部搬運程序。

具體編寫搬運程序時，先編寫主體框圖，按照工作的先后順序編寫順序流程圖，存儲為主程序。然后依次編寫各部位搬運的具體程序，并存儲為子程序。

（4）焊接和檢測程序。

編寫焊接程序應(yīng)根據(jù)搬運程序的信號觸發(fā)焊接程序，同時，可依據(jù)示教手柄檢證插針最佳焊接位置，要求須正對插針頂端，距離1～2 mm。

檢測程序即收集傳輸過來的電阻值大小，看是否符合設(shè)定要求，符合亮綠燈，超出范圍亮紅燈，達(dá)到質(zhì)量檢測的效果。

4 工作站調(diào)試和故障修復(fù)報告

4.1 使用環(huán)境

工作站可在4㎡的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布置，供電電壓為AC 220v 50～60 HZ，氣動部分須接壓縮空氣，焊接部分須接氬氣。

4.2 系統(tǒng)調(diào)試說明

根據(jù)方案的要求，調(diào)試過程共分3大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、軟硬件聯(lián)調(diào)。硬件進(jìn)行手動調(diào)試，觀測有無撞擊和運動不暢，軟件進(jìn)行模擬調(diào)試，在編程軟件中進(jìn)行示教演示，找尋可優(yōu)化程序點，進(jìn)行逐一優(yōu)化，軟硬聯(lián)調(diào)為試生產(chǎn)調(diào)試，讓工作站依據(jù)控制程序自行進(jìn)行生產(chǎn)，看有無錯誤報警和可改進(jìn)的地方。

4.2.1 硬件調(diào)試

（1）變壓器繞制機、搬運車的滑軌的滑動部位動作緩慢，發(fā)現(xiàn)缺少油脂，隨即涂抹油脂，減小摩擦，故障得以修復(fù)。（2）機械手抓取工件時，與夾具配合較緊，發(fā)出較生硬的聲音，隨即拆下較緊夾具，對配合部位進(jìn)行細(xì)微研磨，磨薄0.3 mm后，故障得以修復(fù)。

4.2.2 軟件調(diào)試

（1）繞線程序在編制完成后，模擬時出現(xiàn)語法錯誤，檢查時發(fā)現(xiàn)A，B程序塊同時運行時，程序塊跳離語句少編入一字符，導(dǎo)致語法錯誤，隨即編入該字符，故障得以修復(fù)。（2）搬運車程序出現(xiàn)限位報警，檢查程序時發(fā)現(xiàn)，搬運車在左移動時的位置量編寫錯誤，導(dǎo)致觸及限位報警，隨即更改位置量，故障得以修復(fù)。

4.2.3 軟硬聯(lián)調(diào)

（1）繞線程序存在繞制偏槽的現(xiàn)象，通過更改槽間起繞位置，故障得以解決。（2）機械手在抓取線圈進(jìn)行焊接時，出現(xiàn)焊接不良，經(jīng)分析原因為焊針和插針未正對，隨即對機械手和焊針在程序中的位置進(jìn)行微調(diào)，在保證正對和距離1～2 mm后，焊接良好，故障得以修復(fù)。

5 結(jié)語

以工業(yè)機器人為核心的變壓器自動化生產(chǎn)工作站是結(jié)合筆者個人所學(xué)和工作經(jīng)驗逐漸積累并實踐總結(jié)出的，是筆者對機器人和自動化技術(shù)的理解和應(yīng)用，這類制造系統(tǒng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)制造柔性化等諸多方面具有積極的促進(jìn)作用。

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