何小明，沈玉勇，賈建龍

（上汽大眾汽車有限公司四廠車身車間，江蘇南京，211100）

TCP自動(dòng)校正系統(tǒng)在螺柱焊接中的應(yīng)用

何小明，沈玉勇，賈建龍

（上汽大眾汽車有限公司四廠車身車間，江蘇南京，211100）

汽車車身焊接對(duì)螺柱焊接精度要求較高。在普通自動(dòng)螺柱焊接系統(tǒng)基礎(chǔ)上搭建測(cè)量設(shè)備，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置、校正參數(shù)設(shè)置和補(bǔ)償算法設(shè)計(jì)，最終研制了一套TCP（Tool Center Point）自動(dòng)校正系統(tǒng)。該系統(tǒng)有效補(bǔ)償了機(jī)器人和螺柱焊槍的精度誤差，大大提高了螺柱尺寸的穩(wěn)定性和可靠性。該技術(shù)在焊接精度要求較高的其他場(chǎng)合也值得參考借鑒。

螺柱焊；TCP；自動(dòng)校正系統(tǒng)；精度

引言

TCP（Tool Center Point）是機(jī)器人的工具中心點(diǎn)，自動(dòng)螺柱焊接系統(tǒng)中的TCP就是螺柱焊槍的螺釘位置。TCP的數(shù)值可在安裝工具手動(dòng)示教，也可離線計(jì)算[1]。工業(yè)機(jī)器人記錄的是一些以特定參考坐標(biāo)為基準(zhǔn)的空間軌跡點(diǎn)，而這些軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)都以機(jī)器人TCP為基礎(chǔ)，因此在軌跡點(diǎn)坐標(biāo)不變的情況下，改變TCP值即可改變機(jī)器人軌跡[2]。TCP自動(dòng)校正系統(tǒng)正是利用這個(gè)特性，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)螺柱焊槍位置自動(dòng)補(bǔ)償修正的目的。

1 螺柱焊接精度問(wèn)題介紹

由于螺柱焊接夾持器和接收塊屬于易損件，更換頻繁，人為安裝誤差和零部件加工誤差導(dǎo)致螺柱焊槍的TCP不穩(wěn)定，易造成螺釘位置尺寸超差[3]。后保螺柱焊接位置如圖1中的灰色圓點(diǎn)所示。當(dāng)螺柱焊槍夾持器被撞擊或更換后，產(chǎn)生了較大累計(jì)偏差，需要根據(jù)三坐標(biāo)測(cè)量結(jié)果不斷跟蹤優(yōu)化機(jī)器人軌跡。但車身三坐標(biāo)測(cè)量周期長(zhǎng)，無(wú)法滿足及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)調(diào)整的要求，存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 后保螺柱焊接位置

工藝標(biāo)準(zhǔn)要求每個(gè)螺柱的重復(fù)精度不超過(guò)0.4 mm。傳統(tǒng)方法只能依靠機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制，無(wú)法滿足現(xiàn)有的高精度和高效率生產(chǎn)需求。因此，需在現(xiàn)有的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中增加一套動(dòng)檢測(cè)螺釘位置變化并對(duì)其自動(dòng)補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，將現(xiàn)有開(kāi)環(huán)焊接系統(tǒng)升級(jí)為閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。帶TCP自動(dòng)補(bǔ)償?shù)穆葜附酉到y(tǒng)可大大提高人為調(diào)整螺柱位置的工作效率和螺柱尺寸控制精度。

2 TCP自動(dòng)校正設(shè)備

2.1 LEONI advintec TCP測(cè)量設(shè)備

LEONI advintec TCP是一種TCP測(cè)量新技術(shù)設(shè)備，由Control unit和Measure sensor組成，針對(duì)不同型號(hào)的機(jī)器人及工具，可預(yù)先設(shè)置基本算法及邏輯偏移法。該測(cè)量設(shè)備通過(guò)Interbus網(wǎng)絡(luò)下掛在機(jī)器人系統(tǒng)中，測(cè)量最佳點(diǎn)是以終端執(zhí)行工具為基準(zhǔn)，當(dāng)工具出現(xiàn)任何細(xì)微變化時(shí)都可被測(cè)量出來(lái)，并進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。該測(cè)量設(shè)備使抽象的空間變化數(shù)字化、可視化，可應(yīng)用于多種機(jī)器人自動(dòng)化領(lǐng)域。LEONI advintec TCP測(cè)量設(shè)備應(yīng)用方法如圖2所示[4]。

圖2 LEONI advintec TCP自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

2.2 網(wǎng)絡(luò)配置

原CMD軟件Interbus網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)中只有KUKA PCI板卡和Emhart螺柱焊機(jī)兩個(gè)設(shè)備，如圖3所示。安裝TCP自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)需在原CMD軟件Interbus網(wǎng)絡(luò)中增加LEONI advintec TCP設(shè)備，如圖4所示。另外，在CMD軟件中需分配過(guò)程數(shù)據(jù)，并將*.BG4文件轉(zhuǎn)換成機(jī)器人系統(tǒng)能夠識(shí)別的*.SVC文件[5]。

圖3 原系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖

圖4 新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖

2.3 校正設(shè)備參數(shù)設(shè)置

此控制器可根據(jù)需求設(shè)置不同類型的測(cè)量模式，因螺柱焊接是一空間結(jié)構(gòu)的偏移，因此在此方案中選擇3D模式。具體參數(shù)如表1所示。

表1 控制器參數(shù)設(shè)置

表1 控制器參數(shù)設(shè)置

2.4 補(bǔ)償算法

螺柱尺寸偏差測(cè)量與補(bǔ)償都是機(jī)器人后臺(tái)自動(dòng)完成的，無(wú)需人為干預(yù)，大大提高了設(shè)備自動(dòng)化程度，從而提高了補(bǔ)償精度和設(shè)備開(kāi)通率。其算法流程圖如圖5所示。

圖5 補(bǔ)償算法流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐證明：自動(dòng)螺柱焊接應(yīng)用TCP自動(dòng)校正系統(tǒng)后，可自動(dòng)補(bǔ)償螺柱位置偏移，大大提高了螺柱尺寸精度，有效地保證了螺柱質(zhì)量。該多功能TCP測(cè)量系統(tǒng)不僅可用于螺柱焊接，并且可應(yīng)用于其它對(duì)于焊接精度要求比較高的場(chǎng)合，如CMT、帶換槍盤的工具，以及焊點(diǎn)要求比較高的點(diǎn)焊設(shè)備等。本文所述應(yīng)用具有推廣意義。

[1]張憲民,楊麗新,黃沿江.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用基礎(chǔ)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

[2]李陽(yáng).工業(yè)機(jī)器人工作站維護(hù)保養(yǎng)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

[3]Stanley Engineered Fastening Tucker GmbH. Assembly Instructions Stud weld head LM 310[DB/CD].2014.

[4]LEONI Engineering Products&Services. Initial Startup of advintecTCP-3D/TCP-6D Measuring Device Version[DB/ CD].2013.

[5]郭其一,黃世澤.現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用[M].北京: 科學(xué)出版社, 2016.

Application of TCP Automatic Calibration System in Stud Welding

HE Xiao-ming, SHEN Yu-yong, JIA Jian-long
(Body Shop of Nanjing Branch, Shanghai Volkswagen Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu,211100, China)

Automobile welding requires high precision of stud welding. Based on the common automatic stud welding system, the measurement device is established, and the network configuration, the calibration parameter option and the compensation algorithm design are carried out, to ultimately develop a set of TCP (Center Point Tool) automatic calibration system. This system effectively compensates for the error of robot and stud welding gun, greatly improving the stability and reliability of stud size. Such a technology has the potential to be popularized in other occasions where a high welding precision is required.

Stud Welding; TCP (Center Point Tool); Automatic Calibration System; Precision

TG453+.3

A

2095-8412 (2016) 06-1141-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.023

何小明(1986-)，男，四川眉山人，本科，上汽大眾汽車有限公司四廠車身現(xiàn)場(chǎng)工程師/值班長(zhǎng)。主要從事車身質(zhì)量控制工作。