李鵬

摘 要：本文簡述了汽車白身激光焊接系統(tǒng)具體構(gòu)成，并分別從硬件回路、軟件安全及總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面，闡述了汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)詳細(xì)功能架構(gòu)以及系統(tǒng)功能模塊的實(shí)施。

關(guān)鍵詞：汽車；白車身；激光焊接；生產(chǎn)線；自動(dòng)化系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.114

隨著汽車工業(yè)日益進(jìn)步，為提高汽車品質(zhì)，降低汽車生產(chǎn)成本，各大汽車生產(chǎn)商尋求更好的加工手段及制造生產(chǎn)工藝，以降低成本，節(jié)能增效。目前，傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊方式已逐漸被現(xiàn)代化的激光焊接取代，其越來越多地被應(yīng)用于汽車白車身焊接生產(chǎn)工藝中。本文結(jié)合某汽車項(xiàng)目實(shí)例，對白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)分析。

1 汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)主要由自動(dòng)化控制柜、機(jī)器人電柜、穩(wěn)壓電源及機(jī)器人本體、除塵器、焊接頭總成、光纖、光源、水冷機(jī)、激光防護(hù)房等模塊構(gòu)成[1]。

其中，自動(dòng)化控制柜又包括觸摸屏控制系統(tǒng)與PLC控制器，其主要用于控制系統(tǒng)除塵器、通道門、工裝夾具、防護(hù)房及焊接頭等外圍設(shè)備，使它們按照相關(guān)控制時(shí)序完成操作。機(jī)器人電柜與自動(dòng)化控制柜聯(lián)動(dòng)實(shí)時(shí)通訊，以對機(jī)器人本體進(jìn)行運(yùn)行控制。穩(wěn)壓電源主要為激光焊接設(shè)備提供配電保護(hù)裝置與穩(wěn)定動(dòng)力電源。送絲機(jī)和機(jī)器人本體分別為焊接提供填充填料及負(fù)責(zé)焊接工藝參數(shù)的調(diào)用、焊接移動(dòng)，以此提高焊縫質(zhì)量。而除塵器能夠及時(shí)過濾并清除有害煙霧，工裝夾具主要確保車身精度以及對焊接車身進(jìn)行準(zhǔn)確定位。焊接頭總成集焊縫跟蹤、激光焊接、車身識(shí)別等功能為一體；光纖及光源可為激光焊接提供穩(wěn)定激光能量。水冷機(jī)能夠?yàn)楣饫w和焊接頭、激光器等提供恒溫循環(huán)水，激光防護(hù)房為激光焊接人員提供了一個(gè)安全操作環(huán)境。

2 汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)安全及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件回路

系統(tǒng)硬件安全回路主要包括激光、維修門及急停回路等，通過硬件線路串連，使維修門與急停安全回路串連接入安全PLC輸入接口。通過硬件線路使激光安全回路分別連入激光器與機(jī)器人安全回路。

2.2 軟件安全

安全信號主要通過PLC安全程序以及硬件回路進(jìn)行連接處理，以提高系統(tǒng)設(shè)備安全等級。

2.3 總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)外圍設(shè)備均通過PROFIBUS現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)連接，如遠(yuǎn)程站、送絲機(jī)、機(jī)器人、觸摸屏及PLC控制器、激光器等，兩個(gè)PLC的CPU主要通過總線耦合器進(jìn)行通訊隔離，系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接機(jī)器人控制柜與焊縫跟蹤裝置。

3 汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能分析

3.1 PLC控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用兩套觸摸屏與PLC控制裝置為激光焊接提供控制操作系統(tǒng)，觸摸屏主要負(fù)責(zé)信息輸入與監(jiān)控，其實(shí)時(shí)與焊接頭、送絲機(jī)、光纖激光器、焊接機(jī)器人以及滾壓輪等進(jìn)行通信，同時(shí)還與光柵、通道門、安全門等安全設(shè)備進(jìn)行連接，通過與主線系統(tǒng)控制構(gòu)成結(jié)構(gòu)清晰、操作便捷以及性能安全的整條生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

3.2 設(shè)備工作與工藝模式

本系統(tǒng)主要有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式，其中手動(dòng)模式下可實(shí)現(xiàn)對各設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)操作，而自動(dòng)控制模式下，主要通過生產(chǎn)線自動(dòng)生產(chǎn)，分別在正常、空運(yùn)與排空三種模式下運(yùn)行。具體工藝控制模式包括兩種，一種是用于設(shè)備正常焊接的帶激光模式，另一種是用于設(shè)備調(diào)試及程序演示的不帶激光模式。

3.3 PLC集成系統(tǒng)安全功能

帶安全功能的PLC集成系統(tǒng)其主要用于控制系統(tǒng)安全狀態(tài)，本系統(tǒng)均采用安全程序分別對維修門開光信號、急停信號及光柵信號等進(jìn)行處理，其能夠用于故障檢測以及本地操作中斷后快速恢復(fù)生產(chǎn)。安全功能程序設(shè)計(jì)大大提高了系統(tǒng)安全設(shè)備等級，使激光器激光發(fā)射更為安全。

3.4 焊縫三維視覺系統(tǒng)

焊縫三維視覺系統(tǒng)能夠提高激光焊對車身的定位精度，通過對焊縫進(jìn)行預(yù)處理，可借助機(jī)器人軌跡對車身精度進(jìn)行調(diào)整，只需將激光三維視覺系統(tǒng)安裝于第六軸上，即可進(jìn)行三維圖像處理，識(shí)別焊縫準(zhǔn)確幾何位置，同時(shí)還可通過總線將坐標(biāo)值傳輸給機(jī)器人進(jìn)行控制，機(jī)器人通過計(jì)算實(shí)際位置偏差，可自動(dòng)校正焊接運(yùn)動(dòng)軌跡，由此實(shí)現(xiàn)對焊縫實(shí)時(shí)跟蹤。

3.5 車型識(shí)別系統(tǒng)

為了安全，車型識(shí)別系統(tǒng)能夠用于檢驗(yàn)和判斷主線給定的車型碼，由此可防止碰撞事故發(fā)生。系統(tǒng)在工作時(shí)主要通過激光測距，判斷不同車型信號，然后將其反饋給自動(dòng)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過判斷，若車型與車型碼一致，則按照對應(yīng)循環(huán)程序進(jìn)行焊接，若二者不一致，則返回原位跳出循環(huán)，同時(shí)系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)等待操作人員干預(yù)。

3.6 維修門門禁系統(tǒng)

為保證設(shè)備可靠與穩(wěn)定，整個(gè)激光焊接都在密閉激光防護(hù)房中進(jìn)行，焊接過程中為防止維修門打開中斷焊接過程，系統(tǒng)采用電磁鎖門禁系統(tǒng)控制激光防護(hù)房外圍的操作盒，由此保證焊接操作人員安全。

3.7 通訊控制系統(tǒng)

系統(tǒng)自動(dòng)化控制與除塵系統(tǒng)、光纖控制系統(tǒng)均通過主控制柜PLC控制器和工藝控制柜PLC控制器工作，采用PROFIBUSA總線可將不同控制系統(tǒng)連接在一起，信號交換主要通過無源觸點(diǎn)方式來實(shí)現(xiàn)，電氣之間通過DP/DP耦合器隔離，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性[2]。在除塵控制中，系統(tǒng)采用高負(fù)壓真空吸附除塵，為降低設(shè)備投入成本，自動(dòng)化控制系統(tǒng)基于雙通道光纖控制方案，根據(jù)機(jī)器人焊接實(shí)際情況，分別對功率等參數(shù)、兩個(gè)光路進(jìn)行切換與控制。

4 結(jié)束語

綜上所言，本文依次對系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備工作模式、工藝模式設(shè)置及帶安全功能的PLC集成系統(tǒng)、車型識(shí)別系統(tǒng)、維修門門禁系統(tǒng)、焊縫跟蹤（三維視覺）系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動(dòng)除塵系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，以通過雙通道光纖控制及自動(dòng)化系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)汽車白車身激光焊接自動(dòng)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊晨，黃建根，壽顏波，蔣宇鵬，王志家，徐銳.薄板焊接自動(dòng)化技術(shù)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（23）：190-191.

[2] 耿澤中，王慶.羅克韋爾自動(dòng)化中型控制系統(tǒng)助力金剛石激光焊接[J].自動(dòng)化博覽，2015（07）：30-31.