安居防盜門自動焊接機(jī)器人工作站設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

員俊峰，易國春，許隨馨，耿運(yùn)祥，張紅健

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

防盜門框自動焊接機(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，四套夾具，三臺焊接機(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

該工作站采用氣動滑動工作臺和機(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，四套夾具，三臺焊接機(jī)器人和周邊安全防護(hù)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)布置中每個滑臺上安裝有兩套夾具，一套夾具處于裝卡位置時，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)焊接過程中的自動清槍與剪絲，保證焊接質(zhì)量。

每個夾具上有26個氣缸協(xié)調(diào)控制完成門框的定位夾緊任務(wù)，上框時由手動按鈕控制電磁閥完成相應(yīng)氣缸的夾緊與松開動作。焊接過程中和焊接完成時由PLC自動控制氣缸的打開和關(guān)閉。夾具電氣信號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，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)信號聯(lián)鎖，狀態(tài)通知。

滑臺采用變頻電機(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，電機(jī)加編碼器，變頻器配編碼器信號接收模塊，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，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，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，每個夾具焊接的門框尺寸和材質(zhì)都可能會不同，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，通過每個夾具對應(yīng)的門框號來選擇相應(yīng)的焊接程序，而門框號是由觸摸屏上進(jìn)行設(shè)置完成的，為了避免設(shè)置錯誤，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)置錯誤時進(jìn)行提示報警。而機(jī)器人的每一個焊接程序也按照相同的門框號來命名，并在機(jī)器人調(diào)用了焊接程序后首先要發(fā)送該門框號給PLC，當(dāng)PLC確認(rèn)該門框號和對應(yīng)夾具上的門框號相同的時候再次發(fā)送允許焊接信號給機(jī)器人，機(jī)器人開始焊接，從而避免了錯誤。焊接完成后，另一側(cè)裝卡完成，滑臺自動運(yùn)行。

滑臺的移動由變頻器+變頻電機(jī)+齒輪齒條組成，在滑臺兩端各裝有一個限位開關(guān)，在起始端裝有一個零位開關(guān)，在電機(jī)后端裝有一個碼盤,根據(jù)碼盤的計(jì)數(shù)值決定滑臺的當(dāng)前位置。電機(jī)后面的編碼器及驅(qū)動器與PLC構(gòu)成一個簡易的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這樣系統(tǒng)在工作的過程中可以實(shí)時的檢測滑臺的位置和運(yùn)動方向，根據(jù)滑臺在不同位置，實(shí)時調(diào)整滑臺的運(yùn)行速度，從來實(shí)現(xiàn)滑臺的平穩(wěn)運(yùn)行和精確定位。

3 故障報警及處理

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

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

滑臺A定位出現(xiàn)偏差故障的處理方法：

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

2）檢查滑臺A停止位置是否準(zhǔn)確，如不準(zhǔn)確，手動調(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B氣缸定位出現(xiàn)故障：滑臺B定位氣缸通過兩個磁性開關(guān)檢測是否到位，當(dāng)定位到作時3S之內(nèi)沒有檢測到定位開關(guān)到位信號，則系統(tǒng)報警。

滑臺B定位出現(xiàn)偏差故障的處理方法：

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

2）檢查滑臺B停止位置是否準(zhǔn)確，如不準(zhǔn)確，手動調(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）查看滑臺的狀態(tài)，如果滑臺在原位則無需操作滑臺；如果滑臺不在原位，請將滑臺手動移動到原位；

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，然后再按下啟動按鈕，系統(tǒng)才可以繼續(xù)運(yùn)行。

4 結(jié)束語

這個項(xiàng)目是工業(yè)機(jī)器人在防盜門行業(yè)門框自動焊接中的成功應(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，降低了工人的勞動強(qiáng)度，得到用戶的一致好評。

[1]李漢.一種PLC控制系統(tǒng)的多參數(shù)設(shè)定裝置[J].自動化儀表.2003(7)：21-22.

[2]廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社,2001：102-106.

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