機器人工作站在變壓器生產制造中的應用

侯偉

摘 要：詳細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實現變壓器在日常生產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、電阻質量判定等工業生產環節和質量任務，同時對影響該系統自身正常運轉時出現的各種錯誤和故障進行了原因判斷和維修維護方法研究。該工作系統能夠完成各級工科院校在自動化生產和智能制造領域的實驗實訓教學和變壓器生產制造企業在生產經營活動中完成手工操作向人工智能生產制造領域的轉變具有重要的指導意義和實踐作用。

關鍵詞：機器人工作站 變壓器自動化生產 實驗實訓教學 生產經營活動

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

變壓器是利用電磁感應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。隨著變壓器行業的快速發展，對各類變壓器裝置的性能參數、質量等級、使用壽命等提出了更加嚴格的要求和更高的發展目標，目前隨著原材料性能的提升以及智能制造技術的出現和發展，能夠研發并制造出性能優越，質量過硬的各類變壓器產品已經成為各生產制造企業和科研機構的首要任務，傳統的手工制造方式已經不能有效滿足各類變壓器的生產要求，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量和使用壽命。為此，有必要設計一套人工智能化柔性生產制造系統，使變壓器生產制造去人工化，實現變壓器智能化生產。

1 工作站設計方案

變壓器自動化生產工作站是一個實際應用系統，包括硬件系統的詳細設計和軟件系統的編寫優化。在硬件設計中，經過研究分析，最終確定該系統應包含以下三部分功能機構，分別是：（1）變壓器繞制；（2）變壓器搬運；（3）變壓器焊接和質量檢測。在軟件設計中應包含以下四部分功能程序，分別是：原點復位、繞制程序、搬運動作、放電焊接和質量檢測。

2 系統硬件設計

對硬件結構進行設計，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，最高轉速可達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，同時通過編制繞線程序控制機器運行，繞制狀態穩定高效，中途斷線可將電子信號傳遞至搬運系統，機械手可直接將不良品送至不良品區。

2.2 工件搬運部分

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

機械手主要負責在抓取骨架和將繞制完成的線圈進行焊接和檢測時進行工件位移，經過選擇后，可選用MITSUBISHI-RV-6SDL型工業機器人，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行位置編輯，具有移動精度高，工作穩定的特點。

搬運車和轉化夾主要負責在繞線機和后續生產系統之間的工件位置相互轉移，可利用尼龍塊制作搬運車，并將其固定在傳送帶上，轉換夾可選用鋼質材料，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，使用時須依據生產作業指導書的要求設定電阻值合格范圍，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 軟件系統設計

軟件系統分為以下四個部分。

（1）工作站復位程序。

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

（2）變壓器繞制程序。

變壓器繞制程序應符合繞制規則，編寫后的程序須經過實驗試生產，并逐步優化繞線程序。

（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。

編寫焊接程序應根據搬運程序的信號觸發焊接程序，同時，可依據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，看是否符合設定要求，符合亮綠燈，超出范圍亮紅燈，達到質量檢測的效果。

4 工作站調試和故障修復報告

4.1 使用環境

工作站可在4㎡的區域內進行布置，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 系統調試說明

根據方案的要求，調試過程共分3大部分：硬件調試、軟件調試、軟硬件聯調。硬件進行手動調試，觀測有無撞擊和運動不暢，軟件進行模擬調試，在編程軟件中進行示教演示，找尋可優化程序點，進行逐一優化，軟硬聯調為試生產調試，讓工作站依據控制程序自行進行生產，看有無錯誤報警和可改進的地方。

4.2.1 硬件調試

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

4.2.2 軟件調試

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

4.2.3 軟硬聯調

（1）繞線程序存在繞制偏槽的現象，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行焊接時，出現焊接不良，經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行微調，在保證正對和距離1～2 mm后，焊接良好，故障得以修復。

5 結語

以工業機器人為核心的變壓器自動化生產工作站是結合筆者個人所學和工作經驗逐漸積累并實踐總結出的，是筆者對機器人和自動化技術的理解和應用，這類制造系統在保證產品質量穩定性、提高生產效率、促進制造柔性化等諸多方面具有積極的促進作用。

參考文獻

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