TCP自動校正系統在螺柱焊接中的應用

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）

TCP自動校正系統在螺柱焊接中的應用

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）

汽車車身焊接對螺柱焊接精度要求較高。在普通自動螺柱焊接系統基礎上搭建測量設備，進行網絡配置、校正參數設置和補償算法設計，最終研制了一套TCP（Tool Center Point）自動校正系統。該系統有效補償了機器人和螺柱焊槍的精度誤差，大大提高了螺柱尺寸的穩定性和可靠性。該技術在焊接精度要求較高的其他場合也值得參考借鑒。

螺柱焊；TCP；自動校正系統；精度

引言

TCP（Tool Center Point）是機器人的工具中心點，自動螺柱焊接系統中的TCP就是螺柱焊槍的螺釘位置。TCP的數值可在安裝工具手動示教，也可離線計算[1]。工業機器人記錄的是一些以特定參考坐標為基準的空間軌跡點，而這些軌跡點的坐標都以機器人TCP為基礎，因此在軌跡點坐標不變的情況下，改變TCP值即可改變機器人軌跡[2]。TCP自動校正系統正是利用這個特性，實現了自動螺柱焊槍位置自動補償修正的目的。

1 螺柱焊接精度問題介紹

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致螺柱焊槍的TCP不穩定，易造成螺釘位置尺寸超差[3]。后保螺柱焊接位置如圖1中的灰色圓點所示。當螺柱焊槍夾持器被撞擊或更換后，產生了較大累計偏差，需要根據三坐標測量結果不斷跟蹤優化機器人軌跡。但車身三坐標測量周期長，無法滿足及時發現、及時調整的要求，存在質量風險。

圖1 后保螺柱焊接位置

工藝標準要求每個螺柱的重復精度不超過0.4 mm。傳統方法只能依靠機器人系統開環控制，無法滿足現有的高精度和高效率生產需求。因此，需在現有的開環系統中增加一套動檢測螺釘位置變化并對其自動補償的設備，將現有開環焊接系統升級為閉環自動控制系統。帶TCP自動補償的螺柱焊接系統可大大提高人為調整螺柱位置的工作效率和螺柱尺寸控制精度。

2 TCP自動校正設備

2.1 LEONI advintec TCP測量設備

LEONI advintec TCP是一種TCP測量新技術設備，由Control unit和Measure sensor組成，針對不同型號的機器人及工具，可預先設置基本算法及邏輯偏移法。該測量設備通過Interbus網絡下掛在機器人系統中，測量最佳點是以終端執行工具為基準，當工具出現任何細微變化時都可被測量出來，并進行自動補償。該測量設備使抽象的空間變化數字化、可視化，可應用于多種機器人自動化領域。LEONI advintec TCP測量設備應用方法如圖2所示[4]。

圖2 LEONI advintec TCP自動測量系統

2.2 網絡配置

原CMD軟件Interbus網絡配置系統中只有KUKA PCI板卡和Emhart螺柱焊機兩個設備，如圖3所示。安裝TCP自動測量系統需在原CMD軟件Interbus網絡中增加LEONI advintec TCP設備，如圖4所示。另外，在CMD軟件中需分配過程數據，并將*.BG4文件轉換成機器人系統能夠識別的*.SVC文件[5]。

圖3 原系統網絡配置圖

圖4 新系統網絡配置圖

2.3 校正設備參數設置

此控制器可根據需求設置不同類型的測量模式，因螺柱焊接是一空間結構的偏移，因此在此方案中選擇3D模式。具體參數如表1所示。

表1 控制器參數設置

表1 控制器參數設置

2.4 補償算法

螺柱尺寸偏差測量與補償都是機器人后臺自動完成的，無需人為干預，大大提高了設備自動化程度，從而提高了補償精度和設備開通率。其算法流程圖如圖5所示。

圖5 補償算法流程圖

3 結束語

經實踐證明：自動螺柱焊接應用TCP自動校正系統后，可自動補償螺柱位置偏移，大大提高了螺柱尺寸精度，有效地保證了螺柱質量。該多功能TCP測量系統不僅可用于螺柱焊接，并且可應用于其它對于焊接精度要求比較高的場合，如CMT、帶換槍盤的工具，以及焊點要求比較高的點焊設備等。本文所述應用具有推廣意義。

[1]張憲民,楊麗新,黃沿江.工業機器人應用基礎[M]. 北京:機械工業出版社,2015.

[2]李陽.工業機器人工作站維護保養[M]. 北京:機械工業出版社,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.現場總線與工業以太網應用[M].北京: 科學出版社, 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場工程師/值班長。主要從事車身質量控制工作。