智能化自動焊接設備在工程機械制造中的應用

于龍飛 李森 周淑紅

上海振華重工電氣有限公司 上海浦東 201208

1 自動化焊接設備概述

智能化自動焊接設備是在傳統焊接設備的基礎上發展起來的，綜合運用了各種高級傳感元件，包括視覺、觸覺等傳感器，甚至引入了激光掃描元器件來保證自動化焊接精度。為提高焊接設備的自動化精度不僅僅配備了傳統的數據庫系統，而且引入了當前比較高級的專家系統，通過這兩個系統能夠實時檢測焊接過程中的焊縫，根據實時檢測的焊縫以及焊接軌跡來進行自動編程優化，編程結合相關焊接參數完成自動化焊接[1]。同時，為焊接完成之后的焊接質量檢驗等工作的進行需要生成記錄文件保存到數據庫中，以備查看。

項目介紹：

1.1 項目目的

焊接工作站主要以減人增效、提高焊接品質與穩定性、以及改善工人工作環境、促進產業智能轉型等為目的，以智能化與人工（少量）相配合來完成工件外部焊縫的焊接為手段，完成工件的整體加工。

1.2 工件信息

此工作站主要完成5種規格的基架箱體工件外焊縫的自動焊接工作（不包括部件內部焊縫焊接），設計方案、優化工藝、規劃布局等。由于工件較多，從此5種工件中選取工件1作為典型工件，進行研究。

2 自動化焊接設備在工程機械制造中介紹

2.1 主體應用

本工作站中的焊接機器人采用FANUC生產的M-20iA。主要有以下功能：電弧跟蹤和實時跟蹤：接觸尋位、電弧跟蹤、電弧重啟功能、再生暫時停止自動恢復功能等

2.2 焊接電源的應用

本站采用FRONIUS TPS5000焊機是全數字化MIG/MAG焊機，采用數字信號處理器DSP微處理器來精確控制焊機的輸出及反饋，及工作過程，其控制精確、可靠，焊接性能卓越。同時數字化技術使焊機成為軟件的載體，隨時可進行軟件升級（包括新的焊接工藝，新的焊機功能），在不改變硬件的情況下保證焊機的先進性。

2.3 外部軸行走機構

本站采用獨有的機器人滑臺系統可以完全實現機器人焊接，機器人可以滑動4米。可滿足不同焊接要求，及五種不同工件長度焊接的要求。其中，三個移載軸（X軸、Y軸和Z軸行走機構），均通過機器人外部軸電機進行驅動，采用齒輪齒條嚙合進行傳動，沿導軌平移，從而實現機器人移載機構沿X軸、Y軸方向的滑動，及沿Z軸方向的升降，定位與重復定位精度≤±0.1mm，便于焊接機器人在不同姿態間轉換，完成五種不同工件的焊接要求，最大程度的實現焊接自動化。移動式滑軌重復定位精度：≦±0.1mm。要求采用國際一流品牌的伺服電機、減速機、直線導軌、齒輪齒條及軸承、電元件器等，并說明其品牌和型號。

2.4 焊接變位機和夾具

此項目中工件裝夾位置根據工件的焊接順序和焊接位置等確定，工件定位方式主要采用內撐形式，尺寸范圍600～1200mm，夾具主要包括變位機上的雙向電動夾緊裝置、工件下面支撐塊以及工件兩側起定位和壓緊作用的旋轉壓緊裝置等，具體結構需根據全部零件的圖紙進行具體確定與設計[2]。

2.5 吸煙除塵設備

本站采用HERR880系列中央煙塵凈化主機除了預過濾分離功能及濾筒豎放外，HISTec?ePTFE高效覆膜過濾筒與HiRoto?H型旋轉反吹裝置的組合使整個濾筒的過濾效率和使用壽命在處理焊接、切割等細微粉塵時得到的保障。HISTec?ePTFE高效覆膜濾材通過了德國IFA機構的認證。HiRoto?H型旋轉反吹裝置為HERR專利產品。880200小型中央凈化器以其小巧的身形，平穩的風機被廣泛應用在機械手焊接煙塵凈化上。凈化器可安裝在與Y軸連接的托架上，隨機械手Y軸一同移動。通過遠程控制聯動系統，機械手通過自動啟閉開關來聯動控制凈化器的啟閉。

3 自動化焊接設備在工程機械制造中具體應用

3.1 項目的整體控制思路如下

本系統plc控制系統作為主站，MES信息化、robot中央控制器、林肯焊接電源、激光跟蹤器、CCD雙目視覺作為從站組成雙閉環控制系統。

3.2 PLC的介紹

PLC作為系統主站有兩個作用，第一是連接各個設備硬件彼此間通信以及信息交互。第二是控制外部工裝夾具的打開關閉。

3.3 MES系統的介紹

MWS是集生產調度、產品追蹤、質量控制、生產調度、設備故障分析、網絡報表為一體的信息化平臺。

3.4 CCD焊接參數調整環

本系統使用MES信息化系統的主要目的，其一是通過上位機進行任務的下發；其二是產品質量顯示和追蹤。最重要的是通過CCD雙目視覺反饋的焊接質量進行判斷，在MES里調用之前的焊接參數發給plc,plc在發給機器人中央控制器，來實現自動修改焊接參數。焊接參數調整環的主要作用是自動修改焊接參數[3]。

3.5 激光追蹤位置調節環

作為位置追蹤的反饋元件，與其他行程位置調節環。主要作用根據實際情況調整工件個體位置差異，和擺放差異，并把差異反饋給機器人進行校正。

4 結語

自動化焊接設備目前已經在工程機械制造中得到了廣泛應用，具有極高的應用價值。利用先進的自動化焊接機器人工作站，代替以往的人工焊接方式，可以明顯提升焊接工作效率和焊接質量。針對自動化焊接設備現有的功能貫徹情況而言，在工程制造領域內仍舊具備行業深入條件，并且現有城市建設多元化的背景中仍舊需要采取更全面的適應條件才能夠促進相應工程技術的有效貫徹，并滿足后續實際工程機械加工需要，以完善研究體系的貫徹條件。