汽車零部件生產用工業機器人的焊具高效智能速換系統開發與應用

黃師

摘 要：隨著工業的迅速發展，現代汽車工業規模越來越大，汽車車型的多樣化且更新換代快，每個車型零件需要對應一種特定的焊具配套生產。目前的機器人配套焊具進行焊接工作時，焊具都是長期固定在同一位置，機器人運行同一程序對與之匹配的焊具上的零件進行定點焊接，每次需要更換新的車型產品，則需要更換相應的焊具，拆裝非常不方便，這一環節不僅耗時久，且需要專業的技術人員進行調試切換，極大影響了工業機器人生產的流暢性。設計研究工業機器人智能速換裝備機構，加快研究柔性化智能速換裝備技術，滿足工業機器在汽車零部件柔性化、定制化高效發展是必然需求。

關鍵詞：工業機器人;柔性化生產;智能速換;焊具

1 焊具設備系統組成

焊具設備系統主要由電磁閥、PLC從站控制箱、氣源干燥處理器、焊具推入到位定位機構、焊具進出導向機構五大部分組成。

電磁閥被PLC從站控制，當啟動升降按鈕時，負責給舉升氣缸通氣和斷氣的元件。PLC從站控制箱負責控制快換座的本身的動作，負責與機器人進行通訊，負責收集焊具上的檢測信號，負責識別不同種類的焊具上。氣源干燥處理器負責氣源干燥，氣源給油功能，保護氣缸實行元件。焊具推入到位定位機構對每套不同的焊具推入時進行到位限制，使得焊具快速更精準的對準舉升機構。焊具進出導向機構使焊具能夠快速準確的推入與推速換裝置。

2 工業機器人智能速換裝備研究

長期的工作積累中，總結出了一些經驗并設計了工業機器人智能速換焊具模塊及自動焊接設備。已申請發明專利：一種工業機器人智能速換焊具模塊及自動焊接系統（201911048105.3）。本設計是通過在焊具底座的底部安裝滾輪，便于將焊具底座移動至兩固定座之間的間隙內，同時在移動的過程中，可以通過限位塊進行限位，以便快速將焊具底座移動至設定的位置進行安裝，通過第一驅動裝置驅動兩固定座上的支撐柱分別與焊具底座兩側的固定板上的固定孔插接配合，從而對焊具底座水平方向上的位移進行限位，同時支撐柱能夠對焊具底座進行舉升，使得焊具底座的底端脫離地面，通過控制舉升的高度，即可使得焊具底座的每次安裝的高度保持一致，提高了安裝精度，在舉升至設定的高度后，通過第二驅動裝置驅動支撐塊與支撐柱配合，從而對支撐柱進行支撐，使得第一驅動裝置無需持續對支撐柱提供動力也能保持對焊具底座的。

焊具定位舉升機構把焊具推入到位后，啟動氣缸舉升時，定位錐形凸臺機構快速插入焊具上的凹臺機構，然后將焊具進行舉升。上下高度卡位機構工作，由卡位氣缸驅動，PLC進行控制，當舉升氣缸舉升焊具到最高點時，檢測到型號反饋給PLC控制系統，控制系統啟動卡位氣缸進行動作，將卡位機構推出到舉升機構底部，然后舉升氣缸泄氣，焊具落在具有一定高度的高度卡位塊上。因地面不平，焊具輪子有磨損的情況，統一對焊具進行舉升，讓焊具在高度方向每次產品切換時高度保值一致。

3 焊具自動識別報警系統及方法的研究

焊具自動識別系統基于速換航插與控制系統IP地址，應用PLC主從站原理，實現快速識別已切入焊具的類型問題，并實現快速自動調用工業機器人對應程序進行工作，實現生產線預調試，免除調試工作，提高效率。系統內編輯好對應程序;人工推入焊具時，系統快速識別夾具，通過控制系統IP地址，應用PLC主從站原理，實現快速識別零件類型，快速自動調用工業機器人對應程序進行工作的功能。且具有檢測防錯防漏功能，配合焊接焊具，通過控制系統，檢測汽車零件放置到焊具上時，是否有錯漏，有則進行報警處理。除了控制自身的切換功能動作，更具備識別焊具類型，檢測焊具上各信號的狀態，把信息匯總后，跟工業機器人進行通訊，告訴主控系統要調用對應程序進行對應焊具的焊接工作。

焊具氣缸檢測感應器1與零件防錯漏檢測感應器2，通過速換航插反饋信號給焊具信號盒子3。快速切換裝置控制系統4，通過快速切換航插獲取焊具IP信號盒子3所收集的信號并識別焊具特設的唯一IP地址。快速切換裝置控制系統4，通過電磁閥與氣缸具備控制將焊具定位舉升功能。快速切換裝置控制系統4，將識別的焊具IP信號與焊具上檢測信號的狀態，通過網線的形式反饋到機器人主站控制系統7。機器人主站控制系統7，接受其他機器人配套設備系統6與快速切換裝置控制系統4反饋的信號后，并自動匹配預先設好的對應的程序。切換步驟完成，啟動按鈕，工業機器人8進行工作。

4 高效智能速換裝備的應用效果

工業機器人智能速換焊具模塊及自動焊接設備，可實現對焊具拆裝具有導向功能，便于焊具底座的拆裝更換。約10分鐘使夾具快速移動到指定位置，約5分鐘內快速切換焊具電路與氣路的功能，更換后的夾具重復定位精度可達±0.8mm，約5分內自動識別焊具類型并自動調用對應程序的功能，并兼容國內外至少約6種以上品牌機器人系統的連接使用，而且還具備焊具的防錯漏檢測信號收集與反饋與焊具狀態的信號收集與反饋。

此系統已應用到生產中，可大幅度節省更換焊具的時間，提高生產效率，將更換焊具工作的復雜性簡單化，降低對專業人才的依賴性，由特殊工種轉為普通工種，大幅減少人工成本，并且降低對進口高端機器人的依賴，促進國產機器人的應用推廣，降低設備投入開支，提高產品生產的合格率，同時確保機器人運行時的安全性，防止撞槍事故，同時解決了所投工業機器人在配合焊具使用時的單一性，提高設備的利用價值，實現工業機器人的柔性化生產，適應多變化市場生產需求。

5 結束語

隨著現代社會汽車產業的快速發展，汽車產量和品種迅速增加，柔性化機器人焊接夾具將得到越來越廣泛的應用。只有進一步提高工業機器人焊接夾具的設計水平，才能使設備能更好的服務用戶，服務社會，滿足現在化汽車制造業的特性化、定制化需求，與汽車行業的飛速發展同步前進。本文主要研究智能速換裝備控制系統，解決現場主要關鍵設備如主站PLC、工業機器人與智能速換裝備系統信號互相互通的問題，實現系統通用性，降低對進口高端設備的配置要求，可提高調試效率促進國產機器人的應用推廣，降低設備投入成本開支。對工業機器人在汽車零部件生產的焊具高效智能速換裝備開發與應用有一定參考價值。

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