氣動伺服焊鉗應用

宋勝溥

摘 ?要：伺服焊鉗是汽車制造工藝焊接車間最基本最主要的設備，相較于普通焊鉗，氣動伺服焊鉗具有很多優點。本文主要介紹氣動伺服焊鉗的組成系統、工作原理、應用優缺點及自動控制方法，并對現場應用中常見的故障進行了分析和總結，以便于讀者進行比對學習。

關鍵詞：伺服焊鉗;自動控制;故障處理

一、氣動伺服系統組成及工作原理

1.1氣動伺服系統的組成

圖一是氣動伺服系統的組成，各部分主要作用如下：

1、伺服盒：

伺服盒是伺服焊鉗的主要控制部分，帶有伺服比例流量閥、INTERBUS總線通訊單元，它主要是負責和機器人進行通訊，根據收到的位置和壓力信號來控制伺服焊鉗其他各部分動作，在根據各檢測開關反饋的信號對各元件做出更精確控制，再將動作后的位置和壓力信號反饋給機器人。

2、底座閥板：

底座閥板跟伺服盒連接，用于連接外部的6Bar和10Bar壓縮空氣，并將壓縮空氣分配給伺服氣缸和平衡氣缸。底座閥板和伺服盒連接處有墊圈，拆卸時注意。兩者安裝靠3個螺絲固定。

底座閥板的內部氣路接口，其中P接氣源、AR、AV接平衡氣缸、SR、SV接伺服氣缸、RSV接停止閥。

3、伺服氣缸：

伺服氣缸是主要的執行元件，帶有兩個壓力傳感器和一個位置傳感器。伺服盒收到信號，給氣缸兩腔沖入氣源，根據兩腔的壓差來控制氣缸動作，當氣缸中的位置檢測開關檢測到快要達到設定位置后，發出信號給伺服盒，伺服盒控制比例閥，調節兩腔進氣量，減慢氣缸運行速度，達到位置后，比例閥關閉，從而實現氣缸動作。

4、平衡氣缸：

平衡缸承受的最大壓力為10bar。主要用于平衡焊鉗自身重量，保證在焊接時靜極臂能更好的貼合工件，根據焊鉗在工作時不同的焊接姿態，在程序中設定平衡缸值。

（二）氣動伺服系統的工作原理

2.1氣動伺服焊鉗控制原理

伺服盒接收到機器人發出的信號經過處理后發出模擬量信號，控制流量控制閥的動作，它可以對氣缸的動作位置、動作速度及平衡缸壓力進行控制;同時壓力檢測開關、位置傳感器把實時檢測到的信號傳輸給伺服盒，由伺服盒進行運算和分析，將運算分析結果與機器人發出信息進行比較，若有偏差，伺服盒會調整執行元件輸出，再進行檢測、調控，形成一個閉環的控制系統，做到焊鉗開口和壓力設定的精確控制。

2.2氣動伺服焊鉗氣路原理圖

以上是氣動伺服系統的氣動原理圖，其中棕色背景的為伺服盒內的所有元件，黃色背景的為伺服氣缸內的所有元件。1、2號閥是能夠用電壓模擬量信號控制閥芯開度的比例流量閥，1號閥控制伺服氣缸的伸出和返回以及精確控制伺服氣缸兩腔的壓力差。2號閥精確控制平衡氣缸兩腔的壓力差。3號閥是受INTERBUS信號控制的，當它得電時，4、5號的兩個停止閥（氣控的）才能導通。6號是安全閥，主要用來排氣，它的先導氣是通過底座閥板從12bar氣源獲得的。S-U為用模擬量電壓來控制閥芯開度，I-P為壓力信號轉化為電流信號，I-S為伺服氣缸的位置信號轉變為模擬量的電流信號。

二、氣動伺服焊鉗的優缺點

氣動伺服焊鉗相對于是普通氣動焊鉗，具有以下優點：

1、能對焊鉗開口大小進行編程，從而節約了一個焊接循環所需的時間和空氣消耗;

2、可以對電極移動過程中的加速度進行調整，在到焊接點之前的一個設定點時，電極臂移動的加速度減小，使得兩電極臂接觸焊接點時可以柔性接觸，能夠改善焊接質量，延長電極臂的使用壽命、減少電極臂的接觸噪音;

3、能夠對平衡氣缸兩腔的壓力差進行設定。使得焊鉗在不同姿態平衡氣缸兩腔的壓力差不同，提高焊接質量;

4、能夠調整焊鉗運動速度，可以靈活的針對不同工件進行調整，也可以作為調整生產節拍的一個有效方法;

5、可以對壓力進行精確的監控，及時對焊接壓力進行調節，提高焊接質量。

但是伺服系統的精度比較高，所以對工作環境的比較高，對工作時用的氣源要進行過濾和干燥，工作環境中的空氣要清潔。由于焊裝車間的特定因素，對工作環境不能很好的控制，這樣氣動伺服焊鉗的故障率也是比較高的。

三、氣動伺服系統的現場運用

1、在位置控制方面，氣動伺服焊鉗與普通的氣動焊鉗不同，普通的氣動焊鉗通過一般的氣缸動作只有固定的兩個位置，運用范圍比較小。氣動伺服焊鉗是伺服系統控制，它通過位置傳感器精確的檢測和控制開口大小，它能根據在工件上焊接位置的不同（在允許范圍內）設定不同的開口大小，它的控制位置非常精確，在程序中以0.1mm為單位。 ? ? ? ? 2、在壓力控制方面，在現在的普通氣動焊鉗控制系統中，一般的都是焊接控制器輸出焊接壓力。氣動伺服焊鉗可以是焊接控制器輸出焊接壓力，也可以是氣動伺服焊鉗自己通過機器人程序給出焊接力。在壓力檢測方面普通的氣動焊鉗只有一個UP閥對氣壓進行檢測（氣壓在2-16bar）都會有壓力反饋信號;氣動伺服焊鉗的壓力不論是焊接控制器輸出或者自己輸出，在伺服氣缸中壓力檢測開關都會準確的反饋壓力信號，如果壓力達不到，就不會輸出壓力信號，焊鉗也不會焊接。所以，伺服焊鉗能夠更好的檢測和控制壓力，提高焊接質量。

3、在其他方面，氣動伺服焊鉗也是非常出色的。例如：在氣動伺服焊鉗的機器人語句可以設定“板材厚度”，在機器人銑電極的時候我們設置“板材厚度”（設定值應略大于銑刀刀片厚度）后，焊鉗電極在到達設定的位置后，會自動減速，防止速度太快，容易損害銑刀刀片。

四、氣動伺服焊鉗的Interbus網絡配置

（一）Interbus特點

1、Interbus網絡是通過光纜傳輸，傳輸速率快（傳輸速率分為500K和2M，我們現場采用的是2M），信號傳輸穩定;

2、Interbus是環行、具有拓撲結構的網絡。它不需要終端電阻、模塊無地址設置;

3、網絡可以任意分支，分支層數最多為16 層。

（二）Interbus配置

氣動伺服系統與機器人通過INTERBUS通訊，總共有6個字，96位。在機器人I/O配置是從401-496， 其中主要的是焊鉗的開口大小、夾緊壓力和平衡缸設置：

425-432：焊鉗壓力值設定

441-448：焊鉗平衡缸值設定

449-463：焊鉗開口大小設置

五、氣動伺服焊鉗故障分析與處理

氣動伺服系統雖然非常先進，但是由于工作環境設備老化等其他因素，仍然存在一些故障。對于這些故障的處理方法，總結如下：

1、檢查伺服盒指示燈是否正常

（1）Us/UL電壓是否存在;

（2）內部通訊（04 燈閃爍）是否正常;

（3）RC/BA LED 綠色：網絡通訊正常;

（4）變壓器溫度檢測信號IN2（綠色）是否正常;

2、伺服盒發生異響可能是閥體受損：

手動將焊鉗打到到某個位置，例如：大口，閉合，小口（異響應在小口位置發生），在軟件Monitor中找到Pos11，檢查Pos11對應的數值（變化量允許范圍：+/-10），如果發生異響，Pos11對應數值的變化量超過允許范圍，那么說明伺服盒發生故障，建議更換伺服盒。

3、伺服氣缸故障

（1）伺服氣缸故障可以通過機器人操作面板查看報警信號：位置傳感器、后腔壓力傳感器、前腔壓力傳感器、傳感機構整體故障。

（2）機器人在工作時等待大口或者小口信號時，連接軟件查看Monitor中，Pos10值是否跳動過大，如果跳動過大，說明伺服氣缸中的位置傳感器或者行程測量系統錯誤，需要更換伺服氣缸。

六、結論

1、氣動伺服系統對焊鉗開口大小的精確控制，可以一把同樣的焊鉗在伺服系統的控制下比普通的焊鉗更靈活，可以進行比較復雜工件的焊接，擴大焊鉗的使用效率;

2、氣動伺服系統對焊鉗壓力的控制精確，不論是兩層板還是三層板，或者是高強鋼板，都能夠準確的給出壓力，提高焊接質量。

3、氣動伺服系統對焊鉗運動速度的調控，可以成為我們提高工位節拍的有效方法;它的“板材厚度”可以讓焊鉗從小口到夾緊高速運動中，達到“板材厚度”設定值后，自動的減速，防止電極與工件碰撞過大。

4、由于氣動伺服焊鉗是非常精密的設備，在使用的過程中，容易發現故障，我們全面的分析氣動伺服焊鉗故障產生的原因和處理方式，可以使我們能夠快速有效的處理問題。

參考文獻

[1] ?IntegrationServo-Pneumatic spotwelding gun

[2] ?Norgren ?Fehleranalyse Servobox

[3] ?USER profile