汽車底盤零部件焊接柔性生產線的設計

趙佳萌 梁增提 覃京翎 鄭志明 曾慶文

摘 要：為了提高汽車零件生產線的信息集成程度和柔性程度，設計了一條生產汽車底盤零件的柔性生產線。該生產線加入了工業機器人、AGV小車、視覺檢測等智能設備，以PLC為控制元件，通過組建工業網絡建立它們之間的通訊連接。經過調試，生產線能夠按照工藝生產零件，各項指標能夠達到工藝要求。

關鍵詞：工業機器人;柔性生產線;智能制造

Abstract：In order to improve the degree of information integration and flexibility of the automobile parts production line，a flexible production line for automobile chassis parts was designed.The production line incorporates intelligent equipment such as industrial robots，AGV carts，visual inspection，etc.，using PLC as the control element，and establishing a communication connection between them by forming an industrial network.After debugging，the production line can produce parts according to the process，and various indicators can meet the process requirements.

Key words：industrial robot;flexible production line;intelligent manufacturing

隨著汽車制造業的轉型升級，汽車零部件的更新速度越來越快，因此需要智能化柔性化的生產線。對于零部件的焊接來說，以往采用焊接專機來焊接的方法已不能適應汽車零件的更新速度，需要加入工業機器人、AGV小車、視覺檢測等智能設備提高生產線的信息集成程度和柔性程度。

1 系統組成

汽車底盤零部件焊接柔性生產線主要由2個點焊機器人工作站、2個弧焊機器人工作站、運輸軌道、智能料倉組成，它們通過通訊電纜或者導線進行信號的傳遞，構成了整條生產線，如圖1所示。

2 系統工藝流程

該生產線可完成汽車前軸零件的焊接，工作時只需要將各部件放到智能料倉的指定倉位便可完成焊接、搬運、檢測、分揀等一系列工藝流程，如圖2所示。

3 機器人工作站的設計

汽車底盤零部件焊接柔性生產線的機器人工作站通過用1臺Fanuc機器人實現零件的點焊或弧焊，另有1臺用三菱伺服電機驅動的變位機輔助焊接。整個機器人工作站通過一臺三菱FX5U PLC控制。各硬件之間的連接如圖3所示。按鈕、開關、指示燈、氣閥等設備通過導線與PLC的I/O接口連接，觸摸屏通過以太網接口與PLC建立通訊連接。Fanuc機器人上安裝有CC-link板卡，通過CC-link電纜與PLC的通訊擴展模塊建立連接。變位機上的伺服電機通過SSCNET光纖與PLC擴展的運動控制模塊進行通訊相連。

由圖3可以看出，無論是以太網連接、CC-link連接還是SSCNET光纖連接，都將三菱PLC作為主站，監控整個工作站的運行，觸摸屏、機器人、伺服電機等設備作為從站接收來自PLC的命令。因此在軟件方面，需要設計PLC的程序和機器人的焊接程序，在PLC的梯形圖中調用機器人的焊接程序來指導機器人完成焊接工作，如圖4所示。

4 智能料倉的設計

智能料倉有1臺料倉機器人，1臺七軸機器人、1臺AGV小車、2臺RFID讀寫裝置和1臺視覺檢測裝置組成，它們由一臺西門子S7-1215C PLC控制，如圖5所示。S7-1215C通過工業交換機與2臺工業機器人建立Modbus TCP通訊連接，與西門子觸摸屏建立Profinet通訊連接。此外，PLC上還擴展了2個RS 422/485通訊模塊，與2個RFID讀寫頭進行點對點通信。視覺檢測裝置和AGV小車通過導線與PLC的I/O接口連接。

從圖5可以看到，西門子S7-1215C PLC還通過I/O連接有4個機器人工作站的監控信號，如下表所示，這些信號來源于機器人工作站的PLC。也就是說，S7-1215C是主控PLC，掌控整個生產線的運行。

料倉工業機器人、七軸機器人需要編寫各自的運行程序，完成取料放料等動作，PLC只需要發出信號讓機器人調用這些程序并監控機器人的運行狀態即可。視覺檢測裝置也需要設置程序判斷所拍攝的工件照片是否合格，PLC只需要通過I/O接口發出拍照指令并接收檢測結果即可。AGV小車也是通過PLC發送的啟動和停止命令控制小車按規定的線路行走。

5 系統調試運行

打開冷卻水閥、焊接保護氣閥和壓縮空氣閥后，依次打開動力柜電源、機器人控制柜電源、PLC控制柜電源和視覺工控機。用示教器將各機器人移動到工作原點，然后切換到自動運行模式。之后在智能料倉和夾具卡槽的相應位置放入要焊接的工件。按下啟動按鈕盒上的啟動按鈕，整條生產線即可自動運行，完成汽車底盤零部件的焊接工作。生產線各部分的狀態可通過主控制柜的觸摸屏監控。

6 結語

本文結合目前智能制造領域的研究現狀及特點，設計實現了汽車底盤零部件柔性生產線的總體框架。該生產線由4個機器人工作站和智能料倉組成，能夠滿足汽車零件的制造精度和更新速度。但是該系統也有不足之處，對工業網絡技術還沒有充分運用，以至于對生產過程沒有更優化的管理，這將是未來的研究方向。

參考文獻：

[1]雍洋洋，張廣才，高新浩，何繼榮，溫貽芳.基于機器視覺的機器人裝配工作站系統設計與研究[J].機械制造與自動化，2018，47（05）：184-186+209.