自動螺柱焊接系統在白車身焊接的應用研究

曹德嚴 張思帆 武曉亮

摘要：在汽車制造過程中，螺柱是線速、油管、支架等部件安裝固定的重要工藝，被大量應用于白車身生產。傳統手動螺柱焊接方法穩定性差，焊接精度低，嚴重影響汽車制造質量。PIDS自動螺柱焊接系統，有效的將螺柱焊接系統與機器人控制系統進行兼容，確保螺柱重復定位精度和焊接質量的穩定性，能夠有效提升汽車制造質量，在白車身焊接領域具有廣闊的應用前景。

Abstract： In the process of automobile manufacturing， stud is an important process for fixing components such as line speed， oil pipe and bracket， which is widely used in Body-in-White production. The traditional manual stud welding method has poor stability and low welding precision， which seriously affects the quality of automobile manufacturing. PIDS automatic stud welding system can effectively make stud welding system compatible with robot control system， ensure stud re-positioning accuracy and stability of welding quality， effectively improve automobile manufacturing quality， and has broad application prospects in the field of BIW welding.

關鍵詞：螺柱焊接;汽車制造;PIDS;機器人

Key words： stud welding;automobile manufacturing;PIDS;robot

中圖分類號：TG453.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0100-02

0? 引言

螺柱焊接是將螺柱通過焊接熱源，對端面、板材、筒體弧面等型體局部快速加熱、加壓焊接的方式，被大量應用于白車身制造中。傳統手動螺柱焊接存在焊接質量穩定性差、定位精度低、勞動強度大的問題，逐步被自動螺柱焊接系統替代[1]。本文以鴻栢PIDS-A20AT自動螺柱焊機和FRS系列螺柱自動送料機與ABB7600焊接機器人集成白車身螺柱自動焊接系統。該系統采用開放式的螺柱焊接工藝，僅需外部觸發啟動ABB7600 Robot和PIDS螺柱焊接系統任務號，可實現白車身制造工件中的全部或部分螺柱的焊接工作，具有自動化程度高、效率和穩定性高、穩定性好、成本低的優點。

1? PIDS 螺柱焊接系統

PIDS 螺柱焊接系統由PIDS 主機、FRS5 送料機、手持編程器、機器人、全自動伺服焊槍及相關綜合控制管線包組成。PIDS 主機是 PIDS 螺柱焊接系統的核心設備，該設備配置5個獨立焊接通道，可按照先后順序對各個通道送料機進行服務;FRS5具有自動輸送螺柱的功能，與全自動伺服焊槍連接使用可完成PIDS焊機的時序控制、伺服電機精確控制及機器人的信息傳送;手持編程器主要用于調試和校驗焊接數據、修改和優化焊接工藝、查詢PIDS系統故障信息;全自動伺服焊槍采用伺服電機驅動，作為ABB焊接機器人的焊接終端，通過伺服電機的精確控制焊槍與工件的拉弧距離和增大螺柱焊接電源的瞬時輸出功率，有效的解決了白車身特殊工件尺寸的螺柱焊接;機器人采用ABB7600 Robot焊接機器人，將ABB7600 Robot與全自動伺服焊槍結合可實現多角度、全方位的螺柱焊接。如圖1所示，PIDS全自動焊接系統主機圖。

2? 全自動PIDS螺柱焊接系統硬件構架

全自動PIDS螺柱焊接系統由PLC、焊接機器人、PIDS螺柱焊接系統組成。該焊接系統通過DeviceNet現場總線將PLC、焊接機器人、PIDS螺柱焊接系統三者通訊連接，以實現設備相互間的信息交換，構成一個完整的全自動螺柱焊接系統[2]。本文以PLC為控制系統主站，設置站地址為0，現場輔助控制設備I/O與PLC采用Profibus協議通訊;PIDS螺柱焊接系統和焊接機器人作為系統從站，設置站地址分別為1和2，設置通信波特率為125K，當 DeviceNet 連接的相關數據設置正確后，通過 FRS5送料機的顯示屏里面的“系統查詢”界面，查看系統 DeviceNet 連接狀態，如圖2所示。

全自動PIDS螺柱焊接系統在進行螺柱焊接前需滿足以下條件：①PIDS系統調試完畢且相關設備無故障信息;②焊接機器人設備調試完畢且無故障;③PIDS系統和焊接機器人設備連接完成;④完成焊點的示教;⑤工件安裝到位。焊點示教工作關系到焊點的焊接質量，焊接機器人設備必須將全自動伺服焊槍移動到正確的示教點位置，PIDS系統才能正常的完成螺柱焊接工作。在伺服焊槍移動過程中滑臺氣缸始終處于收起狀態，接近焊接位置時焊接機器人以較小速度使焊槍嘴接近焊點10cm位置防止碰撞在工件表面，然后焊接機器人調整焊槍角度，便于焊槍垂直接觸焊接工件表面（如圖3所示）。

3? PIDS螺柱焊接系統HMI界面

PIDS螺柱焊接系統HMI界面主要包括系統狀態、系統查詢、系統參數設置、系統診斷等模塊。通過HMI界面可清晰查看各通道狀態，包括各通道的先導階段、焊接階段、焊接能量、終端信息等參數信息，也可直觀的查看焊槍狀態、通道狀態、送釘狀態等，PIDS螺柱焊接系統HMI界面如圖4所示。FRS螺柱自動焊接系統具有強大的系統診斷功能，可實現對系統的輸入診斷、通訊診斷、DeviceMet診斷、輔助輸出診斷及常規診斷等功能，可直接查看雙方交換的原始數據，對系統調試和故障排除具有較大的輔助[3]。在診斷模式下，設備調試人員可在手持編程器上，以逐位控制的方式將PIDS主機的位數據傳遞給焊接機器人，操作人員可在焊接機器人端查看數據傳輸結果，DeviceNet接收測試是焊接機器人向PIDS系統發送數據，DeviceNet 發送測試是指PIDS系統主機向焊接機器人發送通信數據。

4? 焊接異常及處理

4.1 焊接異常

PIDS螺柱焊接系統的焊接異常是指當PIDS主機收到焊接命令開始執行焊接任務時，實時監測數據表明焊接過程出現異?；蜻_到不允許焊接作業的條件時，直接退出焊接程序終止焊接命令的行為。造成PIDS系統焊接異常報警的情況主要包括：①沒有焊接螺柱，主要包括點焊示教不當誤判和FRS5送料機斷料;②引弧引燃失敗，表現為先導階段PIDS主機輸出電流較小而弧壓很高;③焊接電流輸出處于開路;④焊接輸出電流處于短路狀態;⑤焊槍的提槍高度未達到設定值;⑥PIDS主機的電流檢測回路有異常;⑦焊接電流達不到設定電流值;⑧焊接的能量值達不到設定的能量值。

當上述事件發生后焊接異報警信息傳送給控制器，PIDS螺柱焊接系統通過DeviceNet通信發送給焊接機器人設備一個焊接異報信號，焊接機器人立即停止焊接動作?，F場工作人員查看當前焊點是否存在假焊、虛焊現象，同時對PIDS螺柱焊接系統進行維護檢修工作，以排除焊接異常事故。

4.2 焊接異常的對策

當PIDS 螺柱焊接系統出現焊接異常時，需要及時查看和處理焊接異常事件，避免耽誤螺柱焊接效率和系統損壞：①工作人員查看當前焊點是否有螺柱，若沒有螺柱，則應該及時對缺陷型面點進行焊點補焊工作，可通過手持編程器點擊系統缺陷HMI界面中的“焊點補焊”按鈕進行操作;②若當前焊點存在螺柱則為虛焊情況，在缺陷應對界面點擊“焊點跳過”按鈕，并標記當前焊點，后續進行補焊工作，如圖5所示。

5? 結論

針對白車身工件螺柱手工焊接存在的弊端，文中采用PIDS自動螺柱焊接系統，通過DeviceNet現場總線技術實現PLC控制器、焊接機器人設備相互間的信息交換，有效的提高了螺柱焊接定位精度和焊接質量穩定性，重點研究了PIDS自動螺柱焊接系統HMI界面和焊接異常問題種類及缺陷處理辦法，能夠有效提升汽車制造質量。現場使用情況表明該系統焊接效率高、焊接質量好。

參考文獻：

[1]何小明，沈玉勇，賈建龍.TCP自動校正系統在螺柱焊接中的應用[J].工業技術創新，2016（06）：1141-1143.

[2]張先龍，董紅兵.自動多點螺柱焊接設備的設計制作[J]. 新技術新工藝，2013（05）：14-17.

[3]鄧菲，鄧乃伏，龐增拴.伸縮縫專用型材自動焊接系統設計與應用[J].制造業自動化，2019（10）：36-38.