安居防盜門自動焊接機器人工作站設計與實現(xiàn)

員俊峰，易國春，許隨馨，耿運祥，張紅健

（北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

防盜門框自動焊接機器人工作站是我所依據某企業(yè)客戶安居防盜門設計制造和銷售的需求，針對防盜門框研發(fā)設計的一套機器人焊接工作站。系統(tǒng)由兩套滑臺，四套夾具，三臺焊接機器人和周邊安全防護系統(tǒng)組成。采用主站+從站的控制架構，布線簡單，擴展方便，整個系統(tǒng)可靠性更高、操作性更方便、布局的更靈活性，從技術上保證了焊接效率和產品質量。

1 系統(tǒng)構成

該工作站采用氣動滑動工作臺和機器人焊接系統(tǒng)將門框的鍍鋅薄板零件按照需方圖紙要求進行焊接。焊縫位置如圖1所示。

圖1 焊縫位置

系統(tǒng)由兩套滑臺，四套夾具，三臺焊接機器人和周邊安全防護系統(tǒng)組成。系統(tǒng)布置中每個滑臺上安裝有兩套夾具，一套夾具處于裝卡位置時，另一套夾具處于焊接位置，這樣可以在機器人焊接的同時進行裝卡和卸下門框，從而提高了工作效率，縮短了機器人等待時間。系統(tǒng)布置圖如圖2所示。

焊接機器人由機器人本體，自動焊機，送絲機構組成，在機器人控制柜內集成了焊接控制板，可以實現(xiàn)機器人對焊機的完全控制，另外還配套有清槍剪絲系統(tǒng)，實現(xiàn)焊接過程中的自動清槍與剪絲，保證焊接質量。

每個夾具上有26個氣缸協(xié)調控制完成門框的定位夾緊任務，上框時由手動按鈕控制電磁閥完成相應氣缸的夾緊與松開動作。焊接過程中和焊接完成時由PLC自動控制氣缸的打開和關閉。夾具電氣信號通過矩形插頭集中引出，可以實現(xiàn)快速插拔與互換。

2 控制流程

該門框自動焊接系統(tǒng)采用S7系列314-2DP的PLC和5.7吋觸摸屏，配用相應的I/O模塊和模擬量輸入模塊，在PROFIBUS總線上配置遠程模塊2臺，傳感器若干，PLC與焊接機器人之間通過I/O交互，實現(xiàn)信號聯(lián)鎖，狀態(tài)通知。

滑臺采用變頻電機+齒輪齒條的方式，通過西門子mm440變頻器控制電機往復直線運動，電機加編碼器，變頻器配編碼器信號接收模塊，從而實現(xiàn)了精確的位置控制，也實現(xiàn)了滑臺的平穩(wěn)加減速。

I/O交互網絡配置圖如圖3所示。

當夾具B裝卡完畢后，按下“運行”按鈕，當夾具A未處于焊接狀態(tài)時，運行指示燈亮，夾具B運行到焊接位置，通知機器人開始焊接。當夾具A處于焊接狀態(tài)時，夾具B進入等待狀態(tài)，運行指示燈閃亮，當夾具A焊接完成后，夾具B自動運行到焊接位置。

圖3 I/O交互網絡配置圖

當運行到焊接位置后，通知機器人開始焊接，因為門框有多種類型，每個夾具焊接的門框尺寸和材質都可能會不同，因此需要機器人調用不同的焊接程序來進行焊接任務，所以在機器人焊接開始之前，需要與PLC進行交互，通過每個夾具對應的門框號來選擇相應的焊接程序，而門框號是由觸摸屏上進行設置完成的，為了避免設置錯誤，夾具上還安裝有拉線傳感器，通過拉線傳感器的反饋值與設置的門框數(shù)據進行比較，當設置錯誤時進行提示報警。而機器人的每一個焊接程序也按照相同的門框號來命名，并在機器人調用了焊接程序后首先要發(fā)送該門框號給PLC，當PLC確認該門框號和對應夾具上的門框號相同的時候再次發(fā)送允許焊接信號給機器人，機器人開始焊接，從而避免了錯誤。焊接完成后，另一側裝卡完成，滑臺自動運行。

滑臺的移動由變頻器+變頻電機+齒輪齒條組成，在滑臺兩端各裝有一個限位開關，在起始端裝有一個零位開關，在電機后端裝有一個碼盤,根據碼盤的計數(shù)值決定滑臺的當前位置。電機后面的編碼器及驅動器與PLC構成一個簡易的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這樣系統(tǒng)在工作的過程中可以實時的檢測滑臺的位置和運動方向，根據滑臺在不同位置，實時調整滑臺的運行速度，從來實現(xiàn)滑臺的平穩(wěn)運行和精確定位。

3 故障報警及處理

系統(tǒng)程序有完善的故障報警機制，當相應的動作與傳感器不相符的時候就會發(fā)出報警信號，通知故障信息會在觸摸屏上顯示，方便維護人員及時找到問題原因，排除故障。

滑臺A氣缸定位出現(xiàn)故障：滑臺A定位氣缸通過兩個磁性開關檢測是否到位，當定位到作時3S之內沒有檢測到定位開關到位信號，則系統(tǒng)報警。

滑臺A定位出現(xiàn)偏差故障的處理方法：

1）檢查滑臺A定位開關的安裝是否松動，如果開關松動將其重新固定，再手動測試滑臺A定位后定位開關都能檢測到信號；

2）檢查滑臺A停止位置是否準確，如不準確，手動調整位置檢測開關，重新調試到正確位置；

3）將所有設備回到原位。

滑臺B氣缸定位出現(xiàn)故障：滑臺B定位氣缸通過兩個磁性開關檢測是否到位，當定位到作時3S之內沒有檢測到定位開關到位信號，則系統(tǒng)報警。

滑臺B定位出現(xiàn)偏差故障的處理方法：

1）檢查滑臺B定位開關的安裝是否松動，如果開關松動將其重新固定，再手動測試滑臺B定位后定位開關都能檢測到信號；

2）檢查滑臺B停止位置是否準確，如不準確，手動調整位置檢測開關，重新調試到正確位置；

3）將所有設備回到原位。

急停故障：在任何情況下拍下急停按鈕后出現(xiàn)的緊急停止故障。

急停故障的處理方法：

1）查看滑臺的狀態(tài)，如果滑臺在原位則無需操作滑臺；如果滑臺不在原位，請將滑臺手動移動到原位；

2）將所有設備回到原位。急停按鈕復位后，需要按下復位按鈕，然后再按下啟動按鈕，系統(tǒng)才可以繼續(xù)運行。

4 結束語

這個項目是工業(yè)機器人在防盜門行業(yè)門框自動焊接中的成功應用，該項目的成功實施，大大的提高了焊接效率和焊接質量，降低了工人的勞動強度，得到用戶的一致好評。

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