汽車焊裝線上的機器人應用研究

李東翰

摘 要：信息技術(shù)飛速發(fā)展，人工智能的發(fā)展和應用呈現(xiàn)幾何級數(shù)增長。機器人在汽車焊接線上的應用，不僅代替人工，而且提高工作效率。本文以某汽車制造公司為例，重點介紹機器人在焊接線上的應用及其存在的問題和解決辦法，以期待對同行業(yè)汽車焊接線上的機器人管理和運用有所裨益。

關(guān)鍵詞：機器人；汽車焊接線；解決辦法

0 引言

目前，人工智能的發(fā)展和應用呈現(xiàn)幾何級數(shù)增長。機器人在汽車焊接線上的應用，不僅代替人工，而且提高工作效率。一方面，效率和品質(zhì)是焊接工藝所追求的，另一方面環(huán)保和人性化也是焊接工藝所追求的。[1]汽車的焊接質(zhì)量是汽車制造過程中的重中之重，無論是國內(nèi)還是國外汽車制造廠商都十分重視汽車的焊接質(zhì)量。[2]減少手工作業(yè)，提高焊接的自動化率是各大汽車制造廠商所追求的。從某種程度來說，100%的焊接自動化和30%的車身部品上載自動化是衡量汽車制造水平和焊接車間自動化率的重要指標[3]。

作為汽車生產(chǎn)制造技術(shù)的關(guān)鍵部分，汽車車身焊接工藝施焊難度大，車身的焊合面需要沿空間分布。這對于焊接夾具的要求較為嚴格，一方面其定位要準確迅速，另一方面要求其焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠。焊接機器人的使用，有助于多種車型共同使用一套焊接機器人生產(chǎn)線。本文以某汽車制造公司為例，重點介紹機器人在焊接線上的應用及其存在的問題和解決辦法，以期待對同行業(yè)汽車焊接線上的機器人管理和運用有所裨益。

1. 機器人在焊裝線上的應用

該汽車制造公司的焊接生產(chǎn)線，具備年產(chǎn)25萬臺綱領(lǐng)的能力，后期根據(jù)生產(chǎn)的需要，可擴產(chǎn)至每年40萬臺綱領(lǐng)的能力。該公司廠房占地面積35400m2，計劃分兩個階段實現(xiàn)產(chǎn)能目標，一期投資的15臺/年的生產(chǎn)能力已經(jīng)實現(xiàn)。該公司整條生產(chǎn)線包括2條地板總成線，1條左側(cè)圍總成線，1條右側(cè)圍總成線，1條CRP總成線，1條車身主焊線，6條門蓋總成線，1條車身裝配線，1條車身修整線。該條汽車生產(chǎn)線共使用焊接機器人335條，能夠?qū)崿F(xiàn)100%焊接自動化率，三班倒，共需操作人員205人，能夠?qū)崿F(xiàn)焊裝部品轉(zhuǎn)載率55%。以車身焊接線為例，下面簡單介紹焊接工藝過程中機器人的應用：

該公司的車身焊接生產(chǎn)線為全自動化封閉生產(chǎn)線，工位為“回”字形往復輸送結(jié)構(gòu)，總共38個工位。車身焊接生產(chǎn)線上的主焊線上共有移動臺式車夾具41個，機器人的數(shù)量為115臺。這些機器人承擔著點焊、CO2弧焊、抓取零件、涂膠、車身打號、車身潔凈吸塵、車身后輪罩部位包邊、車身精度檢測等工作。

該公司的焊接機器人是日本川崎和韓國現(xiàn)代WIA公司的結(jié)合體，前者承擔機器人的本體工作，后者承擔機器人的結(jié)成技術(shù)。作為機器人控制系統(tǒng)的核心--PLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7---400 可編程控制器，實現(xiàn)Profilbus DP 總線和I/O模塊的互聯(lián)互通。借助PLC系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)編程、參數(shù)設定及故障報警等等工作。

通過PLC程序，將生產(chǎn)管理系統(tǒng)（G-MES）中的車型信息發(fā)送至工位。焊接機器人接收到信息后，對車型自動識別，之后按照系統(tǒng)中自動儲存的焊接信息，做出準確的焊接動作。焊接機器人能夠?qū)崿F(xiàn)多種混車型、多頻次的焊接工作，卻不會出現(xiàn)錯誤。車身主焊線上點焊機器人的數(shù)量較多，因為點焊工藝在汽車主焊線上應用較多。焊接控制現(xiàn)（T/C）、一體化焊槍（T/R+GUN）與焊接機器人配套使用。經(jīng)過零位、氣壓和電流的標定合格之后，車身焊接線上的焊接機器人才能正常的工作。電極修磨裝置配套使用，機器人在焊接過程中自動記錄焊接點數(shù)。當焊接點數(shù)達到設定值后，電極修磨裝置自動對電極進行修磨，確保焊接正常進行。

涂膠機器人中涂膠泵由韓國DAMING公司生產(chǎn)，涂膠機器人能夠自動實現(xiàn)加熱和溫度控制。涂膠控制器和機器人控制器信號互聯(lián)互鎖，繼而控制涂膠控制器實現(xiàn)涂膠槍的開、關(guān)、移動，進而完成涂膠工作。借助抓取機器人，實現(xiàn)左右側(cè)圍總成、頂蓋總成至主合成工位，實現(xiàn)堵板補焊工位的完成。此外，借助伺服氣缸的動作來實現(xiàn)多車型抓取工裝。

CO2焊接機器人的工作是焊補車身上無法實施點焊部位的焊點。CO2焊接機器人配套CMT產(chǎn)品的CO2弧焊機和相應的焊絲修理器。焊接工作在焊接房中進行，焊接房帶有排風和凈化裝置，具有防弧光的功能。

打號機器人接收來自生產(chǎn)管理系統(tǒng)（G-MES）系統(tǒng)中的指令，將系統(tǒng)中設定好的VIN號碼刻劃到車身上。借助吸塵機器人，自動對車身內(nèi)部做好吸塵潔凈工作。壓合包邊機器人收到指令后，自動對側(cè)圍外板后輪罩處進行壓合。檢測機器人按照既定的檢測程序，對車身的各個部位進行檢查，發(fā)現(xiàn)不合格項自動報警，強有力的保證焊接品質(zhì)。

2. 機器人在汽車焊接線上應用存在的問題及解決對策

2.1 車身與電纜干涉問題及對策

車身主焊線上，人工無法焊接完成車體內(nèi)部的焊點，機器人有效解決此問題。機器人在進行焊接時，需將手臂伸入車體內(nèi)，但由于車體內(nèi)部空間較小，機器人需要進行多次姿態(tài)變換，姿態(tài)轉(zhuǎn)換時會出現(xiàn)刺手的車身和電纜的干涉問題。如果不能有效解決干涉現(xiàn)象，電纜會出現(xiàn)破裂，造成更加嚴重的后果。在生產(chǎn)實踐中，把機器人的運行軌跡進行優(yōu)化，并減少手臂的外形體積，干涉現(xiàn)象基本消除。

2.2 焊槍電極漏水的問題及對策

焊接機器人的點焊設備需要循環(huán)冷卻水對其進行冷卻，才能正常工作。循環(huán)水與機器人焊接系統(tǒng)相連，并由控制器控制水閥的開啟。點焊機器人正常工作時，水閥是開啟。當如果焊槍的電極跟工件發(fā)生粘結(jié)脫落后，控制器不能正常工作，水閥無法關(guān)閉。經(jīng)過長期的實踐摸索，把水閥的開關(guān)信號和檢測信號連接，焊槍電極漏水時，水閥能夠自動關(guān)閉，徹底解決此問題。

2.3 零位標定及焊槍標定存在的問題及對策

機器人的調(diào)試和焊槍的啟動都需要進行標定，前者需要對軸進行零位標定，后者需要進行焊接電流和氣壓的標定。兩者都標定之后，機器人才能實現(xiàn)六軸同步運動。采用計算機控制的日本川崎機器人，機器人斷電之后依靠一組蓄電池保存零點位置。有時異常斷電時，出現(xiàn)零點位置的數(shù)據(jù)丟失。雖然這種情況不經(jīng)常出現(xiàn)，但是一旦出現(xiàn)，問題是非常嚴重的。我們對此進行詳細細致的研究，并分別從供電線路、系統(tǒng)軟件和硬件等方面著手，切實解決此類問題。

2.4 位置偏移后重新標定的問題及對策

焊接機器人的位置發(fā)生偏移時，只有再次進行在線示教，焊接機器人才能再次正常運行。焊接機器人的在線示教，需要耗費大量的時間。當產(chǎn)品更改或者調(diào)整部品結(jié)構(gòu)后，機器人的焊接位置和運行軌跡不能實時的調(diào)整，必須進行新的在線示教。在后續(xù)的工作中，必須對此加以重視，減少或縮短在線示教時間。

3.結(jié)束語

機器人在汽車焊接線上的使用，將其優(yōu)勢淋漓盡致的展示出來。機器人焊接的產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，效率高，不會產(chǎn)生人為焊接產(chǎn)生的不一致性和差異性。機器人的使用，減輕工人的勞動強度，同時有效避免零部件的磕碰損壞。但是，我們也應該清醒的認識到，汽車焊接線上使用的機器人也存在一定的問題。對此，我們必須要在實踐中采取切實可行的措施，將問題有效解決，使機器人在汽車焊接線上有更高效的使用。本文以某汽車制造公司為例，重點介紹機器人在焊接線上的應用及其存在的問題和解決辦法，以期待對同行業(yè)汽車焊接線上的機器人管理和運用有所裨益。

參考文獻：

[1]吳瑞詳.機器人技術(shù)與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994.

[2]朱世強，王宣銀.機器人技術(shù)及其應用[M].杭州：浙江大學出版社，2000.

[3]蔣新松.機器人與工業(yè)自動化[M].石家莊：河北教育出版社，2003.