電烙鐵式錫焊機(jī)器人快速編程方法及應(yīng)用

程虎 侯博然

摘 要：電烙鐵式錫焊機(jī)器人廣泛應(yīng)用于PCB電裝行業(yè)。隨著對(duì)生產(chǎn)效率和質(zhì)量的要求不斷提高，對(duì)錫焊機(jī)器人的工作效率和焊接精度提出了更高的要求。此文基于AutoCAD二次開發(fā)提出了一種快速編程方法，并進(jìn)行了舉例運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：電烙鐵;錫焊機(jī)器人;編程;AutoCAD

Abstract：Electric iron type soldering robot is widely used in PCB electrical equipment industry.With the continuous improvement of production efficiency and quality requirements，higher requirements are put forward for the working efficiency and welding accuracy of the solding robot.Based on the secondary development of AutoCAD，this paper puts forward a fast programming method and gives an example.

Key words：electric iron;soldering robot;programming;AutoCAD

1 緒論

隨著焊接技術(shù)的智能化、自動(dòng)化[1]，采用基于機(jī)器人的自動(dòng)焊接已經(jīng)成為焊接技術(shù)自動(dòng)化的標(biāo)志[2]。在軍工行業(yè)由于產(chǎn)品特性要求，電烙鐵式錫焊機(jī)器人焊接被廣泛使用。錫焊工藝是錫焊機(jī)器人的核心技術(shù)[3-4]，而焊接編程則是錫焊工藝的關(guān)鍵步驟。傳統(tǒng)的焊接編程方法是將PCB板裝夾到自動(dòng)焊錫機(jī)器人臺(tái)面上，人工控制焊槍移動(dòng)到需要進(jìn)行焊錫的焊點(diǎn)位置處，通過傳動(dòng)裝置獲取此位置焊點(diǎn)坐標(biāo)。傳統(tǒng)的焊接編程方法由于是人工目測(cè)獲取焊點(diǎn)坐標(biāo)，所以精度差、效率低，編程耗時(shí)長(zhǎng)。AutoCAD常作為一種二維繪圖通用軟件，AutoCAD支持二次開發(fā)以強(qiáng)化現(xiàn)有功能或?qū)崿F(xiàn)新的功能[5-7]。本文基于AutoCAD二次開發(fā)提出了一種快速編程方法并進(jìn)行了應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了提高焊接效率和質(zhì)量的目的。

2 電烙鐵式錫焊機(jī)器人原理

2.1 電烙鐵式錫焊機(jī)器人組成

電烙鐵式錫焊機(jī)器人由焊接工作平臺(tái)、手持式示教編程器也稱示教盒[8]、加熱控制器、出錫控制器、焊臂組件、焊咀、焊咀清潔系統(tǒng)、煙霧凈化過濾系統(tǒng)組成，電烙鐵式錫焊機(jī)器人的構(gòu)成圖[9]如圖1所示。

2.2 電烙鐵式錫焊機(jī)器人常規(guī)焊接流程

電烙鐵式錫焊機(jī)器人常規(guī)焊接流程包括“啟動(dòng)機(jī)器”“固定焊接件”“焊接程序編程”“焊接待焊點(diǎn)”“結(jié)束關(guān)機(jī)”幾個(gè)步驟。編程部分是焊接過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。編程部分包括新建示教文件、編制示教文件、下載示教文、選擇加工文件、設(shè)置加熱參數(shù)五個(gè)步驟。具體操作是通過示教模式[10]，由方向鍵進(jìn)行焊點(diǎn)定位的模擬運(yùn)動(dòng)，完成示教任務(wù)[11]。示教任務(wù)中的新建示教文件、編制示教文件、下載示教文、選擇加工文件幾個(gè)步驟在手持式示教編程器上完成，加熱參數(shù)設(shè)置在加熱控制器上完成。

2.3 常規(guī)編制示教文件流程

“編制示教文件”是編程部分的重要環(huán)節(jié)，也是耗時(shí)最長(zhǎng)的環(huán)節(jié)，同時(shí)也著影響焊接的精度和質(zhì)量。編制示教文件包括焊點(diǎn)坐標(biāo)的確定輸入、焊接時(shí)間的確定輸入幾個(gè)步驟。編制示教文件的流程如圖2所示。

目前通常的編制示教文件方法是通過人工控制焊槍移動(dòng)到待焊點(diǎn)位置處，通過傳動(dòng)裝置獲取此位置焊點(diǎn)實(shí)際物理坐標(biāo)，再在示教盒上確認(rèn)輸入。由于是手動(dòng)移動(dòng)焊槍來獲取焊點(diǎn)坐標(biāo)，因此在操作過程中存在獲取焊點(diǎn)坐標(biāo)的精準(zhǔn)度差，造成焊點(diǎn)質(zhì)量缺陷率高的情況，需要多次試焊調(diào)試才能確定焊點(diǎn)的最終坐標(biāo)。其次由于是手動(dòng)移動(dòng)焊槍來獲取焊點(diǎn)坐標(biāo)，就需要對(duì)待焊點(diǎn)進(jìn)行逐個(gè)獲取確認(rèn)，而且不能識(shí)別出最優(yōu)焊接路徑，工作效率低。

3 快速編程方法

3.1 快速編程方法

通過印制板在錫焊機(jī)器人上的兩個(gè)實(shí)際點(diǎn)坐標(biāo)和AutoCAD軟件，生成最優(yōu)焊接路徑上每個(gè)待焊點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，再將每個(gè)坐標(biāo)通過示教盒輸入機(jī)器，再進(jìn)行“下載示教文件”“選擇加工文件”“設(shè)定焊接時(shí)間”“設(shè)置加熱參數(shù)”等步驟，即完成編程工作。焊接路徑待焊點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)生成具體操作步驟如圖3所示。

3.2 快速編程方法的優(yōu)點(diǎn)

通過CAD文件可以快速獲得最優(yōu)焊接路徑上每個(gè)待焊點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，然后將每個(gè)待焊點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)輸入機(jī)器即可。改變了原來每個(gè)待焊點(diǎn)需逐個(gè)捕捉、確認(rèn)、輸入的情況，而且用PCB文件獲得的實(shí)際物理坐標(biāo)比手動(dòng)確認(rèn)的實(shí)際物理坐標(biāo)精確度高，避免了單點(diǎn)需多次校正、調(diào)試、確認(rèn)的情況，同時(shí)提供了最優(yōu)焊接路徑，減少了錫焊機(jī)器人焊臂移動(dòng)的時(shí)間，提高了工作效率和焊接的質(zhì)量。

4 AutoCAD二次開發(fā)

AutoCAD二次開發(fā)主要是實(shí)現(xiàn)生成路徑的每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)的功能。編寫在CAD軟件中生成功能性按鈕插件的程序代碼，編寫的CAD程序如圖4所示。通過對(duì)CAD軟件二次開發(fā)形成路徑生成的功能性按鈕。編寫在EXCEL中功能性按鈕插件的程序代碼，編寫的程序如圖5所示，生成路徑排序功能性按鈕。

對(duì)CAD軟件二次開發(fā)后形成路徑生成的功能性按鈕界面，如圖6所示。EXCEL中功能性按鈕界面，如圖7所示。

5 應(yīng)用

下面舉例實(shí)現(xiàn)快速編程方法在印制板焊接中的應(yīng)用。

步驟一：在DXP軟件中打開印制板的PCB文件，將PCB文件另存為DXF格式的CAD文件。

步驟二：在CAD軟件中打開對(duì)應(yīng)印制板的PCB文件，找到對(duì)角的兩個(gè)MARK點(diǎn)，將其中一個(gè)MARK點(diǎn)設(shè)為A，另一MARK點(diǎn)設(shè)為B。

步驟三：將印制板放在機(jī)器人上，移動(dòng)焊槍，通過傳動(dòng)軸獲取上述兩個(gè)MARK點(diǎn)在焊接機(jī)器人上實(shí)際物理坐標(biāo)，A點(diǎn)的實(shí)際物理坐標(biāo)為（XA′，YA′），B點(diǎn)的實(shí)際物理坐標(biāo)為（XB′，YB′）。

步驟四：在CAD文件中找到實(shí)際物理坐標(biāo)A點(diǎn)的相對(duì)原點(diǎn)，并將該點(diǎn)設(shè)置為CAD文件中的新原點(diǎn)，標(biāo)記為0點(diǎn)。

步驟五：在CAD文件中以0點(diǎn)為原點(diǎn)，找到實(shí)際物理坐標(biāo)B點(diǎn)（XB′，YB′）的位置，并標(biāo)識(shí)為C點(diǎn)。

步驟六：在CAD文件中以A點(diǎn)為圓心，旋轉(zhuǎn)PCB圖像，使PCB圖像中的MARK點(diǎn)B點(diǎn)與C點(diǎn)重合。

步驟七：點(diǎn)擊圖6中的“拾取焊盤位置”按鈕，生成圖8中的A、B兩列坐標(biāo)數(shù)據(jù)，選擇A、B列，設(shè)置單元格格式為“數(shù)值”（保留2為小數(shù)），再依次進(jìn)行選擇“數(shù)據(jù)”、“刪除重復(fù)項(xiàng)”、“選擇‘A、B列”、“刪除重復(fù)項(xiàng)”等操作，然后自定義排序“A”、“B”列升序排列或?qū)⒌谝稽c(diǎn)坐標(biāo)排在第一行，再點(diǎn)擊“路徑排序”按鈕，最后將“D”列按升序排列，完成路徑坐標(biāo)點(diǎn)的排序。點(diǎn)擊圖6中“完整路徑預(yù)覽”按鈕即可獲得如圖8所示的路徑圖，核查路徑圖是否符合要求，如需改動(dòng)則可以通過圖6中手動(dòng)生成路徑方法來調(diào)整局部路徑，已達(dá)到所需要求。

步驟八：將EXCEL表格的待焊點(diǎn)坐標(biāo)依次通過示教盒輸入焊接機(jī)器人。

步驟九：設(shè)置待焊點(diǎn)的時(shí)間、溫度。

步驟十：進(jìn)行焊接操作。

焊接效果：經(jīng)焊點(diǎn)解剖和檢查，無虛焊、漏焊、少錫、浸潤(rùn)不良等焊接缺陷，焊點(diǎn)符合GJB要求，焊接效果圖如圖9所示。

同一種印制板在固定夾具不移位的情況下，焊接完一塊印制板后可以直接將其他印制板依次放在固定夾具上焊接即可。如果因不同型號(hào)印制板之間切換造成固定夾具移位的，則需按如下操作步驟進(jìn)行：①將印制板放在焊接機(jī)器人上，通過示教盒直接輸入第一次編程獲取的MARK點(diǎn)A點(diǎn)的實(shí)際物理坐標(biāo)（XA′，YA′），使焊槍移動(dòng)到該坐標(biāo)位置，調(diào)整印制板位置使印制板上的MARK點(diǎn)A與焊槍咀頭點(diǎn)重合。②通過示教盒直接輸入第一次編程獲取的MARK點(diǎn)B點(diǎn)的實(shí)際物理坐標(biāo)（XB′，YB′），使焊槍移動(dòng)到該坐標(biāo)位置，調(diào)以A點(diǎn)為圓心，旋轉(zhuǎn)印制板使印制板上的MARK點(diǎn)B與焊槍咀頭點(diǎn)重合。③將印制板夾具固定住。④調(diào)用已經(jīng)編好的程序依次對(duì)印制板進(jìn)行焊接。

6 結(jié)語(yǔ)

基于AutoCAD二次開發(fā)的電烙鐵式錫焊機(jī)器人快速編程方法，解決了傳統(tǒng)的焊接編程方法獲取焊點(diǎn)坐標(biāo)精度差、效率低，編程耗時(shí)長(zhǎng)的問題，提高了焊接效率和焊接質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：程虎，男，湖北武漢人，本科，技師，研究方向：無線電裝接，具有10多年行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn);侯博然，男，湖北武漢人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械制造。