雙工位弧焊機(jī)器人系統(tǒng)控制方法

左世慧，吳 清

ZUO Shi-hui, WU Qing

（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

不銹鋼充氣柜是目前電力系統(tǒng)中一種較為新型的結(jié)構(gòu)形式，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同的結(jié)構(gòu)形式和生產(chǎn)方式，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量也有著很大的區(qū)別。針對現(xiàn)狀，我所開發(fā)專門用于不銹鋼充氣柜的焊接工作站。

這套不銹鋼充氣柜焊接工作站基于弧焊機(jī)器人與焊接變位機(jī)組成A區(qū)和B區(qū)雙工位焊接系統(tǒng)，焊接變位機(jī)采用機(jī)器人配置的附加伺服軸驅(qū)動減速機(jī)實(shí)現(xiàn)工件360度旋轉(zhuǎn)；為彌補(bǔ)焊接機(jī)器人工作區(qū)域不能覆蓋被焊接工件的長度方向，采用氣缸實(shí)現(xiàn)機(jī)器人基座變位。同時考慮到用戶使用上的一些便利，采用了一些有針對性的技術(shù)措施。

1 系統(tǒng)組成

采用S7-200系列PLC作為主控制器，同時配置兩臺TP170觸摸屏作為A工位和B工位的選擇工件焊接程序的人機(jī)操作界面。

弧焊機(jī)器人采用ARC M120iB/10L，兩臺1.6KW的附加軸。

全數(shù)字化逆變式焊機(jī)Pro Evolution 5200，具有MIG/MAG、脈沖MIG等多種焊接方法功能。焊機(jī)內(nèi)置焊接專家程序，適用于碳鋼、合金鋼、不銹鋼和鋁及鋁合金等多種材料的焊接；焊機(jī)可以存儲焊接程序，通過焊機(jī)上的接口調(diào)用；焊機(jī)起弧和收弧程序；具有弧長調(diào)節(jié)和焊絲回?zé)刂乒δ?；與機(jī)器人具有專用的控制接口，通過航空插頭直接連接，接口信號中有模擬量形式的電壓電流和焊接速度信號，以及開關(guān)量形式的控制和反饋信號。

工件材質(zhì)為2～4mm厚316不銹鋼板。

圖1 系統(tǒng)配置圖

2 便于調(diào)試監(jiān)控的人機(jī)界面

AB工位各配置一套工裝卡具和一套水平配置的變位伺服電機(jī)，工作時間與工件裝卡時間重疊，提高生產(chǎn)效率。為了便于用戶在兩個相互隔離的操作工位調(diào)用焊接程序，采用兩塊TP170A觸摸屏分別安裝于AB工位兩側(cè)，兩塊TP170A觸摸屏與S7-200系列PLC通過總線方式通訊，通訊協(xié)議采用MPI方式，TP170A觸摸屏必須設(shè)置為主站工作方式，當(dāng)然，通訊協(xié)議也可以采用PPI方式。注意兩塊觸摸屏的總線地址要有所區(qū)分。為便于顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和TP170A觸摸屏相互顯示對方的實(shí)時操作，本次設(shè)計中采用了事件消息來實(shí)現(xiàn)這些消息傳遞。如圖3所示，消息顯示的系統(tǒng)狀態(tài)包括總急停和氣路壓力過低等狀態(tài)，以及相鄰工位觸摸屏實(shí)時操作，例如焊接程序選擇、暫停和工位急停等操作。

圖2 事件顯示在觸摸屏中的位置

圖3 事件消息的內(nèi)容

3 子系統(tǒng)間的連接方式

焊接機(jī)器人與5200弧焊焊機(jī)連接相對簡單，使用隨機(jī)附帶的帶有航空插頭的多芯電纜連接機(jī)器人和弧焊焊機(jī)，即可完成通訊的硬件連接，在機(jī)器人操作面板上選擇對應(yīng)的弧焊焊機(jī)類型就可以完成兩者之間的通訊設(shè)置。

常用的信號有模擬量：Welding voltage焊接電壓，Wire speed供絲速度。開關(guān)量：Start命令起弧，Gas命令送保護(hù)氣，Arc on反饋起弧。機(jī)器人開始命令弧焊焊機(jī)起弧時，只有收到弧焊焊機(jī)的Arc on反饋起弧信號時，才開始焊接運(yùn)動，否則，機(jī)器人經(jīng)過一個預(yù)先設(shè)置的延時后仍然沒有收到這個信號，機(jī)器人終止運(yùn)行并報警，這個預(yù)先設(shè)置的延時可以在機(jī)器人相關(guān)菜單中修改。

4 全數(shù)字化弧焊焊機(jī)調(diào)試的特點(diǎn)

5200弧焊焊機(jī)調(diào)試比較方便，焊機(jī)內(nèi)置焊接專家參數(shù)，可以直接采用，也可以略加修改成為自己的特有參數(shù)。焊接的工件材質(zhì)和板厚相對單一，焊接參數(shù)組數(shù)不多，故而采用存儲焊接程序的方式，提前調(diào)試好幾組焊接程序參數(shù)，焊接時由機(jī)器人通過4個開關(guān)量直接調(diào)用預(yù)存的16套焊接參數(shù)程序。

5 焊接軌跡的補(bǔ)償方式

不銹鋼充氣柜以搭接焊和T形焊居多，這兩種接頭形式對機(jī)器人的定位精度要求較高。由圖4焊接試驗(yàn)樣件可知，將機(jī)器人前進(jìn)方向上其余兩個方向分別調(diào)偏1.5毫米左右，焊接效果變差。因此對于焊接剛性不足的不銹鋼充氣柜而言，提高定位精度尤為重要。

圖4 焊接實(shí)驗(yàn)樣件

弧焊機(jī)器人ARC M120iB/10L具備Touch sensing功能，通過與弧焊焊機(jī)的連接和配合，利用焊絲碰觸工件獲取工件的實(shí)際位置，修正機(jī)器人焊接路徑坐標(biāo)，達(dá)到精確焊接的目的。根據(jù)實(shí)際工況，機(jī)器人有幾種Touch sensing類型可供選擇。

6 焊接機(jī)器人程序的調(diào)用方法

機(jī)器人運(yùn)動程序有幾種設(shè)定方式，可以獨(dú)立的關(guān)聯(lián)機(jī)器人本體、附加軸A和附加軸B，也可以關(guān)聯(lián)上述三個運(yùn)動模塊的組合，例如：一個運(yùn)動程序同時關(guān)聯(lián)機(jī)器人本體和附加軸A，這樣在一個運(yùn)動程序段中就可以同時示教機(jī)器人本體和附加軸A的運(yùn)動軌跡，實(shí)現(xiàn)七軸（加上機(jī)器人本體六個軸）同時運(yùn)動。而同時關(guān)聯(lián)機(jī)器人本體、附加軸A和附加軸B的運(yùn)動程序在本設(shè)計中不僅沒用實(shí)際意義而且有害（例如：機(jī)器人本體和附加軸A協(xié)調(diào)工作中，如果還關(guān)聯(lián)附加軸B運(yùn)動，會使B工位在A區(qū)工作期間上下料極為危險）。

DEFAULT_GROUP = 1,1,*,*,*,*,*;//關(guān)聯(lián)機(jī)器人本體和附加軸A

CONTROL_CODE = 00000000 00000000;

/APPL

ARC Welding Equipment : 1,*,*,*,*;

/MN

1: //程序開始

。。。。。。

12: ;

13:L P[4] 100mm/sec FINE ;

14: Arc Start[2] ; //焊接開始

15:L P[5] 25mm/sec FINE ;

16: Arc End[2] ; //焊接結(jié)束

17: WAIT 2.00(sec) ;

。。。。。。

P[5]{ //位置點(diǎn)P[5]的坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，包括機(jī)器人本體坐標(biāo)和附加軸坐標(biāo)

GP1:

UF : 0, UT : 1, CONFIG : 'N U T,0, 0, 0',

X = -578.358 mm, Y = 1633.231 mm,Z = -34.678 mm,

W = 41.534 deg, P = -.748 deg, R= 53.432 deg

GP2:

UF : 0, UT : 1,

J1= 184.309 deg};

7 結(jié)論

雙工位弧焊機(jī)器人系統(tǒng)經(jīng)過用戶驗(yàn)收，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。操作簡單，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。實(shí)際焊縫成型好，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊接飛濺少。工人勞動強(qiáng)度大幅度減低，勞動環(huán)境大為改善。

[1] ARC M120iB/10L機(jī)器人操作手冊.

[2] S7-200.系統(tǒng)手冊.

[3] TP170A設(shè)備手冊.

[3] Pro Evolution 5200焊機(jī)操作手冊.