機(jī)器人工作站在變壓器生產(chǎn)制造中的應(yīng)用

侯偉

摘 要：詳細(xì)介紹了機(jī)器人工作站的基本組成，并從實(shí)用的角度分析了運(yùn)用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變壓器在日常生產(chǎn)制造過程中運(yùn)用智能化手段完成高壓線圈繞制、連接觸點(diǎn)放電焊接、電阻質(zhì)量判定等工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和質(zhì)量任務(wù)，同時(shí)對(duì)影響該系統(tǒng)自身正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤和故障進(jìn)行了原因判斷和維修維護(hù)方法研究。該工作系統(tǒng)能夠完成各級(jí)工科院校在自動(dòng)化生產(chǎn)和智能制造領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)和變壓器生產(chǎn)制造企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)中完成手工操作向人工智能生產(chǎn)制造領(lǐng)域的轉(zhuǎn)變具有重要的指導(dǎo)意義和實(shí)踐作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人工作站 變壓器自動(dòng)化生產(chǎn) 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué) 生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)

中圖分類號(hào)：TB49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理改變交流電壓的裝置，主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換等，按用途可以分為：電力變壓器和特殊變壓器等。隨著變壓器行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)各類變壓器裝置的性能參數(shù)、質(zhì)量等級(jí)、使用壽命等提出了更加嚴(yán)格的要求和更高的發(fā)展目標(biāo)，目前隨著原材料性能的提升以及智能制造技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，能夠研發(fā)并制造出性能優(yōu)越，質(zhì)量過硬的各類變壓器產(chǎn)品已經(jīng)成為各生產(chǎn)制造企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的首要任務(wù)，傳統(tǒng)的手工制造方式已經(jīng)不能有效滿足各類變壓器的生產(chǎn)要求，同時(shí)人工操作的固有偏差性和人為差異不同程度地影響著變壓器的質(zhì)量和使用壽命。為此，有必要設(shè)計(jì)一套人工智能化柔性生產(chǎn)制造系統(tǒng)，使變壓器生產(chǎn)制造去人工化，實(shí)現(xiàn)變壓器智能化生產(chǎn)。

1 工作站設(shè)計(jì)方案

變壓器自動(dòng)化生產(chǎn)工作站是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)的編寫優(yōu)化。在硬件設(shè)計(jì)中，經(jīng)過研究分析，最終確定該系統(tǒng)應(yīng)包含以下三部分功能機(jī)構(gòu)，分別是：（1）變壓器繞制；（2）變壓器搬運(yùn)；（3）變壓器焊接和質(zhì)量檢測。在軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)包含以下四部分功能程序，分別是：原點(diǎn)復(fù)位、繞制程序、搬運(yùn)動(dòng)作、放電焊接和質(zhì)量檢測。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

對(duì)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括如下三個(gè)部分。

2.1 變壓器繞制部分

選用NITTOKU全自動(dòng)高速繞線機(jī)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)10000 RPM，實(shí)際使用控制在5000～6000 RPM，加減速時(shí)間控制在3～5 s，可以滿足24 h不間斷生產(chǎn)，同時(shí)通過編制繞線程序控制機(jī)器運(yùn)行，繞制狀態(tài)穩(wěn)定高效，中途斷線可將電子信號(hào)傳遞至搬運(yùn)系統(tǒng)，機(jī)械手可直接將不良品送至不良品區(qū)。

2.2 工件搬運(yùn)部分

工件在搬運(yùn)過程中為達(dá)到不同位移要求，故分為機(jī)械手搬運(yùn)，搬運(yùn)車搬運(yùn)，轉(zhuǎn)換夾搬運(yùn)三個(gè)部分。

機(jī)械手主要負(fù)責(zé)在抓取骨架和將繞制完成的線圈進(jìn)行焊接和檢測時(shí)進(jìn)行工件位移，經(jīng)過選擇后，可選用MITSUBISHI-RV-6SDL型工業(yè)機(jī)器人，此種型號(hào)最大可承重6 kg，具有6自由度方向，可在立體空間任何一點(diǎn)進(jìn)行位置編輯，具有移動(dòng)精度高，工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。

搬運(yùn)車和轉(zhuǎn)化夾主要負(fù)責(zé)在繞線機(jī)和后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)之間的工件位置相互轉(zhuǎn)移，可利用尼龍塊制作搬運(yùn)車，并將其固定在傳送帶上，轉(zhuǎn)換夾可選用鋼質(zhì)材料，夾取工件時(shí)有力度，耐磨度高。

2.3 變壓器焊接和檢測部分

焊接部分采用PC-PAS 301t型放電焊機(jī)，焊接時(shí)注意須調(diào)整放電電流至1.0～2.0 A之間，放電時(shí)間控制在0.5～1.0 s之間，焊接時(shí)與插針有接觸的頂針在完成焊接操作500次后，須進(jìn)行打磨處理，并檢查牢固程度。

檢測部分采用HIOKI 3541型電橋，使用時(shí)須依據(jù)生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書的要求設(shè)定電阻值合格范圍，對(duì)于合格品和不良品可由綠燈和紅燈指示，與線圈插針接觸的頂針須檢查其牢固程度和氧化情況，有問題時(shí)須及時(shí)更換。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)分為以下四個(gè)部分。

（1）工作站復(fù)位程序。

在每日開機(jī)后和機(jī)器故障修復(fù)后，需要將工作站的各個(gè)機(jī)械電氣部分進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)位，其中包括機(jī)械位置的校正，傳感器檢測是否正常，工作站各系統(tǒng)有無故障等。

（2）變壓器繞制程序。

變壓器繞制程序應(yīng)符合繞制規(guī)則，編寫后的程序須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)試生產(chǎn)，并逐步優(yōu)化繞線程序。

（3）各部搬運(yùn)程序。

具體編寫搬運(yùn)程序時(shí)，先編寫主體框圖，按照工作的先后順序編寫順序流程圖，存儲(chǔ)為主程序。然后依次編寫各部位搬運(yùn)的具體程序，并存儲(chǔ)為子程序。

（4）焊接和檢測程序。

編寫焊接程序應(yīng)根據(jù)搬運(yùn)程序的信號(hào)觸發(fā)焊接程序，同時(shí)，可依據(jù)示教手柄檢證插針最佳焊接位置，要求須正對(duì)插針頂端，距離1～2 mm。

檢測程序即收集傳輸過來的電阻值大小，看是否符合設(shè)定要求，符合亮綠燈，超出范圍亮紅燈，達(dá)到質(zhì)量檢測的效果。

4 工作站調(diào)試和故障修復(fù)報(bào)告

4.1 使用環(huán)境

工作站可在4㎡的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布置，供電電壓為AC 220v 50～60 HZ，氣動(dòng)部分須接壓縮空氣，焊接部分須接氬氣。

4.2 系統(tǒng)調(diào)試說明

根據(jù)方案的要求，調(diào)試過程共分3大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、軟硬件聯(lián)調(diào)。硬件進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試，觀測有無撞擊和運(yùn)動(dòng)不暢，軟件進(jìn)行模擬調(diào)試，在編程軟件中進(jìn)行示教演示，找尋可優(yōu)化程序點(diǎn)，進(jìn)行逐一優(yōu)化，軟硬聯(lián)調(diào)為試生產(chǎn)調(diào)試，讓工作站依據(jù)控制程序自行進(jìn)行生產(chǎn)，看有無錯(cuò)誤報(bào)警和可改進(jìn)的地方。

4.2.1 硬件調(diào)試

（1）變壓器繞制機(jī)、搬運(yùn)車的滑軌的滑動(dòng)部位動(dòng)作緩慢，發(fā)現(xiàn)缺少油脂，隨即涂抹油脂，減小摩擦，故障得以修復(fù)。（2）機(jī)械手抓取工件時(shí)，與夾具配合較緊，發(fā)出較生硬的聲音，隨即拆下較緊夾具，對(duì)配合部位進(jìn)行細(xì)微研磨，磨薄0.3 mm后，故障得以修復(fù)。

4.2.2 軟件調(diào)試

（1）繞線程序在編制完成后，模擬時(shí)出現(xiàn)語法錯(cuò)誤，檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)A，B程序塊同時(shí)運(yùn)行時(shí)，程序塊跳離語句少編入一字符，導(dǎo)致語法錯(cuò)誤，隨即編入該字符，故障得以修復(fù)。（2）搬運(yùn)車程序出現(xiàn)限位報(bào)警，檢查程序時(shí)發(fā)現(xiàn)，搬運(yùn)車在左移動(dòng)時(shí)的位置量編寫錯(cuò)誤，導(dǎo)致觸及限位報(bào)警，隨即更改位置量，故障得以修復(fù)。

4.2.3 軟硬聯(lián)調(diào)

（1）繞線程序存在繞制偏槽的現(xiàn)象，通過更改槽間起繞位置，故障得以解決。（2）機(jī)械手在抓取線圈進(jìn)行焊接時(shí)，出現(xiàn)焊接不良，經(jīng)分析原因?yàn)楹羔樅筒遽樜凑龑?duì)，隨即對(duì)機(jī)械手和焊針在程序中的位置進(jìn)行微調(diào)，在保證正對(duì)和距離1～2 mm后，焊接良好，故障得以修復(fù)。

5 結(jié)語

以工業(yè)機(jī)器人為核心的變壓器自動(dòng)化生產(chǎn)工作站是結(jié)合筆者個(gè)人所學(xué)和工作經(jīng)驗(yàn)逐漸積累并實(shí)踐總結(jié)出的，是筆者對(duì)機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)的理解和應(yīng)用，這類制造系統(tǒng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)制造柔性化等諸多方面具有積極的促進(jìn)作用。

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