對(duì)于焊接機(jī)械手示教編程的簡化法

謝元立 郭立明 高國星 張強(qiáng)

摘要：本文結(jié)合多年從事焊接機(jī)械手編程操作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)各種不同型式、不同位置焊縫存在規(guī)律的歸納總結(jié)，對(duì)焊接機(jī)械手編程進(jìn)行模塊化、系統(tǒng)化的研究與開發(fā)，使之形成一整套通用的子程序，通過外部軸在任意位置進(jìn)行點(diǎn)的交換、平移和拷貝，來達(dá)到快速而有效實(shí)現(xiàn)對(duì)各種不同工件焊縫的程序編制工作。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)械手；智能化；示教編程

隨著我國鐵路運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，我公司引進(jìn)了一大批具有國際一流水平的焊接機(jī)械手，目前這批機(jī)械手以它高效、低耗的優(yōu)越性被廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，并且在部分領(lǐng)域中已完全替代手工操作，在公司焊接作業(yè)中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

了解機(jī)械手的人都知道，最基本的編程方法就是利用示教器、手工移動(dòng)機(jī)械手，沿著工件焊縫的輪廓進(jìn)行軌跡存儲(chǔ)、輸入計(jì)算機(jī)來完成的。這種編程方法用做簡單的工件還可以，但遇到大型、復(fù)雜的工件就顯得枯燥、乏味，需要花廢大量的時(shí)間和人工。不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且編出的程序象流水賬，占用很多的計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間，適應(yīng)不了生產(chǎn)周期短、質(zhì)量要求高的生產(chǎn)形式。本文根據(jù)多年對(duì)機(jī)械手的不斷學(xué)習(xí)和編程實(shí)踐，總結(jié)出一套適用于各種類型機(jī)械手編程的框架和方法——示教編程的智能簡化法。下面分幾個(gè)步驟給大家作以介紹：

1、分析工件形體，找出焊縫規(guī)律

要想編出既快又好的焊接程序，必須打破依賴手動(dòng)編程的方法，建立起一種快捷的自動(dòng)編程的觀念。在編程之前必須參考有關(guān)圖紙、工藝技術(shù)文件對(duì)實(shí)物進(jìn)行形體分析。通過分析，找出焊縫的規(guī)律，也就是把復(fù)雜的工件進(jìn)行分解、簡化。大家可以仔細(xì)地分析一下，所有的工件都有其規(guī)律性，有的焊縫左右對(duì)稱，有的焊縫軸對(duì)稱，還有的焊縫中心對(duì)稱，就是一條連續(xù)的焊縫也可以分成若干段，不能再分的焊縫其打底層、蓋面焊縫的位置關(guān)系也是有規(guī)律的。這就象數(shù)學(xué)題中的簡便做法，進(jìn)行因式分解、合并同類項(xiàng)一樣。把焊縫結(jié)構(gòu)中的公共部分找出來這是最重要的一步，公共部分分析的越徹底，就意味著編程越簡單，所用的時(shí)間就會(huì)越短。

2、示教編程

把工件夾在機(jī)械手變位器上，對(duì)工件的公共部分進(jìn)行示教編程，利用機(jī)械手的外部軸和三個(gè)定位自由度使焊槍移動(dòng)到焊縫位置。然后利用焊槍三個(gè)角度定向自由度來確定焊槍的角度。注意動(dòng)手前要想象出各自由度的姿態(tài)和軟硬限位，注意機(jī)械手的行進(jìn)連續(xù)性和可到達(dá)性，使焊縫盡量處于船形焊位置，焊槍端部要垂直焊縫，這樣機(jī)械手焊接時(shí)傳感器易于跟蹤焊縫，焊縫成型美觀。要達(dá)到這種效果，需要編程者積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。

在線編程過程中常常會(huì)遇到機(jī)器人報(bào)警，故障信息反映某軸超出工作范圍。這時(shí)，編程者解決問題的思路不要只停留在當(dāng)前點(diǎn)上，而是需要考慮一下焊接起點(diǎn)機(jī)器人各軸的姿態(tài)是否要進(jìn)行大的調(diào)整，以確保整條焊縫能夠連續(xù)順暢的進(jìn)行。

3、通過機(jī)器人的編程語言對(duì)“示教編程”部分進(jìn)行智能化處理。

任何種類的機(jī)器人都有著智能化的特點(diǎn)，不同的是它們給出的方式不同。下面就以CLOOS機(jī)械手為例說明：

3.1在程序中利用FOR ANF：二SP-TOEP DO BEGIN END（計(jì)數(shù)回路指令）和GETPOS命令組合使用，這樣可以獲得本文要“2”中所編程序點(diǎn)的坐標(biāo)值。

3.2GETPOSA（PT；SPE，IPOL，STA；1；X，Y，Z，AL，BE，GA，EXT-- EXT4指令中數(shù)字“1”表示笛卡爾坐標(biāo)系也就是基本坐標(biāo)系，下面的符號(hào)分別表示機(jī)械手在基本坐標(biāo)系中X，Y，Z和外部軸的坐標(biāo)值。

3.3指令：STORPOSA（PT；SPE，IPOL，STA；I；X，Y，Z，AL，BE，GA；EXT-- EXT4）是給X，y、Z等賦值，并重新生成點(diǎn)的指令，這樣可以根據(jù)本文提到的焊縫的規(guī)律進(jìn)行點(diǎn)的復(fù)制，不斷地在原程序點(diǎn)基礎(chǔ)上生成新的點(diǎn)。

3.4指令RPOINTS可以在焊接過程中對(duì)電弧傳感器確定的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，利用它可以省去多層焊中履蓋的示教編點(diǎn)。

3. 5指令MPE可以對(duì)機(jī)械手外部軸、變位器進(jìn)行點(diǎn)的坐標(biāo)處理，可以使用外部軸在任意位置進(jìn)行點(diǎn)的數(shù)據(jù)的交換、平移、拷貝，是簡化程序必不可少的指令之一。

3.6利用可變處理，編制子程序。凡是有數(shù)字的指令都可以變量代替，對(duì)于變量給予不同的值，子程序?qū)⑵鸬讲煌男Ч@樣可以大大減少計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間，使工作程序更加規(guī)范化和條理化。我們以CW一200K型構(gòu)架一步焊接為例，在第一部分中我們將24個(gè)環(huán)形焊縫和20條直線角焊縫簡化成2個(gè)環(huán)形焊縫和10條直線角焊縫，在第2部分是進(jìn)行在線編程，在這一部分中就是要通過上述方法將這2個(gè)環(huán)形焊縫和10條直線角焊縫還原成24個(gè)環(huán)形焊縫和20條直線角焊縫，或者將其編成3個(gè)子程序，用可變量代替點(diǎn)號(hào)，制做成程序模塊，再通過對(duì)可變量賦予不同的值，在不同的位置進(jìn)行不同的調(diào)用。這樣就完成了智能編程法最關(guān)鍵的一步。

4，調(diào)節(jié)焊接順序

在計(jì)算機(jī)編輯器中，利用程序文本，結(jié)合所編工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，編排合理的焊接順序，以達(dá)到控制和減少焊接變形的目的。該方法編制程序不需要重新示教焊接順序和焊接方向，減少了示教過程中的考慮因素。

由此可見，在程序文本中編輯的焊接方向與順序要方便快捷得多，當(dāng)然也可使用jump指令進(jìn)行程序行的跳轉(zhuǎn)來編排順序，但為了后期的操作與程序中斷后的連接，建議不要使用這種方法。

5、示教再現(xiàn)

程序編排好后，開動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行焊接程序，進(jìn)行模擬測試，以便檢查動(dòng)作的安全可靠性和軌跡的準(zhǔn)確性，對(duì)不合適的焊接點(diǎn)和路徑加以個(gè)別校正。值得注意的是：

5. 1不要打開電弧。如果打開電弧，將不利于觀察焊槍的行走路徑，再者，電弧傳感器也將對(duì)實(shí)際的路徑產(chǎn)生影響，造成誤判斷。

5.2不要將機(jī)械手選擇器按鈕打到AU-TO狀態(tài)，因?yàn)橐话銇碇v，機(jī)械手AUTO狀態(tài)下空間運(yùn)行速度的缺省值都為100%。為了安全起見，要在手動(dòng)測試狀態(tài)下開動(dòng)機(jī)器人，并且隨時(shí)準(zhǔn)備按下緊急停止按鈕。

5.3要仔細(xì)觀察機(jī)械手在焊接路徑中發(fā)生停頓或速度變化較大的情況，此時(shí)要考慮手軸及變位器的姿態(tài)是否合理。

5.4要仔細(xì)觀察機(jī)械手空間運(yùn)行狀態(tài)，盡量縮小其運(yùn)動(dòng)范圍，增大操作人員的安全區(qū)域。

6、填加焊接參數(shù)值

內(nèi)容包括送絲速度、脈沖頻率、擺動(dòng)幅度、擺動(dòng)頻率、高度設(shè)定值，電弧跟蹤敏感度等等，不同位置的焊縫編輯不同的焊接參數(shù)表。同樣的焊接程序，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、外觀成形的情況下，參數(shù)表越少，說明程序編排的越成功。當(dāng)然參數(shù)的設(shè)置不可能一次完成，而是需要在焊接過程中不斷的完善。調(diào)節(jié)焊接參數(shù)時(shí)不要眉毛胡子一把抓，要有針對(duì)性的調(diào)節(jié)個(gè)別參數(shù)值。例如焊角尺寸不足可相應(yīng)降低焊接速度；

焊接飛濺較大，可相應(yīng)增加焊接電壓（脈沖頻率）；出現(xiàn)咬邊可增加一些送絲速度等。同時(shí)在焊縫起弧處可加入起弧參數(shù)表和再引弧功能，結(jié)尾處可加入收弧參數(shù)表，這樣才能充分發(fā)揮機(jī)械手的高科技性能，焊出一流水平的焊縫。

以上介紹的只是焊接機(jī)械手“智能”編程法的6個(gè)主要步驟，重要的是要編程者了解這種方法的同時(shí)掌握這種思路。在熟練掌握機(jī)械手的編程語言和基本功能的同時(shí)充分開發(fā)你的想象力，用你的智慧去與開發(fā)機(jī)械手的智能?？傊?，這種“智能”編程法的思維方式就是用人腦把復(fù)雜的構(gòu)件進(jìn)行簡化，再由電腦將其還原的過程。在這個(gè)過程中需要編程者充分利用機(jī)器人的編程語言和指令，進(jìn)行優(yōu)化組合，讓電腦按照編程者的意愿實(shí)現(xiàn)各種功能，不僅拓寬了編程者的思路而且能夠真正發(fā)揮出設(shè)備的先進(jìn)性，用機(jī)械手高效、靈活地開發(fā)新產(chǎn)品。

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司 吉林長春 130062）