自動螺柱焊接系統(tǒng)在白車身焊接的應(yīng)用研究

曹德嚴(yán) 張思帆 武曉亮

摘要：在汽車制造過程中，螺柱是線速、油管、支架等部件安裝固定的重要工藝，被大量應(yīng)用于白車身生產(chǎn)。傳統(tǒng)手動螺柱焊接方法穩(wěn)定性差，焊接精度低，嚴(yán)重影響汽車制造質(zhì)量。PIDS自動螺柱焊接系統(tǒng)，有效的將螺柱焊接系統(tǒng)與機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行兼容，確保螺柱重復(fù)定位精度和焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，能夠有效提升汽車制造質(zhì)量，在白車身焊接領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

Abstract： In the process of automobile manufacturing， stud is an important process for fixing components such as line speed， oil pipe and bracket， which is widely used in Body-in-White production. The traditional manual stud welding method has poor stability and low welding precision， which seriously affects the quality of automobile manufacturing. PIDS automatic stud welding system can effectively make stud welding system compatible with robot control system， ensure stud re-positioning accuracy and stability of welding quality， effectively improve automobile manufacturing quality， and has broad application prospects in the field of BIW welding.

關(guān)鍵詞：螺柱焊接;汽車制造;PIDS;機(jī)器人

Key words： stud welding;automobile manufacturing;PIDS;robot

中圖分類號：TG453.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0100-02

0? 引言

螺柱焊接是將螺柱通過焊接熱源，對端面、板材、筒體弧面等型體局部快速加熱、加壓焊接的方式，被大量應(yīng)用于白車身制造中。傳統(tǒng)手動螺柱焊接存在焊接質(zhì)量穩(wěn)定性差、定位精度低、勞動強(qiáng)度大的問題，逐步被自動螺柱焊接系統(tǒng)替代[1]。本文以鴻栢PIDS-A20AT自動螺柱焊機(jī)和FRS系列螺柱自動送料機(jī)與ABB7600焊接機(jī)器人集成白車身螺柱自動焊接系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用開放式的螺柱焊接工藝，僅需外部觸發(fā)啟動ABB7600 Robot和PIDS螺柱焊接系統(tǒng)任務(wù)號，可實現(xiàn)白車身制造工件中的全部或部分螺柱的焊接工作，具有自動化程度高、效率和穩(wěn)定性高、穩(wěn)定性好、成本低的優(yōu)點。

1? PIDS 螺柱焊接系統(tǒng)

PIDS 螺柱焊接系統(tǒng)由PIDS 主機(jī)、FRS5 送料機(jī)、手持編程器、機(jī)器人、全自動伺服焊槍及相關(guān)綜合控制管線包組成。PIDS 主機(jī)是 PIDS 螺柱焊接系統(tǒng)的核心設(shè)備，該設(shè)備配置5個獨立焊接通道，可按照先后順序?qū)Ω鱾€通道送料機(jī)進(jìn)行服務(wù);FRS5具有自動輸送螺柱的功能，與全自動伺服焊槍連接使用可完成PIDS焊機(jī)的時序控制、伺服電機(jī)精確控制及機(jī)器人的信息傳送;手持編程器主要用于調(diào)試和校驗焊接數(shù)據(jù)、修改和優(yōu)化焊接工藝、查詢PIDS系統(tǒng)故障信息;全自動伺服焊槍采用伺服電機(jī)驅(qū)動，作為ABB焊接機(jī)器人的焊接終端，通過伺服電機(jī)的精確控制焊槍與工件的拉弧距離和增大螺柱焊接電源的瞬時輸出功率，有效的解決了白車身特殊工件尺寸的螺柱焊接;機(jī)器人采用ABB7600 Robot焊接機(jī)器人，將ABB7600 Robot與全自動伺服焊槍結(jié)合可實現(xiàn)多角度、全方位的螺柱焊接。如圖1所示，PIDS全自動焊接系統(tǒng)主機(jī)圖。

2? 全自動PIDS螺柱焊接系統(tǒng)硬件構(gòu)架

全自動PIDS螺柱焊接系統(tǒng)由PLC、焊接機(jī)器人、PIDS螺柱焊接系統(tǒng)組成。該焊接系統(tǒng)通過DeviceNet現(xiàn)場總線將PLC、焊接機(jī)器人、PIDS螺柱焊接系統(tǒng)三者通訊連接，以實現(xiàn)設(shè)備相互間的信息交換，構(gòu)成一個完整的全自動螺柱焊接系統(tǒng)[2]。本文以PLC為控制系統(tǒng)主站，設(shè)置站地址為0，現(xiàn)場輔助控制設(shè)備I/O與PLC采用Profibus協(xié)議通訊;PIDS螺柱焊接系統(tǒng)和焊接機(jī)器人作為系統(tǒng)從站，設(shè)置站地址分別為1和2，設(shè)置通信波特率為125K，當(dāng) DeviceNet 連接的相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置正確后，通過 FRS5送料機(jī)的顯示屏里面的“系統(tǒng)查詢”界面，查看系統(tǒng) DeviceNet 連接狀態(tài)，如圖2所示。

全自動PIDS螺柱焊接系統(tǒng)在進(jìn)行螺柱焊接前需滿足以下條件：①PIDS系統(tǒng)調(diào)試完畢且相關(guān)設(shè)備無故障信息;②焊接機(jī)器人設(shè)備調(diào)試完畢且無故障;③PIDS系統(tǒng)和焊接機(jī)器人設(shè)備連接完成;④完成焊點的示教;⑤工件安裝到位。焊點示教工作關(guān)系到焊點的焊接質(zhì)量，焊接機(jī)器人設(shè)備必須將全自動伺服焊槍移動到正確的示教點位置，PIDS系統(tǒng)才能正常的完成螺柱焊接工作。在伺服焊槍移動過程中滑臺氣缸始終處于收起狀態(tài)，接近焊接位置時焊接機(jī)器人以較小速度使焊槍嘴接近焊點10cm位置防止碰撞在工件表面，然后焊接機(jī)器人調(diào)整焊槍角度，便于焊槍垂直接觸焊接工件表面（如圖3所示）。

3? PIDS螺柱焊接系統(tǒng)HMI界面

PIDS螺柱焊接系統(tǒng)HMI界面主要包括系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)查詢、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)診斷等模塊。通過HMI界面可清晰查看各通道狀態(tài)，包括各通道的先導(dǎo)階段、焊接階段、焊接能量、終端信息等參數(shù)信息，也可直觀的查看焊槍狀態(tài)、通道狀態(tài)、送釘狀態(tài)等，PIDS螺柱焊接系統(tǒng)HMI界面如圖4所示。FRS螺柱自動焊接系統(tǒng)具有強(qiáng)大的系統(tǒng)診斷功能，可實現(xiàn)對系統(tǒng)的輸入診斷、通訊診斷、DeviceMet診斷、輔助輸出診斷及常規(guī)診斷等功能，可直接查看雙方交換的原始數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)調(diào)試和故障排除具有較大的輔助[3]。在診斷模式下，設(shè)備調(diào)試人員可在手持編程器上，以逐位控制的方式將PIDS主機(jī)的位數(shù)據(jù)傳遞給焊接機(jī)器人，操作人員可在焊接機(jī)器人端查看數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果，DeviceNet接收測試是焊接機(jī)器人向PIDS系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，DeviceNet 發(fā)送測試是指PIDS系統(tǒng)主機(jī)向焊接機(jī)器人發(fā)送通信數(shù)據(jù)。

4? 焊接異常及處理

4.1 焊接異常

PIDS螺柱焊接系統(tǒng)的焊接異常是指當(dāng)PIDS主機(jī)收到焊接命令開始執(zhí)行焊接任務(wù)時，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)表明焊接過程出現(xiàn)異常或達(dá)到不允許焊接作業(yè)的條件時，直接退出焊接程序終止焊接命令的行為。造成PIDS系統(tǒng)焊接異常報警的情況主要包括：①沒有焊接螺柱，主要包括點焊示教不當(dāng)誤判和FRS5送料機(jī)斷料;②引弧引燃失敗，表現(xiàn)為先導(dǎo)階段PIDS主機(jī)輸出電流較小而弧壓很高;③焊接電流輸出處于開路;④焊接輸出電流處于短路狀態(tài);⑤焊槍的提槍高度未達(dá)到設(shè)定值;⑥PIDS主機(jī)的電流檢測回路有異常;⑦焊接電流達(dá)不到設(shè)定電流值;⑧焊接的能量值達(dá)不到設(shè)定的能量值。

當(dāng)上述事件發(fā)生后焊接異報警信息傳送給控制器，PIDS螺柱焊接系統(tǒng)通過DeviceNet通信發(fā)送給焊接機(jī)器人設(shè)備一個焊接異報信號，焊接機(jī)器人立即停止焊接動作。現(xiàn)場工作人員查看當(dāng)前焊點是否存在假焊、虛焊現(xiàn)象，同時對PIDS螺柱焊接系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)檢修工作，以排除焊接異常事故。

4.2 焊接異常的對策

當(dāng)PIDS 螺柱焊接系統(tǒng)出現(xiàn)焊接異常時，需要及時查看和處理焊接異常事件，避免耽誤螺柱焊接效率和系統(tǒng)損壞：①工作人員查看當(dāng)前焊點是否有螺柱，若沒有螺柱，則應(yīng)該及時對缺陷型面點進(jìn)行焊點補(bǔ)焊工作，可通過手持編程器點擊系統(tǒng)缺陷HMI界面中的“焊點補(bǔ)焊”按鈕進(jìn)行操作;②若當(dāng)前焊點存在螺柱則為虛焊情況，在缺陷應(yīng)對界面點擊“焊點跳過”按鈕，并標(biāo)記當(dāng)前焊點，后續(xù)進(jìn)行補(bǔ)焊工作，如圖5所示。

5? 結(jié)論

針對白車身工件螺柱手工焊接存在的弊端，文中采用PIDS自動螺柱焊接系統(tǒng)，通過DeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)PLC控制器、焊接機(jī)器人設(shè)備相互間的信息交換，有效的提高了螺柱焊接定位精度和焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，重點研究了PIDS自動螺柱焊接系統(tǒng)HMI界面和焊接異常問題種類及缺陷處理辦法，能夠有效提升汽車制造質(zhì)量?，F(xiàn)場使用情況表明該系統(tǒng)焊接效率高、焊接質(zhì)量好。

參考文獻(xiàn)：

[1]何小明，沈玉勇，賈建龍.TCP自動校正系統(tǒng)在螺柱焊接中的應(yīng)用[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2016（06）：1141-1143.

[2]張先龍，董紅兵.自動多點螺柱焊接設(shè)備的設(shè)計制作[J]. 新技術(shù)新工藝，2013（05）：14-17.

[3]鄧菲，鄧乃伏，龐增拴.伸縮縫專用型材自動焊接系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2019（10）：36-38.