1、电气自动化与机器人配套焊接工作站的设计与实施摘要：随着经济全球化和现代化的发展趋势，工业设备也出现了越来越多的智能化和自动化。自动化的工业就是要将焊接机器人普及应用。以提高焊接质量和工作效率，改善工人强度和工作环境，并积极降低了传统操作技术，改变生产流程，缩短了产品生产周期，节省成本。 关键词：电气自动化；机器人；配套焊接；工作站 中图分类号：F407.67 文章标识码：A 文章编号： 在应对工业现代化和厂间自动化发展的过程中，只有实现焊接变位机与焊接机器人的结合应用，才能保证焊接机器人的全自动化运行。与此同时在汽车和电子等领域的焊接工作，也能降低传统人工操作所带来的种种弊端。从而进一步提高产
2、品的质量和生产的效率以及厂间的流水线运作水平。 1 技术方案 焊接机器人属于工业机器人中的现代化产品。它可以实现多用途运作。其中可重复编程的自动控制装备促使了焊接机器人广泛应用于工业自动化领域。而柔性化即说由由计算机系统或物料储运系统等信息技术，控制数控机床设备的自动化运作。所谓机器人柔性焊接工作站就是由计算机信息控制系统所控制，焊接机器人与焊接变位机相结合，实现自动化的流水线作业。这个小型运作流程可以焊接工件标准在在 2.5 米以下的各类产品。不仅将设备运作中的自动上料和半自动定位装卡、自动焊接和自动卸货等应用功能集中为一体，而且还采用了统一的流水线技术方案，将工件定位工装和智能搬运器、变位
3、机、构件周转架和码垛架以及送料机构等构成生产设备，其中运用电气及气动系统作为生产程序。从设备与程序的双向革新实现生产效率的提高，工作强度的降低。 系统采用专用屏蔽电缆将西门子 S7-300、S7-200、ET200、机器人适配卡、触摸屏等控制设备连接组成 PROFIBUS-DP 通讯链路的网络设计方案，在后期编制软件时对网络通讯状态进行实时监视和处理，避免出现通讯故障造成停机。 2 变位机的设计 变位机是专用的焊接辅助设备。工作原理是应用于回转工作的焊接变位，实现加工位置和焊接速度的再次精确。它拥有回转和翻转两个系统，通过工作台的升降、回转翻转来完成角度装配以及无级调速等自动化运作，可与焊机和
4、操作机一起配套使用，进而组成自动化焊接中心。工作台的焊接工作，要求精确度和时效率很高，所以这对于手工作业是个难题。变位机的回转应用为焊接设备带来了调速精度极高的变频器无级调速以及可对工作台完成远程操作的遥控盒设备。这些变位机的设计不仅将操作机和焊接机的操作系统联系起来，还实现了整个焊接工作的联动操作，达到理想的焊接速度。 这里说的变位机属于机器人柔性焊接工作站的核心部件。其中包括钢结构、旋转轴、翻转轴、导轨、快速卡环等工件设备所组成，各自的功能迥异。变位机的精度决定着机器人柔性焊接工作站的焊接效果。譬如机器人柔性焊接工作站的焊接精度为 0.5mm 以内，所以这就要求变位机必须以直径 3.8 米
5、的转盘为核心设备，将其旋转 180 度定位精度和翻转定位精度都应该在 0.5mm 以内。 3 智能搬运器的设计 智能搬运器即指借用电机设备实现货物的升降与横移等动作的卸货机器。其中包括 升降架，横移架、导向套、横移轮、伸缩叉臂等主要组成部分。它在机器人柔性焊接工作站的主要作用是提高码垛效率，利用导轨把焊接变位机上装卡完毕的工件，搬运到指定的码货架。智能搬运器的使用组成了自动化流水线的运作，还大大降低了劳动强度，整体提高了工作生产效率。 4 工件定位工装的设计 工件定位工装即指在应对不同工件的装卡过程中为实现工件的快速定卡，利用气缸的弹簧与拉钩或变位机的快速卡环，同时实现工件的定位与卡紧两个动作
6、。借用定位架安装在通用的工装支座上，利用变位机实现变位机与工件定位工装的快速连接。 5 机器人动作的设计 作为柔性焊接工作站的主角，机器人的安装位置尤为重要，由计算机模拟后进行定位，而机器人的动作、姿态、轨迹、速度等根据实际工况和其它联动设备的配合，在现场经过反复示教逐步达到高速协调统一，最终满足系统工作节拍和操作精度的设计要求。 6 控制系统设计 控制系统不仅在运作过程中将人机界面和伺服闭环驱动以及 PLC 定位模块等主流自动化控制元件语义融合，还在操作过程中确保了精度和维护工作。 6. 1PLC 总控与机器人控制器信号 （1）机器人位置信息 在回到原点或者进入非干涉区中位置时，焊接机器人会
7、预警发出信号来通知 PLC 总控。焊接机器人会在第一时间完成信号互锁和控制点用。譬如在焊接过程中为了规避焊接机器人由于意外转台而造成的撞机事故，PLC 会将转台转动和夹具动作进行严格的屏蔽。 （2）夹具控制指令 夹具控制指令即指由于焊接机器人在焊接工作中可能对某些焊点位置焊接不到，所以在设计夹具时要对某个夹紧单元进行补焊操作或控制夹具旋转，促使焊接机器人全面焊接的控制指令。焊接机器人对对焊接中途的夹具控制发出指令，利用总线传达给夹具控制单元，保持补焊操作时及时打开夹紧单元的补焊工作，确保系统操作，规避失误。 （3）系统信号 系统信号即指可通过 PLC 总控，在系统触摸屏上完成显示。如此有利于操
8、作人员的监督和查询行为。其中包括系统初始化信息和故障信息以及程序执行进度等等。 62PLC 总控与焊装夹具控制单元信号 焊接夹具上都安有夹具控制单元。这个夹具单元由由 ET200 总线端子和 IO 端子以及总线电源共同组成。工作原理为夹具上包括工件到位信号、气缸夹紧打开信号、夹具操作按钮等输入与输出信号都必须连接到 I0 端子上，再通过 ET200M 总线端子将 IO 信号转为总线信号，以总线方式传达给 PLC 总控系统完成对夹具的控制指令。 63PLC 总控与触摸屏信号 生产产品的选择与显示 工作站都配有触摸屏。触摸屏显示控制指令。产品需要更换时可在生产前于触摸屏上选择产品种类，在确定与系统
9、识别夹具相一致时，确定系统执行按钮。否则会有预警信息以保证生产的准确率。其中生产产品的种类以及机器人工作状态选择等生产信息都可在触摸屏的主页中根据显示完成操作。 手动控制及其故障处理 触摸屏操作显示可实现对工作站所有输入与输出点的单独控制。这种简单易操的手动系统，实现了一体化的调试、维护和故障处理。通过系统的自动查询功能，可对有逻辑关系的控制点予以动作保障。当系统出现预警与故障，可根据弹出的窗口进行故障信息排查，系统会提出处理意见。当故障消除后还需要人工操作完成复位行为以确保故障处理完毕。 7 安全回路设计 工作站安全配置尤为重要，实际设计中应将机器人安全回路、区域光栅安全回路、控制系统安全回
10、路、现场操作及其它设备的安全回路统筹集成，按照硬件和软件双重锁定方式进行布线和编程，可靠实现当安全监视点出现问题立即停止相关运动设备、及时发出声光报警并在触摸屏上显示安全报警原因。 结语 本文从机器人柔性焊接工作站的技术方案入手，对焊接机器人系统的关键部件变位机、智能搬运器、机器人本体以及工件定位工作的具体设计进行了简单地探讨。不仅表明了本设计方案对于解决变位器精度、通讯问题、搬运器取物以及机器人动作等有着深远影响，还对工件的迅速定位和卡紧的技术难题也予以了合理解释。 参考文献： 1吴志亚.机器人焊接智能化技术浅析J廊坊师范学院学报(自然科学版),2008(10) 2 李晓辉,汪苏.焊接机器人智能化的发展J.电焊机,2005(06) 3霍文峰.基于 PLC 的焊接机器人柔性控制系统J.农业网络信息,2012(07)
