焊接机器人的应用经验

焊接机器人在长安公司汽车生产线上的应用已有七年时间，根据实际应用，以下一些经验供大家一起研究：

4．1、焊接机器人的使用，必须满足安全要求

焊接机器人能够代替人类在危险、有害的恶劣环境中作业，同时又带来了另一种潜在的危险，即机器人伤人事故。为此，在焊接机器人在线运行时，绝对不能有人进入其运动安全范围所在区域，并且其运动区域内应该保证无干涉，这是焊接机器人安全管理的最为重要的一条原则。此外，除了通用的工业安全规程外，还要注意焊接机器人的特殊性，采取相应可靠的对策。例如现在我们正在使用的安全措施：(1)为焊接机器人及其周边设备安装安全防护栏，以防止有人进入危险区域造成意外伤害；(2)在安全护栏入口的安全门上设置插拔式电接点开关，该开关与焊接机器人的安全回电路相连接，一旦安全门打开，机器人控制器将切断机器人的驱动电源，机器人立即停止运动；(3)在距焊接机器人所在工位最近的地方，安装多个紧急停止开关，一旦发生紧急或危险情况，工作人员可以就近按下急停，让机器人停止运动；(4)示教作业时降低焊接机器人的运动速度，并由经过专业技术操作培训的人员进行示教；(5)焊接机器人安全电路与生产线安全电路联为一体，当生产线遇到紧急情况时，生产工人可以按下该线上任何工位的紧急停止开关，让机器人停止运动；

4．2、焊接机器人的控制装置

虽然焊接机器人本身拥有非常完善的控制系统，但每台焊接机器人作为一个独立的自动化设备系统，在一条生产线或一个生产系统中永远都只是一个从属的工作站，必须要有相应的外部控制装置对其进行远程控制，以适应自动化流水作业生产线上各种自动化设备之间同步、有序的生产要求。

焊接机器人常用的相关控制装置有可编程序控制器和在线监控装置。

可编程控制器对生产线上包括焊接机器人在内的各种自动化设备的工作进行协调与配合，从而有序地实现生产过程的自动化。

在线监控装置是操作者与生产系统之间的人机接口，它从生产系统中采集实时数据，并可以有条件地对生产数据进行实时修改，因而达到实时监视生产线现场情况、远程实时控制生产线运行的目的。使用在线监控装置能够方便地发出作业指令，启动或停止包括焊接机器人在内的所有自动化设备，并实时了解生产系统的状态。

长安公司8万辆长安之星焊接线上，采用西门子WIN　CC在线监控系统和西门子可编程控制器，所有的焊接机器人除了受自身控制系统的控制自动运行外，还必须接受可编程控制器和WIN　CC在线监控系统的远程控制，以保证与生产线其它自动设备的同步运行。

4．3、焊接机器人系统的扩展

为了满足长安公司八万辆“长安之星”焊接线的实际需求，COMAU公司在进行控制系统的设计时，同时考虑到了生产线系统的稳定性与白车身产品质量的稳定性，最终选用的焊接机器人具有以下扩展功能：

(1)增加外部滑动轴——焊接机器人的外部滑动轴与其它6个基本轴一样，均含有伺服驱动器和伺服电机，与相应的机械传动装置相配合，可以有效扩大机器人的活动范围，并且能够在复杂或狭窄的空间内达到最佳的作业姿态，还可以通过示教来任意定位，以保持最高的定位精度。在点焊实际应用中，包含外部轴驱动的焊接机器人能够准确到达所需焊点位置，并达到最佳焊接姿态，因而点焊效果更好而无噪声和焊滴飞溅，焊接后的焊点外形美观、焊接质量高。

例如，八万辆焊接线主线730总拼工位，采用全自动的零部件装配与焊接工艺，该工位共有6台COMAU焊接机器人，要完成左/右侧围与车架的装配及整个白车身的焊接，加之工位包含了顶盖装配、车架装配及其它零件的装配，夹具、输送装置、自动焊钳等装置众多，空间极其有限，为了保证成车组焊，共有4台机器人采用了滑台式外部轴，以在狭窄的空间内，高质量、高速度、最安全地完成所有工作。

(2)弧焊中的摆动焊接——弧焊机器人通过软件的正确设置，可以在沿焊缝前进的同时，焊丝尖端实现横向摆动，摆动的方式、频率及幅度等均可按工艺要求进行设定，从而达到提高弧焊质量的目的。

(3)机器人的工具自动切换——同样是在八万辆焊接线730工位，为了节约工作场地、缩短工作时间，15号(16号)焊接机器人同时要完成总拼工位白车身的焊接工作，又要负责从侧围生产线将侧围部件抓起来并放到主线与车架、顶盖组装，因而这两台焊接机器人采用了世界领先的“枪/手”自动切换技术，由可编程控制器在生产线需要时控制机器人进行伺服焊钳和抓手工具的自动切换。这样，一台机器人可以完成两台机器人需要完成的工作，既节约了成本又节约了场地。

4．4、机器人的编程——长安公司十万辆焊接线上的KUKA机器人，其编程采用WINDOWS操作系统下的APS软件，必须在WINDOWS环境下进行运动程序的上载及下载；八万辆焊接线上的COMAU机器人的编程采用任意文本编辑器，再经过编译后，用PCINT计算机仿真软件将程序下载到机器人控制器。这两种机器人编程的共同特点是均可以实现离线编程、在线示教，为生产线的设计与仿真提供了有力帮助。不同之处在于，COMAU机器人采用了类似PASCAL高级编程语言的语言结构，对于学习过计算机编程语言的人来说，可以非常快速、容易地理解，接受一些最基本的培训后，即可以编制相当完善的机器人控制程序。而KUKA机器人采用其专用的机器人编程语言，技术人员必须接受KUKA公司专业的编程培训，才能胜任编程工作。OTC机器人的控制程序编程则相对容易，基本采用简单、易懂的运动指令，意义一目了然。

4．5、伺服焊钳的成功引进——十万辆焊接线上应用的5台KUKA点焊机器人，均采用气动点焊钳进行车体焊接，由于焊钳电极帽存在磨损的问题，控制系统采用计算焊点数，对焊接电流进行递增式补偿的方法。从原理上讲，这是一种开环方式的补偿方法，并不能实际反映焊钳电极帽的真实损耗情况，因而车体焊接质量存在一定的不稳定性。

八万辆焊接线上，所有COMAU点焊机器人均采用SIAKY的伺服焊钳及控制系统。伺服焊钳作为机器人的一个外部轴存在，在机器人控制系统中增加一套驱动软件，该外部轴就与其它六个基本轴一样，完全受机器人控制器的控制。这样，该外部轴与其它六轴一起融为一体，机器人控制系统通过外部轴的驱动软件，可以实时计算该轴的真实位置。实际应用中，在完成每一个车体的焊接工作后，机器人控制系统将对这个外部轴-伺服焊钳，执行自动校正功能，通过检查该轴(伺服焊钳)的实际零点位置是否发生变化来确认电极帽是否磨损，这样确保了焊接压力的自动闭环控制，使车体焊接质量稳定性大幅提高。

4．6、应用焊接机器人实现柔性生产

长安公司微型汽车种类多、品种复杂，在以往手工生产线上，如果需要混线生产同一型号不同种类的车型，人工焊接速度因工件、工具的差别而大大降低，生产的汽车产品质量也随之呈现出不稳定性。

引进焊接机器人后，只需预先编制好适应不同车型生产所需的若干套不同的运动与焊接程序，机器人将根据生产线的工作指令，自动调用相应的工作程序与不同车体焊接所需的工具，即能自动适应生产线上车型的复杂变化，即使是八万辆焊接线上高频次、多种类车型的混线生产，也能应付自如。绝不会因为单班多种车型混线生产而产生手工线极易出现的错焊、漏焊以及误调整或不调整焊接规范等经常出现的车体焊接质量事故，生产线运转速度也丝毫不会降低。焊接机器人的广泛应用，为长安公司的汽车制造实现柔性自动化生产带来了前所未有的生机。

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