汽车焊装线上的机器人应用研究

李东翰

摘 要：信息技术飞速发展，人工智能的发展和应用呈现几何级数增长。机器人在汽车焊接线上的应用，不仅代替人工，而且提高工作效率。本文以某汽车制造公司为例，重点介绍机器人在焊接线上的应用及其存在的问题和解决办法，以期待对同行业汽车焊接线上的机器人管理和运用有所裨益。

关键词：机器人；汽车焊接线；解决办法

0 引言

目前，人工智能的发展和应用呈现几何级数增长。机器人在汽车焊接线上的应用，不仅代替人工，而且提高工作效率。一方面，效率和品质是焊接工艺所追求的，另一方面环保和人性化也是焊接工艺所追求的。[1]汽车的焊接质量是汽车制造过程中的重中之重，无论是国内还是国外汽车制造厂商都十分重视汽车的焊接质量。[2]减少手工作业，提高焊接的自动化率是各大汽车制造厂商所追求的。从某种程度来说，100%的焊接自动化和30%的车身部品上载自动化是衡量汽车制造水平和焊接车间自动化率的重要指标[3]。

作为汽车生产制造技术的关键部分，汽车车身焊接工艺施焊难度大，车身的焊合面需要沿空间分布。这对于焊接夹具的要求较为严格，一方面其定位要准确迅速，另一方面要求其焊接质量稳定可靠。焊接机器人的使用，有助于多种车型共同使用一套焊接机器人生产线。本文以某汽车制造公司为例，重点介绍机器人在焊接线上的应用及其存在的问题和解决办法，以期待对同行业汽车焊接线上的机器人管理和运用有所裨益。

1. 机器人在焊装线上的应用

该汽车制造公司的焊接生产线，具备年产25万台纲领的能力，后期根据生产的需要，可扩产至每年40万台纲领的能力。该公司厂房占地面积35400m2，计划分两个阶段实现产能目标，一期投资的15台/年的生产能力已经实现。该公司整条生产线包括2条地板总成线，1条左侧围总成线，1条右侧围总成线，1条CRP总成线，1条车身主焊线，6条门盖总成线，1条车身装配线，1条车身修整线。该条汽车生产线共使用焊接机器人335条，能够实现100%焊接自动化率，三班倒，共需操作人员205人，能够实现焊装部品转载率55%。以车身焊接线为例，下面简单介绍焊接工艺过程中机器人的应用：

该公司的车身焊接生产线为全自动化封闭生产线，工位为“回”字形往复输送结构，总共38个工位。车身焊接生产线上的主焊线上共有移动台式车夹具41个，机器人的数量为115台。这些机器人承担着点焊、CO2弧焊、抓取零件、涂胶、车身打号、车身洁净吸尘、车身后轮罩部位包边、车身精度检测等工作。

该公司的焊接机器人是日本川崎和韩国现代WIA公司的结合体，前者承担机器人的本体工作，后者承担机器人的结成技术。作为机器人控制系统的核心--PLC系统，该系统采用西门子SIMATIC S7---400 可编程控制器，实现Profilbus DP 总线和I/O模块的互联互通。借助PLC系统，能够实现编程、参数设定及故障报警等等工作。

通过PLC程序，将生产管理系统（G-MES）中的车型信息发送至工位。焊接机器人接收到信息后，对车型自动识别，之后按照系统中自动储存的焊接信息，做出准确的焊接动作。焊接机器人能够实现多种混车型、多频次的焊接工作，却不会出现错误。车身主焊线上点焊机器人的数量较多，因为点焊工艺在汽车主焊线上应用较多。焊接控制现（T/C）、一体化焊枪（T/R+GUN）与焊接机器人配套使用。经过零位、气压和电流的标定合格之后，车身焊接线上的焊接机器人才能正常的工作。电极修磨装置配套使用，机器人在焊接过程中自动记录焊接点数。当焊接点数达到设定值后，电极修磨装置自动对电极进行修磨，确保焊接正常进行。

涂胶机器人中涂胶泵由韩国DAMING公司生产，涂胶机器人能够自动实现加热和温度控制。涂胶控制器和机器人控制器信号互联互锁，继而控制涂胶控制器实现涂胶枪的开、关、移动，进而完成涂胶工作。借助抓取机器人，实现左右侧围总成、顶盖总成至主合成工位，实现堵板补焊工位的完成。此外，借助伺服气缸的动作来实现多车型抓取工装。

CO2焊接机器人的工作是焊补车身上无法实施点焊部位的焊点。CO2焊接机器人配套CMT产品的CO2弧焊机和相应的焊丝修理器。焊接工作在焊接房中进行，焊接房带有排风和净化装置，具有防弧光的功能。

打号机器人接收来自生产管理系统（G-MES）系统中的指令，将系统中设定好的VIN号码刻划到车身上。借助吸尘机器人，自动对车身内部做好吸尘洁净工作。压合包边机器人收到指令后，自动对侧围外板后轮罩处进行压合。检测机器人按照既定的检测程序，对车身的各个部位进行检查，发现不合格项自动报警，强有力的保证焊接品质。

2. 机器人在汽车焊接线上应用存在的问题及解决对策

2.1 车身与电缆干涉问题及对策

车身主焊线上，人工无法焊接完成车体内部的焊点，机器人有效解决此问题。机器人在进行焊接时，需将手臂伸入车体内，但由于车体内部空间较小，机器人需要进行多次姿态变换，姿态转换时会出现刺手的车身和电缆的干涉问题。如果不能有效解决干涉现象，电缆会出现破裂，造成更加严重的后果。在生产实践中，把机器人的运行轨迹进行优化，并减少手臂的外形体积，干涉现象基本消除。

2.2 焊枪电极漏水的问题及对策

焊接机器人的点焊设备需要循环冷却水对其进行冷却，才能正常工作。循环水与机器人焊接系统相连，并由控制器控制水阀的开启。点焊机器人正常工作时，水阀是开启。当如果焊枪的电极跟工件发生粘结脱落后，控制器不能正常工作，水阀无法关闭。经过长期的实践摸索，把水阀的开关信号和检测信号连接，焊枪电极漏水时，水阀能够自动关闭，彻底解决此问题。

2.3 零位标定及焊枪标定存在的问题及对策

机器人的調试和焊枪的启动都需要进行标定，前者需要对轴进行零位标定，后者需要进行焊接电流和气压的标定。两者都标定之后，机器人才能实现六轴同步运动。采用计算机控制的日本川崎机器人，机器人断电之后依靠一组蓄电池保存零点位置。有时异常断电时，出现零点位置的数据丢失。虽然这种情况不经常出现，但是一旦出现，问题是非常严重的。我们对此进行详细细致的研究，并分别从供电线路、系统软件和硬件等方面着手，切实解决此类问题。

2.4 位置偏移后重新标定的问题及对策

焊接机器人的位置发生偏移时，只有再次进行在线示教，焊接机器人才能再次正常运行。焊接机器人的在线示教，需要耗费大量的时间。当产品更改或者调整部品结构后，机器人的焊接位置和运行轨迹不能实时的调整，必须进行新的在线示教。在后续的工作中，必须对此加以重视，减少或缩短在线示教时间。

3.结束语

机器人在汽车焊接线上的使用，将其优势淋漓尽致的展示出来。机器人焊接的产品，质量稳定可靠，效率高，不会产生人为焊接产生的不一致性和差异性。机器人的使用，减轻工人的劳动强度，同时有效避免零部件的磕碰损坏。但是，我们也应该清醒的认识到，汽车焊接线上使用的机器人也存在一定的问题。对此，我们必须要在实践中采取切实可行的措施，将问题有效解决，使机器人在汽车焊接线上有更高效的使用。本文以某汽车制造公司为例，重点介绍机器人在焊接线上的应用及其存在的问题和解决办法，以期待对同行业汽车焊接线上的机器人管理和运用有所裨益。

参考文献：

[1]吴瑞详.机器人技术与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，1994.

[2]朱世强，王宣银.机器人技术及其应用[M].杭州：浙江大学出版社，2000.

[3]蒋新松.机器人与工业自动化[M].石家庄：河北教育出版社，2003.