对于焊接机械手示教编程的简化法

谢元立 郭立明 高国星 张强

摘要：本文结合多年从事焊接机械手编程操作的实际经验，通过对各种不同型式、不同位置焊缝存在规律的归纳总结，对焊接机械手编程进行模块化、系统化的研究与开发，使之形成一整套通用的子程序，通过外部轴在任意位置进行点的交换、平移和拷贝，来达到快速而有效实现对各种不同工件焊缝的程序编制工作。

关键词：焊接机械手；智能化；示教编程

随着我国铁路运输业的迅猛发展，我公司引进了一大批具有国际一流水平的焊接机械手，目前这批机械手以它高效、低耗的优越性被广泛地应用到生产实践中，并且在部分领域中已完全替代手工操作，在公司焊接作业中占据了主导地位。

了解机械手的人都知道，最基本的编程方法就是利用示教器、手工移动机械手，沿着工件焊缝的轮廓进行轨迹存储、输入计算机来完成的。这种编程方法用做简单的工件还可以，但遇到大型、复杂的工件就显得枯燥、乏味，需要花废大量的时间和人工。不但费时费力而且编出的程序象流水账，占用很多的计算机内存空间，适应不了生产周期短、质量要求高的生产形式。本文根据多年对机械手的不断学习和编程实践，总结出一套适用于各种类型机械手编程的框架和方法——示教编程的智能简化法。下面分几个步骤给大家作以介绍：

1、分析工件形体，找出焊缝规律

要想编出既快又好的焊接程序，必须打破依赖手动编程的方法，建立起一种快捷的自动编程的观念。在编程之前必须参考有关图纸、工艺技术文件对实物进行形体分析。通过分析，找出焊缝的规律，也就是把复杂的工件进行分解、简化。大家可以仔细地分析一下，所有的工件都有其规律性，有的焊缝左右对称，有的焊缝轴对称，还有的焊缝中心对称，就是一条连续的焊缝也可以分成若干段，不能再分的焊缝其打底层、盖面焊缝的位置关系也是有规律的。这就象数学题中的简便做法，进行因式分解、合并同类项一样。把焊缝结构中的公共部分找出来这是最重要的一步，公共部分分析的越彻底，就意味着编程越简单，所用的时间就会越短。

2、示教编程

把工件夹在机械手变位器上，对工件的公共部分进行示教编程，利用机械手的外部轴和三个定位自由度使焊枪移动到焊缝位置。然后利用焊枪三个角度定向自由度来确定焊枪的角度。注意动手前要想象出各自由度的姿态和软硬限位，注意机械手的行进连续性和可到达性，使焊缝尽量处于船形焊位置，焊枪端部要垂直焊缝，这样机械手焊接时传感器易于跟踪焊缝，焊縫成型美观。要达到这种效果，需要编程者积累丰富的经验。

在线编程过程中常常会遇到机器人报警，故障信息反映某轴超出工作范围。这时，编程者解决问题的思路不要只停留在当前点上，而是需要考虑一下焊接起点机器人各轴的姿态是否要进行大的调整，以确保整条焊缝能够连续顺畅的进行。

3、通过机器人的编程语言对“示教编程”部分进行智能化处理。

任何种类的机器人都有着智能化的特点，不同的是它们给出的方式不同。下面就以CLOOS机械手为例说明：

3.1在程序中利用FOR ANF：二SP-TOEP DO BEGIN END（计数回路指令）和GETPOS命令组合使用，这样可以获得本文要“2”中所编程序点的坐标值。

3.2GETPOSA（PT；SPE，IPOL，STA；1；X，Y，Z，AL，BE，GA，EXT-- EXT4指令中数字“1”表示笛卡尔坐标系也就是基本坐标系，下面的符号分别表示机械手在基本坐标系中X，Y，Z和外部轴的坐标值。

3.3指令：STORPOSA（PT；SPE，IPOL，STA；I；X，Y，Z，AL，BE，GA；EXT-- EXT4）是给X，y、Z等赋值，并重新生成点的指令，这样可以根据本文提到的焊缝的规律进行点的复制，不断地在原程序点基础上生成新的点。

3.4指令RPOINTS可以在焊接过程中对电弧传感器确定的路径进行数据储存，利用它可以省去多层焊中履盖的示教编点。

3. 5指令MPE可以对机械手外部轴、变位器进行点的坐标处理，可以使用外部轴在任意位置进行点的数据的交换、平移、拷贝，是简化程序必不可少的指令之一。

3.6利用可变处理，编制子程序。凡是有数字的指令都可以变量代替，对于变量给予不同的值，子程序将起到不同的效果，这样可以大大减少计算机的存储空间，使工作程序更加规范化和条理化。我们以CW一200K型构架一步焊接为例，在第一部分中我们将24个环形焊缝和20条直线角焊缝简化成2个环形焊缝和10条直线角焊缝，在第2部分是进行在线编程，在这一部分中就是要通过上述方法将这2个环形焊缝和10条直线角焊缝还原成24个环形焊缝和20条直线角焊缝，或者将其编成3个子程序，用可变量代替点号，制做成程序模块，再通过对可变量赋予不同的值，在不同的位置进行不同的调用。这样就完成了智能编程法最关键的一步。

4，调节焊接顺序

在计算机编辑器中，利用程序文本，结合所编工件的结构特点，编排合理的焊接顺序，以达到控制和减少焊接变形的目的。该方法编制程序不需要重新示教焊接顺序和焊接方向，减少了示教过程中的考虑因素。

由此可见，在程序文本中编辑的焊接方向与顺序要方便快捷得多，当然也可使用jump指令进行程序行的跳转来编排顺序，但为了后期的操作与程序中断后的连接，建议不要使用这种方法。

5、示教再现

程序编排好后，开动机器人执行焊接程序，进行模拟测试，以便检查动作的安全可靠性和轨迹的准确性，对不合适的焊接点和路径加以个别校正。值得注意的是：

5. 1不要打开电弧。如果打开电弧，将不利于观察焊枪的行走路径，再者，电弧传感器也将对实际的路径产生影响，造成误判断。

5.2不要将机械手选择器按钮打到AU-TO状态，因为一般来讲，机械手AUTO状态下空间运行速度的缺省值都为100%。为了安全起见，要在手动测试状态下开动机器人，并且随时准备按下紧急停止按钮。

5.3要仔细观察机械手在焊接路径中发生停顿或速度变化较大的情况，此时要考虑手轴及变位器的姿态是否合理。

5.4要仔细观察机械手空间运行状态，尽量缩小其运动范围，增大操作人员的安全区域。

6、填加焊接参数值

内容包括送丝速度、脉冲频率、摆动幅度、摆动频率、高度设定值，电弧跟踪敏感度等等，不同位置的焊缝编辑不同的焊接参数表。同样的焊接程序，在保证产品质量、外观成形的情况下，参数表越少，说明程序编排的越成功。当然参数的设置不可能一次完成，而是需要在焊接过程中不断的完善。调节焊接参数时不要眉毛胡子一把抓，要有针对性的调节个别参数值。例如焊角尺寸不足可相应降低焊接速度；

焊接飞溅较大，可相应增加焊接电压（脉冲频率）；出现咬边可增加一些送丝速度等。同时在焊缝起弧处可加入起弧参数表和再引弧功能，结尾处可加入收弧参数表，这样才能充分发挥机械手的高科技性能，焊出一流水平的焊缝。

以上介绍的只是焊接机械手“智能”编程法的6个主要步骤，重要的是要编程者了解这种方法的同时掌握这种思路。在熟练掌握机械手的编程语言和基本功能的同时充分开发你的想象力，用你的智慧去与开发机械手的智能。总之，这种“智能”编程法的思维方式就是用人脑把复杂的构件进行简化，再由电脑将其还原的过程。在这个过程中需要编程者充分利用机器人的编程语言和指令，进行优化组合，让电脑按照编程者的意愿实现各种功能，不仅拓宽了编程者的思路而且能够真正发挥出设备的先进性，用机械手高效、灵活地开发新产品。

（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130062）