组成机器人自动电阻点焊系统的路径浅析

余正富

（长沙安莱德汽车零部件有限公司，湖南 长沙 410100）

前言

制造一台车需要用到点焊、铆接、弧焊等众多连接工艺，连接工艺越精巧，越娴熟，那么设备的强度、抗腐蚀性、可靠性、安全性就会大大提高，点焊工艺是连接工艺中的常用工艺，也是主要工艺，研究点焊工艺对于工业设备的成本、能耗、效率还有安全等方面有很大的促进作用。

1 机器人点焊系统的组成

机器人的技术应用十分广泛，日本的FANUC 株式会社研发的“FANUC 2000iB210F”全电动型工业机器人销量遍布全球，被广泛应用于弧焊、点焊、处理、装配、喷漆等工业制造的过程中，实现全自动化的工业生产。机器人系统的引入打破了传统焊接那种劳动力密集型的工作模式，让焊接质量的波动得到控制，生产效率可以维持在一个较为平稳的范围内。机器人的电阻点焊系统由七个部分组成，我们需要先解析这七个组成部分，然后再探讨电阻点焊系统的实现方案：

1.1 系统组成

在机器人自动点焊系统中，PLC、机器人、焊机、焊钳是几个比较主要的组成部分，冷却循环水系统、电极修磨器、配电系统等是电阻点焊系统中的重要辅助系统。系统分成两层网络。PLC 是机器人自动电阻点焊系统中第一层网络的主控制单元，负责系统的信号输出输入，整个工位的运转需要由PLC 负责。PLC 的控制设备包括工位夹具、机器人、转台、滚床、输送链、光幕、光栅、扫描仪等。电阻点焊系统的第二层网络以机器人作为主控制单元，负责焊机焊枪、涂胶设备、抓手、铆接设备等部件的运作。

1.2 机器人构成

机器人的组成分成三个部分，控制系统、手持操作编程器还有最关键的机器手，整个组件由六个转动轴连接，这使得机器人沿XYZ 向和XYZ 向进行六个转动自由度的空间运动，机器手的动能由控制系统操作机器人的伺服电机提供。机器人转动轴有很高的定位精度以及运动速度，重复定位可控制在±0.08 mm 内，且能按照2～3 m/s 的速度移动，通过编程，机器人可以高效灵活的完成点焊工作中的复杂作业[1]。

1.3 焊机/焊接控制器

焊接使用梅达MID-05A-IC-PNET 焊接，基于WinCC 操作系统软件的系统控制，采用的架构为WinCC7.4 SP1 CS，通过V1456WinCC 进行图形运行，最大可连接4 个客户机，配备钛合金锡池、钛合金泵、免维护微滴喷涂助焊剂系统。

1.4 冷却循环水控制单元

水气供给单元需要具备过滤、检测、控制等功能，单元面板包括进气回路、进水回路、回水回路等三个部分；除此之外单元面板外设置有安全围栏，回路组成包括过滤减压阀、油雾分离器、残压释放阀、数显压力开关、电气比例阀以及快换接头，阀门处连接消声器。水源接入黄铜球阀后通过镀锌管依次连接水过滤器、电磁阀接入快换接头[2]。电控夹具采取供应硅碳棒不锈钢夹具，夹连接带使用硅碳棒夹具对其进行固定，接触元件的连接导线采用铝纺织带或多层铝箔，导线的末端与母线联结。

2 机器人电阻点焊系统实现方案

如前文所提，点焊系统是一个大系统方案囊括各个小系统方案，我们分析了电阻点焊系统中的系统组成、机器人构成、焊机/焊接控制器、冷却循环水控制单元四个组成部分，那么为了实现自动化，我们就要规划配电配网方案、安全方案、焊接通电时序控制方案、冷却循环水系统方案等几个实现方案，如此才能保证机器人电阻点焊系统的有效运行。

2.1 PLC 设计方案

PLC 选用西门子的西门子CPU319F-3PN/DP，系统以WinCC 进行外部通讯连接以及指令传输，系统具备自然语言理解，通过对代码指令的编写和图像分辨率，PLC 可以实现“人”“机”之间的信息交流。设备联网后，接收来自LOCO的生产指令。同时也适时将过程数据（如产量、湿度、温度、压力等）进行上传与采集，同时采集的数据能帮助使用者进行数据分析，用于改善产品质量、生产计划等。CPU319F-3PN/DP 的性能非常良好，得益于西门子的全新架构，该CPU的性能相对之前的版本提升了 50%以上，通过集成PROFINET 接口，CPU319F-3PN/DP 可以连接分布式站中的安全I/O 模块，同时也能连接安装在中央机架中的ET200M故障安全I/O 模块，从而形成集中或者分布式操作标准模块，并集成Web 服务器，用于组建的CBA 系统自动化，保证PROFIBUS DP 智能设备的运转。

2.2 断路器设计

断路器动触头结构包括触头框架1，所述触头框架1 设有转轴103，所述触头框架1 内安装有并联导体、触头弹簧，其特征在于：所述并联导体包括一组主触头2 和一组弧触头3，所述主触头2 和弧触头3 均设有用于穿过转轴103 的转轴孔，所述主触头2 的触点位置4 与转轴孔之间的距离大于或小于弧触头的触点位置4 与转轴孔之间的距离。现有的断路器动触头只设有一组主触头，导体数量依据不同的使用要求而不尽相同，少至三个，多至十几个甚至更多，在原来并联导体数量、宽度不变的情况下，设置一组弧触头，触点与转轴孔之间的距离变小时，触头电动斥力中的补偿力得到提高，各动触头片所受电动斥力会减小；反之，各动触头片所受电动斥力会增大。主、弧触头在受到电磁斥力时作用力与力臂不同，在短时耐受电流时，主、弧触头之间会出现一个轮番斥开现象，而当其中一组触头斥开时，另一组触头在触头弹簧反力的作用下，又与静触头接触，这样在同一时间，总有一组触头在通电，因此，在产品承受短时耐受电流时，动、静触头之间不会完全斥开，因而提高了产品的短时耐受电流能力。

2.3 焊机/焊接控制器

设计师需要借助虚拟操作迅速发展焊接期间存在的主要缺陷问题，明确导致性能受到影响的主要因素，使焊接系统在自动状态下启动机器人焊接后，通过NNC-ANNS inversedynamics 模型学习装置组成一般比例-积分-微分控制装置反馈控制器，进而确保ANNS 控制系统全局处于稳定状态，在此基础上起到参考模型作用，同时给出NNC -ANNS 的误差信号，使NNC -ANNS 实现同步控制，让焊接系统在控制开始及系统系数出现改变时，可以依靠逆动态特性时对系统予以控制，并通过讯号指示完成焊钳夹紧、加压、通电、加压释放等工序，而为实现焊接工艺效益的最大化，我们要进行机架结构、转动、焊接机整体移位机构的设计工作。

2.4 冷却循环水控制方案

冷却循环水通过水气电桥架对焊接设备进行冷却，水冷系统是保证电阻点焊系统能否持续自动焊接的关键环节，冷却水控制单元依靠信号进行设备控制，循环水回路的进水回路开关由系统的电磁阀控制，利用单向阀导通冷却水回路，让水流循环经过单向阀完成系统的冷却效果，关闭单向阀，则冷却水回路断开，这样便能阻止出水回路的冷却水在设备停转之后继续回流的情况发生。

控制单元的信号为电子脉冲流量计，通过导通流量值高低起到公差带的作用，如果水流量发生异常，电子脉冲流量计的信号反馈会转变成低电平，工作人员便会知道出现循环水异常的问题。