汽車焊裝線上的機(jī)器人應(yīng)用研究

李東翰

摘 要：信息技術(shù)飛速發(fā)展，人工智能的發(fā)展和應(yīng)用呈現(xiàn)幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。機(jī)器人在汽車焊接線上的應(yīng)用，不僅代替人工，而且提高工作效率。本文以某汽車制造公司為例，重點(diǎn)介紹機(jī)器人在焊接線上的應(yīng)用及其存在的問(wèn)題和解決辦法，以期待對(duì)同行業(yè)汽車焊接線上的機(jī)器人管理和運(yùn)用有所裨益。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；汽車焊接線；解決辦法

0 引言

目前，人工智能的發(fā)展和應(yīng)用呈現(xiàn)幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。機(jī)器人在汽車焊接線上的應(yīng)用，不僅代替人工，而且提高工作效率。一方面，效率和品質(zhì)是焊接工藝所追求的，另一方面環(huán)保和人性化也是焊接工藝所追求的。[1]汽車的焊接質(zhì)量是汽車制造過(guò)程中的重中之重，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外汽車制造廠商都十分重視汽車的焊接質(zhì)量。[2]減少手工作業(yè)，提高焊接的自動(dòng)化率是各大汽車制造廠商所追求的。從某種程度來(lái)說(shuō)，100%的焊接自動(dòng)化和30%的車身部品上載自動(dòng)化是衡量汽車制造水平和焊接車間自動(dòng)化率的重要指標(biāo)[3]。

作為汽車生產(chǎn)制造技術(shù)的關(guān)鍵部分，汽車車身焊接工藝施焊難度大，車身的焊合面需要沿空間分布。這對(duì)于焊接夾具的要求較為嚴(yán)格，一方面其定位要準(zhǔn)確迅速，另一方面要求其焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠。焊接機(jī)器人的使用，有助于多種車型共同使用一套焊接機(jī)器人生產(chǎn)線。本文以某汽車制造公司為例，重點(diǎn)介紹機(jī)器人在焊接線上的應(yīng)用及其存在的問(wèn)題和解決辦法，以期待對(duì)同行業(yè)汽車焊接線上的機(jī)器人管理和運(yùn)用有所裨益。

1. 機(jī)器人在焊裝線上的應(yīng)用

該汽車制造公司的焊接生產(chǎn)線，具備年產(chǎn)25萬(wàn)臺(tái)綱領(lǐng)的能力，后期根據(jù)生產(chǎn)的需要，可擴(kuò)產(chǎn)至每年40萬(wàn)臺(tái)綱領(lǐng)的能力。該公司廠房占地面積35400m2，計(jì)劃分兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能目標(biāo)，一期投資的15臺(tái)/年的生產(chǎn)能力已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。該公司整條生產(chǎn)線包括2條地板總成線，1條左側(cè)圍總成線，1條右側(cè)圍總成線，1條CRP總成線，1條車身主焊線，6條門蓋總成線，1條車身裝配線，1條車身修整線。該條汽車生產(chǎn)線共使用焊接機(jī)器人335條，能夠?qū)崿F(xiàn)100%焊接自動(dòng)化率，三班倒，共需操作人員205人，能夠?qū)崿F(xiàn)焊裝部品轉(zhuǎn)載率55%。以車身焊接線為例，下面簡(jiǎn)單介紹焊接工藝過(guò)程中機(jī)器人的應(yīng)用：

該公司的車身焊接生產(chǎn)線為全自動(dòng)化封閉生產(chǎn)線，工位為“回”字形往復(fù)輸送結(jié)構(gòu)，總共38個(gè)工位。車身焊接生產(chǎn)線上的主焊線上共有移動(dòng)臺(tái)式車夾具41個(gè)，機(jī)器人的數(shù)量為115臺(tái)。這些機(jī)器人承擔(dān)著點(diǎn)焊、CO2弧焊、抓取零件、涂膠、車身打號(hào)、車身潔凈吸塵、車身后輪罩部位包邊、車身精度檢測(cè)等工作。

該公司的焊接機(jī)器人是日本川崎和韓國(guó)現(xiàn)代WIA公司的結(jié)合體，前者承擔(dān)機(jī)器人的本體工作，后者承擔(dān)機(jī)器人的結(jié)成技術(shù)。作為機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心--PLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7---400 可編程控制器，實(shí)現(xiàn)Profilbus DP 總線和I/O模塊的互聯(lián)互通。借助PLC系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)編程、參數(shù)設(shè)定及故障報(bào)警等等工作。

通過(guò)PLC程序，將生產(chǎn)管理系統(tǒng)（G-MES）中的車型信息發(fā)送至工位。焊接機(jī)器人接收到信息后，對(duì)車型自動(dòng)識(shí)別，之后按照系統(tǒng)中自動(dòng)儲(chǔ)存的焊接信息，做出準(zhǔn)確的焊接動(dòng)作。焊接機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)多種混車型、多頻次的焊接工作，卻不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。車身主焊線上點(diǎn)焊機(jī)器人的數(shù)量較多，因?yàn)辄c(diǎn)焊工藝在汽車主焊線上應(yīng)用較多。焊接控制現(xiàn)（T/C）、一體化焊槍（T/R+GUN）與焊接機(jī)器人配套使用。經(jīng)過(guò)零位、氣壓和電流的標(biāo)定合格之后，車身焊接線上的焊接機(jī)器人才能正常的工作。電極修磨裝置配套使用，機(jī)器人在焊接過(guò)程中自動(dòng)記錄焊接點(diǎn)數(shù)。當(dāng)焊接點(diǎn)數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，電極修磨裝置自動(dòng)對(duì)電極進(jìn)行修磨，確保焊接正常進(jìn)行。

涂膠機(jī)器人中涂膠泵由韓國(guó)DAMING公司生產(chǎn)，涂膠機(jī)器人能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)加熱和溫度控制。涂膠控制器和機(jī)器人控制器信號(hào)互聯(lián)互鎖，繼而控制涂膠控制器實(shí)現(xiàn)涂膠槍的開(kāi)、關(guān)、移動(dòng)，進(jìn)而完成涂膠工作。借助抓取機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)左右側(cè)圍總成、頂蓋總成至主合成工位，實(shí)現(xiàn)堵板補(bǔ)焊工位的完成。此外，借助伺服氣缸的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)多車型抓取工裝。

CO2焊接機(jī)器人的工作是焊補(bǔ)車身上無(wú)法實(shí)施點(diǎn)焊部位的焊點(diǎn)。CO2焊接機(jī)器人配套CMT產(chǎn)品的CO2弧焊機(jī)和相應(yīng)的焊絲修理器。焊接工作在焊接房中進(jìn)行，焊接房帶有排風(fēng)和凈化裝置，具有防弧光的功能。

打號(hào)機(jī)器人接收來(lái)自生產(chǎn)管理系統(tǒng)（G-MES）系統(tǒng)中的指令，將系統(tǒng)中設(shè)定好的VIN號(hào)碼刻劃到車身上。借助吸塵機(jī)器人，自動(dòng)對(duì)車身內(nèi)部做好吸塵潔凈工作。壓合包邊機(jī)器人收到指令后，自動(dòng)對(duì)側(cè)圍外板后輪罩處進(jìn)行壓合。檢測(cè)機(jī)器人按照既定的檢測(cè)程序，對(duì)車身的各個(gè)部位進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)不合格項(xiàng)自動(dòng)報(bào)警，強(qiáng)有力的保證焊接品質(zhì)。

2. 機(jī)器人在汽車焊接線上應(yīng)用存在的問(wèn)題及解決對(duì)策

2.1 車身與電纜干涉問(wèn)題及對(duì)策

車身主焊線上，人工無(wú)法焊接完成車體內(nèi)部的焊點(diǎn)，機(jī)器人有效解決此問(wèn)題。機(jī)器人在進(jìn)行焊接時(shí)，需將手臂伸入車體內(nèi)，但由于車體內(nèi)部空間較小，機(jī)器人需要進(jìn)行多次姿態(tài)變換，姿態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)出現(xiàn)刺手的車身和電纜的干涉問(wèn)題。如果不能有效解決干涉現(xiàn)象，電纜會(huì)出現(xiàn)破裂，造成更加嚴(yán)重的后果。在生產(chǎn)實(shí)踐中，把機(jī)器人的運(yùn)行軌跡進(jìn)行優(yōu)化，并減少手臂的外形體積，干涉現(xiàn)象基本消除。

2.2 焊槍電極漏水的問(wèn)題及對(duì)策

焊接機(jī)器人的點(diǎn)焊設(shè)備需要循環(huán)冷卻水對(duì)其進(jìn)行冷卻，才能正常工作。循環(huán)水與機(jī)器人焊接系統(tǒng)相連，并由控制器控制水閥的開(kāi)啟。點(diǎn)焊機(jī)器人正常工作時(shí)，水閥是開(kāi)啟。當(dāng)如果焊槍的電極跟工件發(fā)生粘結(jié)脫落后，控制器不能正常工作，水閥無(wú)法關(guān)閉。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐摸索，把水閥的開(kāi)關(guān)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)連接，焊槍電極漏水時(shí)，水閥能夠自動(dòng)關(guān)閉，徹底解決此問(wèn)題。

2.3 零位標(biāo)定及焊槍標(biāo)定存在的問(wèn)題及對(duì)策

機(jī)器人的調(diào)試和焊槍的啟動(dòng)都需要進(jìn)行標(biāo)定，前者需要對(duì)軸進(jìn)行零位標(biāo)定，后者需要進(jìn)行焊接電流和氣壓的標(biāo)定。兩者都標(biāo)定之后，機(jī)器人才能實(shí)現(xiàn)六軸同步運(yùn)動(dòng)。采用計(jì)算機(jī)控制的日本川崎機(jī)器人，機(jī)器人斷電之后依靠一組蓄電池保存零點(diǎn)位置。有時(shí)異常斷電時(shí)，出現(xiàn)零點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)丟失。雖然這種情況不經(jīng)常出現(xiàn)，但是一旦出現(xiàn)，問(wèn)題是非常嚴(yán)重的。我們對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)細(xì)致的研究，并分別從供電線路、系統(tǒng)軟件和硬件等方面著手，切實(shí)解決此類問(wèn)題。

2.4 位置偏移后重新標(biāo)定的問(wèn)題及對(duì)策

焊接機(jī)器人的位置發(fā)生偏移時(shí)，只有再次進(jìn)行在線示教，焊接機(jī)器人才能再次正常運(yùn)行。焊接機(jī)器人的在線示教，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。當(dāng)產(chǎn)品更改或者調(diào)整部品結(jié)構(gòu)后，機(jī)器人的焊接位置和運(yùn)行軌跡不能實(shí)時(shí)的調(diào)整，必須進(jìn)行新的在線示教。在后續(xù)的工作中，必須對(duì)此加以重視，減少或縮短在線示教時(shí)間。

3.結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器人在汽車焊接線上的使用，將其優(yōu)勢(shì)淋漓盡致的展示出來(lái)。機(jī)器人焊接的產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，效率高，不會(huì)產(chǎn)生人為焊接產(chǎn)生的不一致性和差異性。機(jī)器人的使用，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)有效避免零部件的磕碰損壞。但是，我們也應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到，汽車焊接線上使用的機(jī)器人也存在一定的問(wèn)題。對(duì)此，我們必須要在實(shí)踐中采取切實(shí)可行的措施，將問(wèn)題有效解決，使機(jī)器人在汽車焊接線上有更高效的使用。本文以某汽車制造公司為例，重點(diǎn)介紹機(jī)器人在焊接線上的應(yīng)用及其存在的問(wèn)題和解決辦法，以期待對(duì)同行業(yè)汽車焊接線上的機(jī)器人管理和運(yùn)用有所裨益。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳瑞詳.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.

[2]朱世強(qiáng)，王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2000.

[3]蔣新松.機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化[M].石家莊：河北教育出版社，2003.