對于焊接機械手示教編程的簡化法

謝元立 郭立明 高國星 張強

摘要：本文結合多年從事焊接機械手編程操作的實際經驗，通過對各種不同型式、不同位置焊縫存在規律的歸納總結，對焊接機械手編程進行模塊化、系統化的研究與開發，使之形成一整套通用的子程序，通過外部軸在任意位置進行點的交換、平移和拷貝，來達到快速而有效實現對各種不同工件焊縫的程序編制工作。

關鍵詞：焊接機械手；智能化；示教編程

隨著我國鐵路運輸業的迅猛發展，我公司引進了一大批具有國際一流水平的焊接機械手，目前這批機械手以它高效、低耗的優越性被廣泛地應用到生產實踐中，并且在部分領域中已完全替代手工操作，在公司焊接作業中占據了主導地位。

了解機械手的人都知道，最基本的編程方法就是利用示教器、手工移動機械手，沿著工件焊縫的輪廓進行軌跡存儲、輸入計算機來完成的。這種編程方法用做簡單的工件還可以，但遇到大型、復雜的工件就顯得枯燥、乏味，需要花廢大量的時間和人工。不但費時費力而且編出的程序象流水賬，占用很多的計算機內存空間，適應不了生產周期短、質量要求高的生產形式。本文根據多年對機械手的不斷學習和編程實踐，總結出一套適用于各種類型機械手編程的框架和方法——示教編程的智能簡化法。下面分幾個步驟給大家作以介紹：

1、分析工件形體，找出焊縫規律

要想編出既快又好的焊接程序，必須打破依賴手動編程的方法，建立起一種快捷的自動編程的觀念。在編程之前必須參考有關圖紙、工藝技術文件對實物進行形體分析。通過分析，找出焊縫的規律，也就是把復雜的工件進行分解、簡化。大家可以仔細地分析一下，所有的工件都有其規律性，有的焊縫左右對稱，有的焊縫軸對稱，還有的焊縫中心對稱，就是一條連續的焊縫也可以分成若干段，不能再分的焊縫其打底層、蓋面焊縫的位置關系也是有規律的。這就象數學題中的簡便做法，進行因式分解、合并同類項一樣。把焊縫結構中的公共部分找出來這是最重要的一步，公共部分分析的越徹底，就意味著編程越簡單，所用的時間就會越短。

2、示教編程

把工件夾在機械手變位器上，對工件的公共部分進行示教編程，利用機械手的外部軸和三個定位自由度使焊槍移動到焊縫位置。然后利用焊槍三個角度定向自由度來確定焊槍的角度。注意動手前要想象出各自由度的姿態和軟硬限位，注意機械手的行進連續性和可到達性，使焊縫盡量處于船形焊位置，焊槍端部要垂直焊縫，這樣機械手焊接時傳感器易于跟蹤焊縫，焊縫成型美觀。要達到這種效果，需要編程者積累豐富的經驗。

在線編程過程中常常會遇到機器人報警，故障信息反映某軸超出工作范圍。這時，編程者解決問題的思路不要只停留在當前點上，而是需要考慮一下焊接起點機器人各軸的姿態是否要進行大的調整，以確保整條焊縫能夠連續順暢的進行。

3、通過機器人的編程語言對“示教編程”部分進行智能化處理。

任何種類的機器人都有著智能化的特點，不同的是它們給出的方式不同。下面就以CLOOS機械手為例說明：

3.1在程序中利用FOR ANF：二SP-TOEP DO BEGIN END（計數回路指令）和GETPOS命令組合使用，這樣可以獲得本文要“2”中所編程序點的坐標值。

3.2GETPOSA（PT；SPE，IPOL，STA；1；X，Y，Z，AL，BE，GA，EXT-- EXT4指令中數字“1”表示笛卡爾坐標系也就是基本坐標系，下面的符號分別表示機械手在基本坐標系中X，Y，Z和外部軸的坐標值。

3.3指令：STORPOSA（PT；SPE，IPOL，STA；I；X，Y，Z，AL，BE，GA；EXT-- EXT4）是給X，y、Z等賦值，并重新生成點的指令，這樣可以根據本文提到的焊縫的規律進行點的復制，不斷地在原程序點基礎上生成新的點。

3.4指令RPOINTS可以在焊接過程中對電弧傳感器確定的路徑進行數據儲存，利用它可以省去多層焊中履蓋的示教編點。

3. 5指令MPE可以對機械手外部軸、變位器進行點的坐標處理，可以使用外部軸在任意位置進行點的數據的交換、平移、拷貝，是簡化程序必不可少的指令之一。

3.6利用可變處理，編制子程序。凡是有數字的指令都可以變量代替，對于變量給予不同的值，子程序將起到不同的效果，這樣可以大大減少計算機的存儲空間，使工作程序更加規范化和條理化。我們以CW一200K型構架一步焊接為例，在第一部分中我們將24個環形焊縫和20條直線角焊縫簡化成2個環形焊縫和10條直線角焊縫，在第2部分是進行在線編程，在這一部分中就是要通過上述方法將這2個環形焊縫和10條直線角焊縫還原成24個環形焊縫和20條直線角焊縫，或者將其編成3個子程序，用可變量代替點號，制做成程序模塊，再通過對可變量賦予不同的值，在不同的位置進行不同的調用。這樣就完成了智能編程法最關鍵的一步。

4，調節焊接順序

在計算機編輯器中，利用程序文本，結合所編工件的結構特點，編排合理的焊接順序，以達到控制和減少焊接變形的目的。該方法編制程序不需要重新示教焊接順序和焊接方向，減少了示教過程中的考慮因素。

由此可見，在程序文本中編輯的焊接方向與順序要方便快捷得多，當然也可使用jump指令進行程序行的跳轉來編排順序，但為了后期的操作與程序中斷后的連接，建議不要使用這種方法。

5、示教再現

程序編排好后，開動機器人執行焊接程序，進行模擬測試，以便檢查動作的安全可靠性和軌跡的準確性，對不合適的焊接點和路徑加以個別校正。值得注意的是：

5. 1不要打開電弧。如果打開電弧，將不利于觀察焊槍的行走路徑，再者，電弧傳感器也將對實際的路徑產生影響，造成誤判斷。

5.2不要將機械手選擇器按鈕打到AU-TO狀態，因為一般來講，機械手AUTO狀態下空間運行速度的缺省值都為100%。為了安全起見，要在手動測試狀態下開動機器人，并且隨時準備按下緊急停止按鈕。

5.3要仔細觀察機械手在焊接路徑中發生停頓或速度變化較大的情況，此時要考慮手軸及變位器的姿態是否合理。

5.4要仔細觀察機械手空間運行狀態，盡量縮小其運動范圍，增大操作人員的安全區域。

6、填加焊接參數值

內容包括送絲速度、脈沖頻率、擺動幅度、擺動頻率、高度設定值，電弧跟蹤敏感度等等，不同位置的焊縫編輯不同的焊接參數表。同樣的焊接程序，在保證產品質量、外觀成形的情況下，參數表越少，說明程序編排的越成功。當然參數的設置不可能一次完成，而是需要在焊接過程中不斷的完善。調節焊接參數時不要眉毛胡子一把抓，要有針對性的調節個別參數值。例如焊角尺寸不足可相應降低焊接速度；

焊接飛濺較大，可相應增加焊接電壓（脈沖頻率）；出現咬邊可增加一些送絲速度等。同時在焊縫起弧處可加入起弧參數表和再引弧功能，結尾處可加入收弧參數表，這樣才能充分發揮機械手的高科技性能，焊出一流水平的焊縫。

以上介紹的只是焊接機械手“智能”編程法的6個主要步驟，重要的是要編程者了解這種方法的同時掌握這種思路。在熟練掌握機械手的編程語言和基本功能的同時充分開發你的想象力，用你的智慧去與開發機械手的智能。總之，這種“智能”編程法的思維方式就是用人腦把復雜的構件進行簡化，再由電腦將其還原的過程。在這個過程中需要編程者充分利用機器人的編程語言和指令，進行優化組合，讓電腦按照編程者的意愿實現各種功能，不僅拓寬了編程者的思路而且能夠真正發揮出設備的先進性，用機械手高效、靈活地開發新產品。

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司 吉林長春 130062）