自動化新技術在汽車焊裝制造中的應用

程修華

摘要：目前隨著我國科學技術水平的不斷提升，尤其是一些自動化新技術的發展，因其一些新的特性如智能化、信息化、安全性等特點，因此在各行業領域得到了廣泛應用。將其應用到汽車制造領域當中，不僅可以有效推動汽車生產生產效率，而且有效降低人員勞動強度，提高了產品質量及穩定性。本文主要介紹了部分自動化新技術在汽車白車身制造中的應用。

關鍵詞：自動化新技術;安全PLC;汽車焊裝制造領域;應用

引言：

在人民生活水平提升的同時，交通工具不斷更新。近幾年，汽車行業加快發展，不僅產品更新更快，品質也越來越好。與此同時汽車生產對生產線的要求也越來越高。在保證汽車生產效率的提升和車型的快速更新迭代的同時，比如安全性、信息化、智能化、穩定性等。在該建設模式下，要求在汽車領域更多應用電氣自動化新技術。

1安全PLC在汽車白車身焊裝生產中的應用

1.1安全PLC應用前提

在汽車白車身生產線設計中，不僅應用了安全光幕、安全門鎖、急停開關等安全檢測原件，也應用了大量的汽缸、馬達傳動、機械臂等執行原件。這些安全檢測元件的無故障穩定工作，才能確保系統檢測的可靠。而大量執行原件在高速、大慣量的運轉下，又極易給人員、設備、產品造成極大的損傷。

在傳統的車身焊裝生產線中，通常通過兩種途徑來實現系統的安全控制：

1、安全光幕、安全門鎖、急停開關等安全檢測原件直接接入普通PLC的輸入點，通過PLC邏輯處理，輸出控制汽缸、馬達傳動、機械臂等執行原件的工作。這種模式下，如果檢測原件出現自身故障，或者PLC邏輯編程有缺陷，亦或是PLC模塊本身故障都可能造成以下結果：

a、檢測原件出現自身故障導致安全設備無法激活;

b、PLC邏輯編程有缺陷導致無法正常判斷邏輯輸出;

c、PLC模塊本身故障導致常判斷邏輯輸出時效。

2、安全光幕、安全門鎖、急停開關等安全檢測原件通過安全繼電器硬接線回路控制汽缸、馬達傳動、機械臂等執行原件的工作。這種模式下可以解決檢測原件出現自身故障，或者PLC邏輯編程有缺陷，亦或是PLC模塊本身故障造成的不良問題。

但是安全繼電器硬接線回路設計復雜、無法應對復雜的邏輯應用，第一不利于高自動化、信息化情況下的生產線使用。第二，安全繼電器設計回路會給施工、維護造成極大的不便利性。第三，生產線后期改造升級困難.

1.2安全PLC應用方式

為了解決以上問題，我們在在汽車白車身焊裝生產線設計中，應用了安全PLC系統。安全PLC系統具備控制系統不會失效，或者控制系統在失效模式下立即進入安全模式的功能。應用機理如下：

d、系統采用冗余的工作方式。比如CPU采用雙CPU，安全程序獨立于普通邏輯程序之外;安全輸入采用雙通道;

e、特殊的電子回路設計。經過苛刻的安全認證的安全PLC硬件回路，杜絕了絕大多數的內部電子、機械潛在時效模式;

f、系統硬件采用實時監測方式。比如實時脈沖檢測輸入輸出回路的通斷是否異常，一旦異常立即進入安全模式運行;

g、安全編程規則根據安全規范標準設置。為防止錯誤的邏輯編程，安全PLC設置了種種規范來限制混亂的邏輯編制，預防錯誤的編程或者維護造成的輸入輸出錯誤;

基于如此，我們在白車身焊裝生產線自動化系統設計中，安全光幕、安全門鎖、急停開關等安全檢測原件直接接入安全PLC的安全通道。汽缸、馬達傳動、機械臂等執行原件由安全PLC的輸出直接控制。在這種情況下，當檢測原件出現自身故障導致安全設備無法激活時，安全PLC可立即判斷出問題所在，報警并進入安全模式;當電磁閥、接觸器等控制器件硬件故障時，安全PLC也會實時檢測出故障點，給予判斷而進入安全模式。

另外，PLC程序的設計要求我們按照其程序設計流程、規則來編制，杜絕了大部分的邏輯編程漏洞。在后續調試、維護中，錯誤的程序旁路也不被允許。

第三，安全PLC自動化控制系統硬件設計簡單，基本等同于普通PLC自動化控制系統硬件設計。這樣后期的生產維護較安全繼電器更加方便，在生產線改造升級時，只需要擴展安全模塊并更改程序即可。

2視覺系統在汽車白車身焊裝自動化生產中的應用

近年來，隨著勞動力成本的提高，工廠對產品品質要求的不斷上升，汽車制造中對自動化、智能化、信息化的需求也隨之更加迫切。視覺系統技術是結合計算機技術和自動化技術結合發展的。例如：機器人技術和機器視覺引導技術等，作為先進的技術手段，能為電氣自動化技術的應用提供強大保障。

2.1 機器人視覺引導在上下零件上的應用

汽車車身零部件搬運上下線是生產中的重要一環。由于車身零件尺寸不規則，零件往往較大，人工上下線不僅勞動強度高，而且也會造成生產一致性較差。在汽車車身零件的上下線中應用機器人視覺引導技術有著重大的意義。

在應用中，安裝在機器人末端的視覺傳感器對零件進行拍照，可以測量零件在傳感器坐標系下的三維位置和姿態，需要通過一系列坐標轉換到空間參考坐標系下（如機器人工件坐標系），因此需要確定視覺傳感器坐標系和機器人工件坐標系之間的相對關系，這就是視覺引導系統的標定過程。 機器人以不同的姿態帶動視覺傳感器對標定板進行拍照測量，結合不同姿態下的測量結果即可標定視覺傳感器與機器人工件坐標系之間的相對位置關系。 在實際機器人上下零件時時對零件位置的拍照，計算器坐標與標準坐標之間的關系，進行執行位置的偏移，從而達到精準上下零件的過程。

2.1 機器人視覺對涂膠檢測上的應用

汽車車身自動化生產中，涂膠必不可少。如結構膠、減震膠、密封膠。涂膠質量的好壞，直接影響到汽車的質量和性能。以往在人工涂膠情況下，膠條的粗細、長短等根據工人的熟練程度不同而與標準設定存在很大的差異。在機器人涂膠的情況下，雖然膠條的粗細、長短等與標準設定差異較小，但是收到機器人無法自檢質量，由于設備故障造成漏膠、斷膠情況時有發生。

為解決以上問題，機器人視覺涂膠檢測的應運而生。

涂膠檢測系統主要由視覺相機硬件平臺和軟件兩部分構成。機器人攜帶視覺相機實時采集涂膠圖像送至視覺系統進行圖像處理，并通過與之前建立的涂膠質量標準進行比較，對膠條長短、粗細等進行進行分析，根據檢測結果判斷是否合格。合格放行，不合格進行系統報警，這是操作員進行干涉。同時將質量信息保存在數據庫中，給工廠MES系統，進行質量追溯查詢。

操作員可以在涂膠視覺檢測軟件上實行參數修改、遠程圖像查看、過往信息查詢等。

目前，視覺系統技術在汽車實際生產中得到越來越多的應用，比如焊接質量檢測、汽車車身尺寸檢測等。

3結語

綜上所述，新型安全PLC技術、機器人視覺檢測技術應用到汽車白車身焊裝制造領域，在一定程度上，不僅符合社會發展到今天人們對安全生產、智慧制造的需求，也有效調高了勞動生產率，確保汽車行業的健康進步和發展。

參考文獻：

[1] 王博 王玉海.安全PLC在電氣工程自動化控制中的應用[J].科學與財富，2017（17）

[2]劉金云.淺析電氣自動化在汽車領域的應用[J].內燃機與配件，2018（20）：204-205.

[3王亞運 .基于機器視覺的機器人涂膠質量在線檢測技術研究[D]. 哈爾濱工業大學， 2015.