氣動伺服焊鉗應(yīng)用

宋勝溥

摘 ?要：伺服焊鉗是汽車制造工藝焊接車間最基本最主要的設(shè)備，相較于普通焊鉗，氣動伺服焊鉗具有很多優(yōu)點(diǎn)。本文主要介紹氣動伺服焊鉗的組成系統(tǒng)、工作原理、應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)及自動控制方法，并對現(xiàn)場應(yīng)用中常見的故障進(jìn)行了分析和總結(jié)，以便于讀者進(jìn)行比對學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：伺服焊鉗;自動控制;故障處理

一、氣動伺服系統(tǒng)組成及工作原理

1.1氣動伺服系統(tǒng)的組成

圖一是氣動伺服系統(tǒng)的組成，各部分主要作用如下：

1、伺服盒：

伺服盒是伺服焊鉗的主要控制部分，帶有伺服比例流量閥、INTERBUS總線通訊單元，它主要是負(fù)責(zé)和機(jī)器人進(jìn)行通訊，根據(jù)收到的位置和壓力信號來控制伺服焊鉗其他各部分動作，在根據(jù)各檢測開關(guān)反饋的信號對各元件做出更精確控制，再將動作后的位置和壓力信號反饋給機(jī)器人。

2、底座閥板：

底座閥板跟伺服盒連接，用于連接外部的6Bar和10Bar壓縮空氣，并將壓縮空氣分配給伺服氣缸和平衡氣缸。底座閥板和伺服盒連接處有墊圈，拆卸時(shí)注意。兩者安裝靠3個(gè)螺絲固定。

底座閥板的內(nèi)部氣路接口，其中P接氣源、AR、AV接平衡氣缸、SR、SV接伺服氣缸、RSV接停止閥。

3、伺服氣缸：

伺服氣缸是主要的執(zhí)行元件，帶有兩個(gè)壓力傳感器和一個(gè)位置傳感器。伺服盒收到信號，給氣缸兩腔沖入氣源，根據(jù)兩腔的壓差來控制氣缸動作，當(dāng)氣缸中的位置檢測開關(guān)檢測到快要達(dá)到設(shè)定位置后，發(fā)出信號給伺服盒，伺服盒控制比例閥，調(diào)節(jié)兩腔進(jìn)氣量，減慢氣缸運(yùn)行速度，達(dá)到位置后，比例閥關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)氣缸動作。

4、平衡氣缸：

平衡缸承受的最大壓力為10bar。主要用于平衡焊鉗自身重量，保證在焊接時(shí)靜極臂能更好的貼合工件，根據(jù)焊鉗在工作時(shí)不同的焊接姿態(tài)，在程序中設(shè)定平衡缸值。

（二）氣動伺服系統(tǒng)的工作原理

2.1氣動伺服焊鉗控制原理

伺服盒接收到機(jī)器人發(fā)出的信號經(jīng)過處理后發(fā)出模擬量信號，控制流量控制閥的動作，它可以對氣缸的動作位置、動作速度及平衡缸壓力進(jìn)行控制;同時(shí)壓力檢測開關(guān)、位置傳感器把實(shí)時(shí)檢測到的信號傳輸給伺服盒，由伺服盒進(jìn)行運(yùn)算和分析，將運(yùn)算分析結(jié)果與機(jī)器人發(fā)出信息進(jìn)行比較，若有偏差，伺服盒會調(diào)整執(zhí)行元件輸出，再進(jìn)行檢測、調(diào)控，形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，做到焊鉗開口和壓力設(shè)定的精確控制。

2.2氣動伺服焊鉗氣路原理圖

以上是氣動伺服系統(tǒng)的氣動原理圖，其中棕色背景的為伺服盒內(nèi)的所有元件，黃色背景的為伺服氣缸內(nèi)的所有元件。1、2號閥是能夠用電壓模擬量信號控制閥芯開度的比例流量閥，1號閥控制伺服氣缸的伸出和返回以及精確控制伺服氣缸兩腔的壓力差。2號閥精確控制平衡氣缸兩腔的壓力差。3號閥是受INTERBUS信號控制的，當(dāng)它得電時(shí)，4、5號的兩個(gè)停止閥（氣控的）才能導(dǎo)通。6號是安全閥，主要用來排氣，它的先導(dǎo)氣是通過底座閥板從12bar氣源獲得的。S-U為用模擬量電壓來控制閥芯開度，I-P為壓力信號轉(zhuǎn)化為電流信號，I-S為伺服氣缸的位置信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量的電流信號。

二、氣動伺服焊鉗的優(yōu)缺點(diǎn)

氣動伺服焊鉗相對于是普通氣動焊鉗，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、能對焊鉗開口大小進(jìn)行編程，從而節(jié)約了一個(gè)焊接循環(huán)所需的時(shí)間和空氣消耗;

2、可以對電極移動過程中的加速度進(jìn)行調(diào)整，在到焊接點(diǎn)之前的一個(gè)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，電極臂移動的加速度減小，使得兩電極臂接觸焊接點(diǎn)時(shí)可以柔性接觸，能夠改善焊接質(zhì)量，延長電極臂的使用壽命、減少電極臂的接觸噪音;

3、能夠?qū)ζ胶鈿飧變汕坏膲毫Σ钸M(jìn)行設(shè)定。使得焊鉗在不同姿態(tài)平衡氣缸兩腔的壓力差不同，提高焊接質(zhì)量;

4、能夠調(diào)整焊鉗運(yùn)動速度，可以靈活的針對不同工件進(jìn)行調(diào)整，也可以作為調(diào)整生產(chǎn)節(jié)拍的一個(gè)有效方法;

5、可以對壓力進(jìn)行精確的監(jiān)控，及時(shí)對焊接壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高焊接質(zhì)量。

但是伺服系統(tǒng)的精度比較高，所以對工作環(huán)境的比較高，對工作時(shí)用的氣源要進(jìn)行過濾和干燥，工作環(huán)境中的空氣要清潔。由于焊裝車間的特定因素，對工作環(huán)境不能很好的控制，這樣氣動伺服焊鉗的故障率也是比較高的。

三、氣動伺服系統(tǒng)的現(xiàn)場運(yùn)用

1、在位置控制方面，氣動伺服焊鉗與普通的氣動焊鉗不同，普通的氣動焊鉗通過一般的氣缸動作只有固定的兩個(gè)位置，運(yùn)用范圍比較小。氣動伺服焊鉗是伺服系統(tǒng)控制，它通過位置傳感器精確的檢測和控制開口大小，它能根據(jù)在工件上焊接位置的不同（在允許范圍內(nèi)）設(shè)定不同的開口大小，它的控制位置非常精確，在程序中以0.1mm為單位。 ? ? ? ? 2、在壓力控制方面，在現(xiàn)在的普通氣動焊鉗控制系統(tǒng)中，一般的都是焊接控制器輸出焊接壓力。氣動伺服焊鉗可以是焊接控制器輸出焊接壓力，也可以是氣動伺服焊鉗自己通過機(jī)器人程序給出焊接力。在壓力檢測方面普通的氣動焊鉗只有一個(gè)UP閥對氣壓進(jìn)行檢測（氣壓在2-16bar）都會有壓力反饋信號;氣動伺服焊鉗的壓力不論是焊接控制器輸出或者自己輸出，在伺服氣缸中壓力檢測開關(guān)都會準(zhǔn)確的反饋壓力信號，如果壓力達(dá)不到，就不會輸出壓力信號，焊鉗也不會焊接。所以，伺服焊鉗能夠更好的檢測和控制壓力，提高焊接質(zhì)量。

3、在其他方面，氣動伺服焊鉗也是非常出色的。例如：在氣動伺服焊鉗的機(jī)器人語句可以設(shè)定“板材厚度”，在機(jī)器人銑電極的時(shí)候我們設(shè)置“板材厚度”（設(shè)定值應(yīng)略大于銑刀刀片厚度）后，焊鉗電極在到達(dá)設(shè)定的位置后，會自動減速，防止速度太快，容易損害銑刀刀片。

四、氣動伺服焊鉗的Interbus網(wǎng)絡(luò)配置

（一）Interbus特點(diǎn)

1、Interbus網(wǎng)絡(luò)是通過光纜傳輸，傳輸速率快（傳輸速率分為500K和2M，我們現(xiàn)場采用的是2M），信號傳輸穩(wěn)定;

2、Interbus是環(huán)行、具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。它不需要終端電阻、模塊無地址設(shè)置;

3、網(wǎng)絡(luò)可以任意分支，分支層數(shù)最多為16 層。

（二）Interbus配置

氣動伺服系統(tǒng)與機(jī)器人通過INTERBUS通訊，總共有6個(gè)字，96位。在機(jī)器人I/O配置是從401-496， 其中主要的是焊鉗的開口大小、夾緊壓力和平衡缸設(shè)置：

425-432：焊鉗壓力值設(shè)定

441-448：焊鉗平衡缸值設(shè)定

449-463：焊鉗開口大小設(shè)置

五、氣動伺服焊鉗故障分析與處理

氣動伺服系統(tǒng)雖然非常先進(jìn)，但是由于工作環(huán)境設(shè)備老化等其他因素，仍然存在一些故障。對于這些故障的處理方法，總結(jié)如下：

1、檢查伺服盒指示燈是否正常

（1）Us/UL電壓是否存在;

（2）內(nèi)部通訊（04 燈閃爍）是否正常;

（3）RC/BA LED 綠色：網(wǎng)絡(luò)通訊正常;

（4）變壓器溫度檢測信號IN2（綠色）是否正常;

2、伺服盒發(fā)生異響可能是閥體受損：

手動將焊鉗打到到某個(gè)位置，例如：大口，閉合，小口（異響應(yīng)在小口位置發(fā)生），在軟件Monitor中找到Pos11，檢查Pos11對應(yīng)的數(shù)值（變化量允許范圍：+/-10），如果發(fā)生異響，Pos11對應(yīng)數(shù)值的變化量超過允許范圍，那么說明伺服盒發(fā)生故障，建議更換伺服盒。

3、伺服氣缸故障

（1）伺服氣缸故障可以通過機(jī)器人操作面板查看報(bào)警信號：位置傳感器、后腔壓力傳感器、前腔壓力傳感器、傳感機(jī)構(gòu)整體故障。

（2）機(jī)器人在工作時(shí)等待大口或者小口信號時(shí)，連接軟件查看Monitor中，Pos10值是否跳動過大，如果跳動過大，說明伺服氣缸中的位置傳感器或者行程測量系統(tǒng)錯(cuò)誤，需要更換伺服氣缸。

六、結(jié)論

1、氣動伺服系統(tǒng)對焊鉗開口大小的精確控制，可以一把同樣的焊鉗在伺服系統(tǒng)的控制下比普通的焊鉗更靈活，可以進(jìn)行比較復(fù)雜工件的焊接，擴(kuò)大焊鉗的使用效率;

2、氣動伺服系統(tǒng)對焊鉗壓力的控制精確，不論是兩層板還是三層板，或者是高強(qiáng)鋼板，都能夠準(zhǔn)確的給出壓力，提高焊接質(zhì)量。

3、氣動伺服系統(tǒng)對焊鉗運(yùn)動速度的調(diào)控，可以成為我們提高工位節(jié)拍的有效方法;它的“板材厚度”可以讓焊鉗從小口到夾緊高速運(yùn)動中，達(dá)到“板材厚度”設(shè)定值后，自動的減速，防止電極與工件碰撞過大。

4、由于氣動伺服焊鉗是非常精密的設(shè)備，在使用的過程中，容易發(fā)現(xiàn)故障，我們?nèi)娴姆治鰵鈩铀欧搞Q故障產(chǎn)生的原因和處理方式，可以使我們能夠快速有效的處理問題。

參考文獻(xiàn)

[1] ?IntegrationServo-Pneumatic spotwelding gun

[2] ?Norgren ?Fehleranalyse Servobox

[3] ?USER profile