焊接机器人简介及其应用

FANUC焊接机器人控制系统应用分析2014-09-09工业机器人培训焊接是工业生产中非常重要的加工方式，但由于焊接烟尘、弧光和金属飞溅的存在，焊接的工作环境非常恶劣。随着人工成本的逐步提升，以及人们对焊接质量的精益求精，焊接机器人得到了越来越广泛的应用。机器人运用的特点焊接机器人在高质、高效的焊接生产中发挥了极其重要的作用，其主要特点如下：1.性能稳定、焊接质量稳定，保证其均一性焊接参数（如焊接电流、电压、焊接速度及焊接干伸长度等）对焊接结果起决定性作用。人工焊接时，焊接速度、干伸长度等都是变化的，很难做到质量的均一性；采用机器人焊接，每条焊缝的焊接参数都是恒定的，焊缝质量受人为因素影响较小，降低了对工人操作技术的要求，焊接质量非常稳定。2.改善了工人的劳动条件采用机器人焊接后，工人只需要装卸工件，远离了焊接弧光、烟雾和飞溅等；点焊时，工人不再需要搬运笨重的手工焊钳，从大强度的体力劳动中解脱出来。3.提高劳动生产率机器人可一天24h连续生产，随着高速、高效焊接技术的应用，使用机器人焊接，效率提高得更加明显。4.产品周期明确，容易控制产品产量机器人的生产节拍是固定的，因此安排生产计划非常明确。5.缩短产品改型换代的周期，降低相应的设备投资机器人与专机的最大区别就是它可以通过修改程序以适应不同工件的生产，可实现小批量产品的焊接自动化。FANUC机器人控制系统1.概述FANUC机器人主要应用在奇瑞公司乘用车一厂和乘用车三厂的焊装车间中，是奇瑞公司最早引进的焊接机器人，也是最先用到具有附加轴的焊接机器人。M-10iA机器人弧焊应用如图1所示。其控制系统采用32位CPU控制，以提高机器人运动插补运算和坐标变换的运算速度；采用64位数字伺服驱动单元，同步控制6轴运动，运动精度大大提高，最多可控制21轴，进一步改善了机器人动态特性；支持离线编程技术，技术人员可通过离线编程软件设置参数，优化机器人运动程序；控制器内部结构相对集成化，这种集成方式具有结构简单、整机价格便宜且易维护保养等特点。其控制原理如图2所示。图2FANUC机器人控制原理2.内部结构分析控制器是机器人的核心部分，实现对机器人的动作操作、信号通信和状态监控等功能。下面以FANUCF-200iB为例，对其控制系统内部结构和各部分的功能进行分析：（1）电源供给单元变压器向电源分配单元输入230V交流电，通过该单元的系统电源分配功能对控制箱内部各工作板卡输出210V交流电及±15V、＋24V直流电。（2）安全保护回路由变压器直接向急停单元供电，并接入内部各控制板卡形成保护回路，对整个系统进行电路保护。（3）伺服放大器不仅提供伺服电动机驱动和抱闸电源，并且与绝对值编码器实现实时数据转换，与主控机间采用光纤传输数据，进行实时信号循环反馈。（4）输入/输出模块标配为ModuleA/B，另外也可通过在扩展槽安装Profibus板、过程控制板与PLC及外围设备进行通信。（5）主控单元整个控制系统的中枢部分，包括主板、CPU、FROM/SRAM组件及伺服卡，负责控制器内部及外围设备的信号处理和交换。（6）急停电路板用来对紧急停止系统、伺服放大器的电磁接触器以及预备充电进行控制。（7）示教器包括机器人编程在内的所有操作都能由该设备完成，控制器状态和数据都显示在示教盒的显示器上。故障案例分析FANUC机器人控制器断电检修后，对控制器送电，机器人报伺服故障，故障代码为SERVO-062。对此故障进行复位：按MENUS→SYSTEM→F1，[TYPE]→找master/cal→F3，RES_PCA→F4，YES后，机器人仍然报伺服故障。1.故障分析和检查故障代码SERVO-062的解释为SERVO2BZALalarm（Group:%dAxis:%d），故障可能原因分析如下：（1）机器人编码器上数据存储的电池无电或者已经损坏拆卸编码器脉冲数据存储的电池安装盒，电池盒内装有4节普通1.5V的1号干电池，对每节电池的电压进行测量，均在1.4V以下，电池电压明显偏低，于是更换新电池，再次对故障进行复位，机器人仍然报SERVO-062故障。（2）控制器内伺服放大器控制板坏检查伺服放大器LED“D7”上方的2个DC链路电压检测螺丝，确认DC链路电压。如果检测到的DC链路电压高于50V，就可判断伺服放大器控制板处于异常状态。实际检测发现DC链路电压低于50V，所以初步判断伺服放大器控制板处于正常状态。进一步对伺服放大器控制板上P5V、P3.3V、SVEMG和OPEN的LED颜色进行观察，确认电源电压输出正常，没有外部紧急停止信号输入，与机器人主板通信也正常，排除伺服放大器控制板损坏。（3）线路损坏对机器人控制器与机器人本体的外部电缆连线RM1、RP1进行检查，RM1为机器人伺服电机电源、抱闸控制线，RP1为机器人伺服电机编码器信号以及控制电源线路、末端执行器线路和编码器上数据存储的电池线路等线路。拔掉插头RP1，对端子5、6和18用万用表测量＋5V、＋24V控制电源均正常；接下来对编码器上数据存储的电池线路进行检查。机器人每个轴的伺服电机脉冲编码器控制端由1～10个端子组成，端子8、9和10为＋5V电源，端子4、7为数据保持电池电源，端子5、6为反馈信号，端子3为接地，端子1、2空。拔掉M1电机的脉冲控制插头M1P，万用表测量端子4、7，电压为0；同样的方法检查M2～M7电动机全部为0，由此可以判断编码器上数据存储的电池线路损坏。顺着线路，发现正负电源双绞线的一端插头长期埋在积水中，线路已腐蚀严重。2.故障处理更换线路后复位，对机器人进行全轴零点复归“ZEROPOSITIONMASTER”，导入备份程序后恢复正常，故障排除。结语FANUC作为日系机器人的主要品牌之一，其在控制原理上与其他品牌机器人大致相同，但其控制部分组成结构有着自己的风格，体现了亚洲人的使用习惯，比较适合国内使用。我国焊接机器人技术的研究应用虽然较晚，但借鉴了国外的成熟技术，发展非常迅速。2009年我公司与哈尔滨工业大学合作开发的奇哈机器人诞生，我们看到了企业与科研单位合作的力量，认为应用型企业参与设备的研究是个很好决策。当然，焊接机器人是个机电一体化的高技术产品，单靠企业的自身能力是不够的，需要政府为机器人生产企业及使用国产机器人系统的企业提供一定的政策和资金支持，加速我国国产机器人的发展。焊接机器人的行业应用2014-09-09工业机器人培训焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人，它主要包括机器人和焊接设备两部分。其中，机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成；而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人，还应配有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。1、点焊机器人的特点由于采用了一体化焊钳，焊接变压器装在焊钳后面，所以点焊机器人的变压器必须尽量小型化。对于容量较小的变压器可以用50Hz工频交流，而对于容量较大的变压器，工业上已经开始采用逆变技术把50Hz工频交流变为600～700Hz交流，使变压器的体积减少、减轻。变压后可以直接用600～700Hz交流电焊接，也可以再进行二次整流，用直流电焊接，焊接参数由定时器调节。目前，新型定时器已经微机化，因此机器人控制柜可以直接控制定时器，无需另配接口。点焊机器人的焊钳，用电伺服点焊钳，焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动，码盘反馈，使焊钳的张开度可以根据实际需要任意选定并预置，而且电极间的压紧力也可以无级调节。电伺服点焊钳具有如下优点：（1）每个焊点的焊接周期可大幅度降低，因为焊钳的张开程度是由机器人精确控制的，机器人在点与点之间的移动过程，焊钳就可以开始闭合；而焊完一点后，焊钳一边张开，机器人就可以一边位移，不必等机器人到位后，焊钳才闭合或焊钳完全张开后机器人再移动。（2）焊钳张开度可以根据工件的情况任意调整，只要不发生碰撞或干涉，可尽可能减少张开度，以节省焊钳开度，节省焊钳开合所占的时间。（3）焊钳闭合加压时，不仅压力大小可以调节，而且在闭合时两电极是轻轻闭合，可减少撞击变形和噪声。2、弧焊机器人的特点弧焊机器人多采用气体保护焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲或非脉冲式等的焊接电源都可以装到机器人上作电弧焊。由于机器人控制柜采用数字控制，而焊接电源多为模拟控制，所以需要在焊接电源与控制柜之间加一个接口。近年来，国外机器人生产厂都有自己特定的配套焊接设备，在这些焊接设备内已经插入相应的接口板，所以弧焊机器人系统中并没有附加接口箱。应该指出的是，在弧焊机器人工作周期中，电弧时间所占的比例较大，因此在选择焊接电源时，一般应按持续率100％来确定电源的容量。送丝机构可以装在机器人的上臂上，也可以放在机器人之外，前者焊枪到送丝机之间的软管较短，有利于保持送丝的稳定性，而后者软管校长，当机器人把焊枪送到某些位置，使软管处于多弯曲状态，会严重影响送丝的质量，所以送丝机的安装方式一定要考虑保证送丝稳定性的问题。3、焊接机器人应用中存在的问题和解决措施（1)出现焊偏问题：可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时，要考虑TCP(焊枪中心点位置)是否准确，并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下机器人各轴的零位置，重新校零予以修正。（2)出现咬边问题：可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对，可适当调整。（3)出现气孔问题：可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥，进行相应的调整就可以处理。（4)飞溅过多问题：可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长，可适当调整机器功率的大小来改变焊接参数，调节气体配比仪来调整混合气体比例，调整焊枪与工件的相对位置。（5)焊缝结尾处冷却后形成一弧坑问题：可编程时在工作步中添加埋弧坑功能，可以将其填满。4、在焊接过程中，机器人系统常见的故障（1)发生撞枪：可能是由于工件组装发生偏差或焊枪的TCP不准确，可检查装配情况或修正焊枪TCP。（2)出现电弧故障，不能引弧：可能是由于焊丝没有接触到工件或工艺参数太小，可手动送丝，调整焊枪与焊缝的距离，或者适当调节工艺参数。（3)保护气监控报警：冷却水或保护气供给存有故障，检查冷却水或保护气管路。5.焊接机器人的编程技巧（1)选择合理的焊接顺序，以减小焊接变形、焊枪行走路径长度来制定焊接顺序。（2)焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑、安全。（3)优化焊接参数，为了获得最佳的焊接参数，制作工作试件进行焊接试验和工艺评定。（4)采用合理的变位机位置、焊枪姿态、焊枪相对接头的位置。工件在变位机上固定之后，若焊缝不是理想的位置与角度，就要求编程时不断调整变位机，使得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置。同时，要不断调整机器人各轴位置，合理地确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝伸出长度。工件的位置确定之后，焊枪相对接头的位置必须通过编程者的双眼观察，难度较大。这就要求编程者善于总结积累经验。（5)及时插入清枪程序，编写一定长度的焊接程序后，应及时插入清枪程序，可以防止焊接飞溅堵塞焊接喷嘴和导电嘴，保证焊枪的清洁，提高喷嘴的寿命，确保可靠引弧、减少焊接飞溅。（6)编制程序一般不能一步到位，要在机器人焊接过程中不断检验和修改程序，调整焊接参数及焊枪姿态等，才会形成一个好程序。结束语随着先进制造技术的发展，实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。目前，采用机器人焊接已成为焊接自动化技术现代化的主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点，受到了人们越来越多的重视。【材料课堂】材料科学基础—史上最全名词解释2014-09-09新材料在线1.晶体--原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。2.中间相--两组元A和B组成合金时，除了形成以A为基或以B为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。3.亚稳相--亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷