安居防盗门自动焊接机器人工作站设计与实现

员俊峰，易国春，许随馨，耿运祥，张红健

（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）

0 引言

防盗门框自动焊接机器人工作站是我所依据某企业客户安居防盗门设计制造和销售的需求，针对防盗门框研发设计的一套机器人焊接工作站。系统由两套滑台，四套夹具，三台焊接机器人和周边安全防护系统组成。采用主站+从站的控制架构，布线简单，扩展方便，整个系统可靠性更高、操作性更方便、布局的更灵活性，从技术上保证了焊接效率和产品质量。

1 系统构成

该工作站采用气动滑动工作台和机器人焊接系统将门框的镀锌薄板零件按照需方图纸要求进行焊接。焊缝位置如图1所示。

图1 焊缝位置

系统由两套滑台，四套夹具，三台焊接机器人和周边安全防护系统组成。系统布置中每个滑台上安装有两套夹具，一套夹具处于装卡位置时，另一套夹具处于焊接位置，这样可以在机器人焊接的同时进行装卡和卸下门框，从而提高了工作效率，缩短了机器人等待时间。系统布置图如图2所示。

焊接机器人由机器人本体，自动焊机，送丝机构组成，在机器人控制柜内集成了焊接控制板，可以实现机器人对焊机的完全控制，另外还配套有清枪剪丝系统，实现焊接过程中的自动清枪与剪丝，保证焊接质量。

每个夹具上有26个气缸协调控制完成门框的定位夹紧任务，上框时由手动按钮控制电磁阀完成相应气缸的夹紧与松开动作。焊接过程中和焊接完成时由PLC自动控制气缸的打开和关闭。夹具电气信号通过矩形插头集中引出，可以实现快速插拔与互换。

2 控制流程

该门框自动焊接系统采用S7系列314-2DP的PLC和5.7吋触摸屏，配用相应的I/O模块和模拟量输入模块，在PROFIBUS总线上配置远程模块2台，传感器若干，PLC与焊接机器人之间通过I/O交互，实现信号联锁，状态通知。

滑台采用变频电机+齿轮齿条的方式，通过西门子mm440变频器控制电机往复直线运动，电机加编码器，变频器配编码器信号接收模块，从而实现了精确的位置控制，也实现了滑台的平稳加减速。

I/O交互网络配置图如图3所示。

当夹具B装卡完毕后，按下“运行”按钮，当夹具A未处于焊接状态时，运行指示灯亮，夹具B运行到焊接位置，通知机器人开始焊接。当夹具A处于焊接状态时，夹具B进入等待状态，运行指示灯闪亮，当夹具A焊接完成后，夹具B自动运行到焊接位置。

图3 I/O交互网络配置图

当运行到焊接位置后，通知机器人开始焊接，因为门框有多种类型，每个夹具焊接的门框尺寸和材质都可能会不同，因此需要机器人调用不同的焊接程序来进行焊接任务，所以在机器人焊接开始之前，需要与PLC进行交互，通过每个夹具对应的门框号来选择相应的焊接程序，而门框号是由触摸屏上进行设置完成的，为了避免设置错误，夹具上还安装有拉线传感器，通过拉线传感器的反馈值与设置的门框数据进行比较，当设置错误时进行提示报警。而机器人的每一个焊接程序也按照相同的门框号来命名，并在机器人调用了焊接程序后首先要发送该门框号给PLC，当PLC确认该门框号和对应夹具上的门框号相同的时候再次发送允许焊接信号给机器人，机器人开始焊接，从而避免了错误。焊接完成后，另一侧装卡完成，滑台自动运行。

滑台的移动由变频器+变频电机+齿轮齿条组成，在滑台两端各装有一个限位开关，在起始端装有一个零位开关，在电机后端装有一个码盘,根据码盘的计数值决定滑台的当前位置。电机后面的编码器及驱动器与PLC构成一个简易的闭环控制系统。这样系统在工作的过程中可以实时的检测滑台的位置和运动方向，根据滑台在不同位置，实时调整滑台的运行速度，从来实现滑台的平稳运行和精确定位。

3 故障报警及处理

系统程序有完善的故障报警机制，当相应的动作与传感器不相符的时候就会发出报警信号，通知故障信息会在触摸屏上显示，方便维护人员及时找到问题原因，排除故障。

滑台A气缸定位出现故障：滑台A定位气缸通过两个磁性开关检测是否到位，当定位到作时3S之内没有检测到定位开关到位信号，则系统报警。

滑台A定位出现偏差故障的处理方法：

1）检查滑台A定位开关的安装是否松动，如果开关松动将其重新固定，再手动测试滑台A定位后定位开关都能检测到信号；

2）检查滑台A停止位置是否准确，如不准确，手动调整位置检测开关，重新调试到正确位置；

3）将所有设备回到原位。

滑台B气缸定位出现故障：滑台B定位气缸通过两个磁性开关检测是否到位，当定位到作时3S之内没有检测到定位开关到位信号，则系统报警。

滑台B定位出现偏差故障的处理方法：

1）检查滑台B定位开关的安装是否松动，如果开关松动将其重新固定，再手动测试滑台B定位后定位开关都能检测到信号；

2）检查滑台B停止位置是否准确，如不准确，手动调整位置检测开关，重新调试到正确位置；

3）将所有设备回到原位。

急停故障：在任何情况下拍下急停按钮后出现的紧急停止故障。

急停故障的处理方法：

1）查看滑台的状态，如果滑台在原位则无需操作滑台；如果滑台不在原位，请将滑台手动移动到原位；

2）将所有设备回到原位。急停按钮复位后，需要按下复位按钮，然后再按下启动按钮，系统才可以继续运行。

4 结束语

这个项目是工业机器人在防盗门行业门框自动焊接中的成功应用，该项目的成功实施，大大的提高了焊接效率和焊接质量，降低了工人的劳动强度，得到用户的一致好评。

[1]李汉.一种PLC控制系统的多参数设定装置[J].自动化仪表.2003(7)：21-22.

[2]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：重庆大学出版社,2001：102-106.

[3]刘鑫.工业控制计算机的设计技术[J].自动化博览,2001(6)：9-11.