智能化自动焊接设备在工程机械制造中的应用

于龙飞 李森 周淑红

上海振华重工电气有限公司 上海浦东 201208

1 自动化焊接设备概述

智能化自动焊接设备是在传统焊接设备的基础上发展起来的，综合运用了各种高级传感元件，包括视觉、触觉等传感器，甚至引入了激光扫描元器件来保证自动化焊接精度。为提高焊接设备的自动化精度不仅仅配备了传统的数据库系统，而且引入了当前比较高级的专家系统，通过这两个系统能够实时检测焊接过程中的焊缝，根据实时检测的焊缝以及焊接轨迹来进行自动编程优化，编程结合相关焊接参数完成自动化焊接[1]。同时，为焊接完成之后的焊接质量检验等工作的进行需要生成记录文件保存到数据库中，以备查看。

项目介绍：

1.1 项目目的

焊接工作站主要以减人增效、提高焊接品质与稳定性、以及改善工人工作环境、促进产业智能转型等为目的，以智能化与人工（少量）相配合来完成工件外部焊缝的焊接为手段，完成工件的整体加工。

1.2 工件信息

此工作站主要完成5种规格的基架箱体工件外焊缝的自动焊接工作（不包括部件内部焊缝焊接），设计方案、优化工艺、规划布局等。由于工件较多，从此5种工件中选取工件1作为典型工件，进行研究。

2 自动化焊接设备在工程机械制造中介绍

2.1 主体应用

本工作站中的焊接机器人采用FANUC生产的M-20iA。主要有以下功能：电弧跟踪和实时跟踪：接触寻位、电弧跟踪、电弧重启功能、再生暂时停止自动恢复功能等

2.2 焊接电源的应用

本站采用FRONIUS TPS5000焊机是全数字化MIG/MAG焊机，采用数字信号处理器DSP微处理器来精确控制焊机的输出及反馈，及工作过程，其控制精确、可靠，焊接性能卓越。同时数字化技术使焊机成为软件的载体，随时可进行软件升级（包括新的焊接工艺，新的焊机功能），在不改变硬件的情况下保证焊机的先进性。

2.3 外部轴行走机构

本站采用独有的机器人滑台系统可以完全实现机器人焊接，机器人可以滑动4米。可满足不同焊接要求，及五种不同工件长度焊接的要求。其中，三个移载轴（X轴、Y轴和Z轴行走机构），均通过机器人外部轴电机进行驱动，采用齿轮齿条啮合进行传动，沿导轨平移，从而实现机器人移载机构沿X轴、Y轴方向的滑动，及沿Z轴方向的升降，定位与重复定位精度≤±0.1mm，便于焊接机器人在不同姿态间转换，完成五种不同工件的焊接要求，最大程度的实现焊接自动化。移动式滑轨重复定位精度：≦±0.1mm。要求采用国际一流品牌的伺服电机、减速机、直线导轨、齿轮齿条及轴承、电元件器等，并说明其品牌和型号。

2.4 焊接变位机和夹具

此项目中工件装夹位置根据工件的焊接顺序和焊接位置等确定，工件定位方式主要采用内撑形式，尺寸范围600～1200mm，夹具主要包括变位机上的双向电动夹紧装置、工件下面支撑块以及工件两侧起定位和压紧作用的旋转压紧装置等，具体结构需根据全部零件的图纸进行具体确定与设计[2]。

2.5 吸烟除尘设备

本站采用HERR880系列中央烟尘净化主机除了预过滤分离功能及滤筒竖放外，HISTec®ePTFE高效覆膜过滤筒与HiRoto®H型旋转反吹装置的组合使整个滤筒的过滤效率和使用寿命在处理焊接、切割等细微粉尘时得到的保障。HISTec®ePTFE高效覆膜滤材通过了德国IFA机构的认证。HiRoto®H型旋转反吹装置为HERR专利产品。880200小型中央净化器以其小巧的身形，平稳的风机被广泛应用在机械手焊接烟尘净化上。净化器可安装在与Y轴连接的托架上，随机械手Y轴一同移动。通过远程控制联动系统，机械手通过自动启闭开关来联动控制净化器的启闭。

3 自动化焊接设备在工程机械制造中具体应用

3.1 项目的整体控制思路如下

本系统plc控制系统作为主站，MES信息化、robot中央控制器、林肯焊接电源、激光跟踪器、CCD双目视觉作为从站组成双闭环控制系统。

3.2 PLC的介绍

PLC作为系统主站有两个作用，第一是连接各个设备硬件彼此间通信以及信息交互。第二是控制外部工装夹具的打开关闭。

3.3 MES系统的介绍

MWS是集生产调度、产品追踪、质量控制、生产调度、设备故障分析、网络报表为一体的信息化平台。

3.4 CCD焊接参数调整环

本系统使用MES信息化系统的主要目的，其一是通过上位机进行任务的下发；其二是产品质量显示和追踪。最重要的是通过CCD双目视觉反馈的焊接质量进行判断，在MES里调用之前的焊接参数发给plc,plc在发给机器人中央控制器，来实现自动修改焊接参数。焊接参数调整环的主要作用是自动修改焊接参数[3]。

3.5 激光追踪位置调节环

作为位置追踪的反馈元件，与其他行程位置调节环。主要作用根据实际情况调整工件个体位置差异，和摆放差异，并把差异反馈给机器人进行校正。

4 结语

自动化焊接设备目前已经在工程机械制造中得到了广泛应用，具有极高的应用价值。利用先进的自动化焊接机器人工作站，代替以往的人工焊接方式，可以明显提升焊接工作效率和焊接质量。针对自动化焊接设备现有的功能贯彻情况而言，在工程制造领域内仍旧具备行业深入条件，并且现有城市建设多元化的背景中仍旧需要采取更全面的适应条件才能够促进相应工程技术的有效贯彻，并满足后续实际工程机械加工需要，以完善研究体系的贯彻条件。