Mechanical Engineering and Design March 2014, Volume 3, Issue 1, PP.1-5
The Application Research for Welding Robot Applied in Delong Heavy Truck Weld Line Zhao Dong 1, Dayan Chen 2, Yimin Wang 3, Jiangsheng Wang 3 1. College of Materials Science and Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an:710065, China 2. Shaanxi Automobile Group Co, LTD, Xi’an, Shanxi, china 3. Northwest Industries Group Co. Ltd., ShanXi，Xi'an: 710043, China)
Abstract Welding robot has been used in Shaanxi Automobile Group welding production line for 5 years, and the practice shows that welding robot characterized by good weld quality, high production efficiency and high flexibility. This paper summarized the problems and experience existing in the application process on the basis of analysis and researches on welding robot in Shaanxi Automobile Group welding production line. Keywords: Welding Robot; Heavy Truck Weld Line; Application Research
焊接机器人在重卡装焊线上的应用研究 董昭 1，陈大艳 2，王义民 3，王讲生 3 1.西安石油大学 材料科学与工程学院，陕西 西安：710065； 2.陕西汽车集团有限公司，陕西 西安：710025； 3.西北工业集团有限公司，陕西 西安：710043） 要：焊接机器人应用于陕汽德龙重卡汽车焊接生产线上已有 5 年时间，实践表明焊接机器人具有焊缝质量好、生产
摘
效率高和高度灵活性的特点。在分析研究的基础上，对于应用过程中存在的问题及整改经验做了总结和归纳。 关键词: 焊接机器人；重卡装焊线；应用研究
引言 随着生产技术和经济规模的发展，重卡汽车市场竞争日益激烈，对焊接设备提出了更高的要求。陕汽德龙 重卡主焊线上应用焊接机器人焊接机器人已生产过 6 万余个驾驶室，具有焊接质量优良、生产效率高、柔性好、 故障率低，产品适应性好等特点。 针对陕汽德龙重卡主焊线上的焊接机器人应用进行分析，对于应用中存在的问题及经验进行了归纳总结。
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系统总体结构 陕汽德龙重卡驾驶室白车身有宽体、双排/排半、平顶/金属高顶/半高顶等多种车型，生产节拍 360s，要求
混流生产。主焊线采用手工作业工位和焊接机器人工作站相结合的半自动生产方式，适度实施自动化。在有添 加工件组装拼焊的工位采用手工作业方式，在驾驶室补焊工作站采用机器人进行作业，可以充分发挥焊接机器 人工作效率高，焊接质量稳定的特点。 根据生产任务的实际状况，并考虑到新车型的预留，驾驶室主焊线共有 13 个工位，工位间距 5000 mm， 其工艺平面布置示意图 1 所示。 其中，L1、L2 和 R1、R2 分别为九工位左右两侧的机器人，L3、R3 分别为十工位左右两侧的机器人，共 使用六台机器人。每个工位通过定位销对车身定位，第二、三、五、七工位配有气动焊接夹具系统。通过液压 -1www.ivypub.org/med
驱动往复式摆杆输送线和十三个工位完成对工件的输送、装夹、机器人点焊、人工点焊和人工弧焊等车身的全 部焊装工作。 各工位工序内容简介如下： 01 工位：地板总成通过地板自行葫芦转运线上线 02 工位：人工装配前围并点定（点焊和 CO2 弧焊） 03 工位：人工装配后围、仪表板支架并点定（点焊和 CO2 弧焊） 04 工位：人工预装侧围 05 工位：人工点固侧围（点焊） 06 工位：人工装配顶盖并点定，人工涂密封胶（点焊） 07 工位：人工点固左右侧围、后围及地板总成（点焊） 08 工位：预留工位 09 工位：点焊机器人 L1/ R1，L2/R2 补焊 10 工位：点焊机器人 L3/R3 补焊 11 工位：人工补焊（CO2 弧焊），风窗调整 12 工位：人工补焊（CO2 弧焊），焊接名牌 13 工位：通过自行葫芦吊运到调整线
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图 1 机器人焊接流水线布局
图 2 PLC 及其模块基板图
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2 系统模块 a) 电气控制系统 主焊线采用 PLC 作为整个控制系统的控制核心，完成网络控制层的控制任务，包括生产线的流程控制，输 送设备与机器人的协调运动控制，辅助设备的协调控制，可实现参数设定、系统编程、工作状态显示及故障报 警显示，PLC 及其模块基板图如图 2 所示。 PLC 采用三菱 Q02H 可编程控制器，通过 Profibus DP 总线与远程 I/O 模块互联。以本地 PLC 作为主站， 分别在夹具底座、工位操作箱设置从站，共有远程 I/O 从站 30 个。机器人和人机界面采用 PROFIBUS 通讯协 议，开关、电磁阀、按钮、指示灯、I/O 从站等全部采用现场总线，这样各个元器件的信号直接连接到附近的 PLC 从站，再通过总线传到 PLC 中处理。对于急停、防护门等安全设施的信号采用软硬结合的方式，不仅在 软件中做处理，还要进行硬件互锁，以免网络出错时引发机器及人身伤害。整条线通过触摸屏作为人机界面， 实时显示系统各部分状态及故障报警信息，使得整个系统操作简便、维护方便、可靠性高。
b) 点焊机器人系统 点焊机器人系统包括机器人本体、机器人控制器、点焊控制器、自动电极修磨器、气动点焊钳、水电气控 制和安全防护栏等。 选用瑞典 ABB IRB6600-175/2.55 M2004（IRC5 控制系统）共六台六轴关节式工业机器人。IRB6600 型工 业机器人自重 1.7 吨，重复定位精度 0.1 mm，控制器 IRC5 是 ABB 公司推出的第五代机器人控制器，采用模块 化设计，将各种功能进行逻辑分割，最大程度地降低了模块间的相互依赖性。IRC5 控制器由一个控制模块和 一个驱动模块组成，控制模块自带主计算机，采用开放式系统架构，配备基于商用 Intel 主板和处理器的工业 PC 机以及 PCI 总线，PCI 总线扩展槽中可安装几乎任何常见类型的现场总线板卡，控制模块还带有安全设备接 口卡。驱动模块均自带轴计算机和伺服驱动卡，轴计算机能够计算多达 9 个伺服轴的位置和速度。采用高度灵 活的 RAPID 语言编程。 选用南京小原(OBARA)公司的四套 X 型和两套 C 型工业机器人一体化气动焊钳，六套 BOSCH（博世） PST610E 紧凑型焊接控制器。这种一体化焊钳变压器体积小，结构简单，便于抓取。紧凑型焊接控制器拥有小 巧的外形和强大的功能，能通过恒流调整监控大大提高焊接精度。另外其电极焊接计数功能可以发送信号给机 器人去修模电极，当电极修模到一定次数时自动给出信号到机器人更换电极。电极修磨器选用德国 LUTZ 公司 的六套，型号：ATD-89V-A-380。 点焊机器人系统的控制方式是：由机器人控制柜通过通信网络同生产线 PLC 控制柜构成机器人焊接生产系 统。机器人系统内的点焊控制器、自动电极修磨机、水电气控制等装置由机器人控制。每台机器人都要经过零 位、电流和气压的标定后才能进行生产。把机器人控制器与焊接控制器的信号互联，由机器人产生焊钳大开、 小开及焊接的信号，这样机器人就可以自动完成焊接工作。机器人系统根据主控柜 PLC 的车型信号输入来调用 对应的机器人焊接程序进行驾驶室装配焊接。由于采用混线生产方式，在自动焊接前，各种不同车型的机器人 焊接轨迹是预先在手动工作方式时对焊接机器人进行示教得到的，再根据 PLC 的工作指令，运行相应的焊接子 程序。
c) PLC 与机器人的通信与协作 六台点焊机器人作为主控柜 PLC 的从站通过 Profibus DP 现场总线进行通信，在生产线体执行上升下降或 前进后退动作时，必需先检测机器人是否处于原位，从而避免白车身与机器人之间的碰撞。由于机器人控制器 的扫描周期与主 PLC 的扫描周期不相同，通信时采用握手信号来确保信号的正确传递，即当主 PLC 向机器人 控制器发出信号时，机器人控制器在读取到此信号后要将所读的信号再送回给主 PLC，主 PLC 在完成信号对 比判别后再给出下一步的工作指令；反之亦然。 -3www.ivypub.org/med
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焊接机器人应用中遇到的问题及解决方案
a) 机器人电缆磨损问题 虽然机器人厂家为机器人配备了耐磨的专业点焊电缆套件，将水、电、气集成为电缆包套件随机器人固定 好，由于机器人的运动速度很快，部分姿态电缆经过长期频繁的弯折后仍会出现软管套破裂，电缆线磨损等问 题。对于一体化焊钳，由于将电网动力电直接接到焊接变压器上，如果导线裸露，后果不堪设想。因此出现以 上问题时必须及时处理。对于磨损严重的，我们采取将整个电缆包套件更换修复后再做为储备件使用。从这个 问题可以看到，如果仿真工作做得不是很准确，会给后期使用带来很多麻烦。
b) 水、气路问题 点焊设备在工作中需要用循环水来冷却，用压缩空气驱动焊钳的张开、闭合，压缩空气和水的供应质量很 重要，必须先经过过滤，去除水中的杂质和空气中的尘埃颗粒，否则时间久了会发生堵塞或腐蚀，造成水压、 气压不足，影响产品的质量和焊钳的寿命。车间采用统一的循环水处理站和空气压缩站，经过一段时间的使用 出现机器人回水压力小，甚至堵塞，检查发现回水管路里含有杂质，对每台机器人进水管路处增加过滤装置后 解决了该问题。机器人底座配备的水电气输入模块自带有空气过滤器，气路运行良好。另外，在一台点焊机器 人带有两把焊钳的工作站出现过焊钳的电极帽脱落后仍然继续焊接，其原因为两把焊钳共用一个回水流量监测 装置，回水流量监测参数设置偏小，后来我们对该回水参数进行合理设置，从而避免了该类问题的再次发生。
c) 位置偏移后在线示教问题 对于示教再现型焊接机器人而言，如果在焊接时发生焊接位置偏移，必须停止机器人乃至整个生产线的工 作，进行机器人在线示教后再现运行，这个工作现在需要占用大量的生产时间。德龙装焊线正常生产后，随着 工艺零件的更改，现有的焊接位置和运行轨迹不能满足变化的需要，因此要重新在线示教。同样的一个变化会 带来若干车型的变化，因此重新在线示教的工作量很大，浪费时间，降低了工作效率。我们目前仍然没有有效 的办法解决该问题。
d) 机器人与其他设备或障碍物碰撞问题 在德龙重卡的装焊线上曾出现过机器人与机器人碰撞的事故，经过分析机器人的工作程序，发现机器人控 制系统在处理信号交换时，都采用外部 I/O 信号来交换彼此的工作状态。信号检测还只是以一个“点”的方式 测量，即在某一运动程序中，机器人的下一步工作是由确认某一个交换信号是否存在来决定，而不是在某一个 运动区域中持续检测其他设备或障碍物的状态，这样，一旦检测过程结束而机器人运动轨迹发生错误或信号交 换不正常时即会发生碰撞。如果能够在机器人控制系统中，引入后台处理方式来实时检测其他设备的工作状态， 以决定机器人是否应该继续在有可能干涉的区域内工作，碰撞问题即能得到有效的控制。
e) 机器人维护问题 目前，陕重汽装焊车间拥有焊接机器人共 39 台，其中点焊机器人 26 台、弧焊机器人 13 台，机器人上的 部件多属专用部件，须从国外进口，进口的机器人备件价格高昂，且采购周期长，给车间的正常生产造成了很 大的问题。该问题的解决一方面有赖于国内工业机器人技术的进步和机器人产品的市场化发展，另一方面也要 求国外提供机器人产品的企业加强售后服务工作。
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结论 焊接机器人在德龙重卡装焊线上的应用大大提高了产品的焊接质量和生产效率，降低了工人的劳动强度，
增加了企业的竞争活力。并且，在重卡线上采用手工作业预装和焊接机器人补焊相结合的半自动生产方式，适 度实施自动化，是根据单位在技术和资金方面综合考虑后的最佳方案。 -4www.ivypub.org/med
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【作者简介】 董昭（1989- ），男，陕西西安人，西安石油大学材料科学与工程学院，在读硕士研究生，主要研究方向：机械工程及材料； E-mail: 418126955@qq.com
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