CN104999188A - 大型罐体机器人自动化焊接工作站及利用该装置焊接的方法 - Google Patents

大型罐体机器人自动化焊接工作站及利用该装置焊接的方法 Download PDF

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Abstract

大型罐体机器人自动化焊接工作站及利用该装置焊接的方法，包括焊接系统和PLC自动化控制系统，所述PLC自动化控制系统通过网络总线与焊接系统相连接，其特征在于：所述焊接系统包括滑轨、变位机和机架，所述机架套装在滑轨上，所述变位机位于两条滑轨的中心线上，所述机架上安装有六轴联动机器人，所述六轴联动机器人上固定有焊枪。PLC自动化控制系统通过驱动器来控制焊接系统能够的焊接路线。利用本发明的装置和方法，可实现焊接系统全自动化，焊缝更加光滑平整，且焊接精度高，其空间定位精确度可达0.1mm，焊接质量好，变形小，而且由于六轴联动机器人空间动作灵活自如，能使焊枪移动到罐体各个部位，可对各种焊缝形式进行焊接加工。

Description

大型罐体机器人自动化焊接工作站及利用该装置焊接的方法
技术领域
 本发明涉及汽车制造技术领域机械，具体涉及一种大型罐体机器人自动化焊接工作站。
本发明还涉及一种利用该大型罐体机器人自动化焊接工作站实现焊接的方法。
背景技术
在罐式汽车生产过程中，与罐式汽车相关的技术主要有生产技术、设计技术和测试技术，生产技术中罐体的焊接生产尤为重要，罐体焊接的质量，直接关系到整个工程质量、施工效率、施工成本、以及运行期间的安全可靠性和经济效益。在现有技术中，罐体焊接通常采用两种方式：①采用人工手工焊接，手工焊接具有以下缺点，焊接速度很慢，焊接效率低，焊接生产周期长，时间成本高，全部使用人工进行焊接生产，人力成本高，焊接过程对人具有危险性，焊接质量会随人的随意性无法保证。②采用罐体焊接专机，常用的罐体焊接专机主要有环焊缝自动焊接专机、纵焊缝自动焊接专机、环焊缝和纵焊缝自动焊接专机。环焊缝自动焊接专机与纵焊缝自动焊接专机虽然有较快的焊接速度，在一定程度上节约了时间成本，但其焊接加工的范围却仅限于单一的环焊缝或纵焊缝，自动化程度太低，焊接质量任然无法完全满足罐体焊接加工的需要；而环焊缝和纵焊缝自动焊接专机虽然同样拥有较快的焊接速度，且也能够同时完成环焊缝和纵焊缝自动焊接工作，但部分设备对罐体的长度有严格的限制，无法对部分大型罐体进行加工，其焊接范围也仅限于环焊缝和纵焊缝，对其他附件及角焊缝仍无法实现完全的自动化焊接，焊接不具备“柔性”无法根据焊缝的实际情况进行焊接加工，焊接质量也无法完全满足罐体焊接加工的需要，性价比不高。
发明内容
本发明的目的是克服现技术的缺陷和不足，提供一种焊接质量好、加工效率高和易于操作使用的大型罐体机器人自动化焊接工作站，同时还提供利用该大型罐体机器人自动化焊接工作站实现焊接的方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种大型罐体机器人自动化焊接工作站，包括焊接系统和PLC自动化控制系统，所述PLC自动化控制系统通过网络总线与焊接系统相连接，其特征在于：所述焊接系统包括滑轨、变位机和机架，所述机架套装在滑轨上，所述变位机位于两条滑轨的中心线上，所述机架上安装有六轴联动机器人，所述六轴联动机器人上固定有焊枪。
所述PLC自动化控制系统包括电源供给单元、ESC安全系统、伺服驱动器、RDC数模信号转换模块、工控机和KCP示教器。
所述伺服驱动器包括驱动器KSD01～KSD09，所述驱动器KSD01～KSD06通过电机电缆与六轴联动机器人的1～6轴伺服电机相连接，驱动器KSD07～KSD08分别与机架X 轴伺服电机和机架Z轴私服电机相连接，驱动器KSD09与变位机旋转轴伺服电机相连接。
所述焊枪上安装有激光跟踪装置。
一种利用大型罐体机器人自动化焊接工作站的焊接方法，该方法包括以下步骤：
1）将待焊接罐体固定在变位机上，并初始化PLC自动化控制系统，确认机器人各轴角度、零点是否正确；
2）预先设计好六轴联动机器人、机架、变位机运动的参考坐标系，并将焊枪移动到初始坐标点，使焊枪的定位精度小于0.2mm；
3）开始焊接，机架、变位机、焊枪在伺服电机的带动下按照事先设置好的运动轨迹动作，完成对罐体焊缝的焊接。
所述步骤3）中焊枪在焊接的过程中可根据激光跟踪装置的信息反馈规划焊接路径，实时调整焊接姿态。
所述步骤3）中所使用的焊接技术为CMT冷金属过渡焊接技术。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明采用先进的冷金属过渡焊接技术，通过六轴联动机器人来控制焊枪的移动，这样不仅使焊缝更加光滑平整，且焊接精度高，其空间定位精确度可达0.1mm，焊接质量好，变形小，而且由于六轴联动机器人空间动作灵活自如，能使焊枪移动到罐体各个部位，可对各种焊缝形式进行焊接加工。
2、本发明焊接过程一次性完成，中途无其他操作，在程序的控制下，可对罐体的纵焊缝、环焊缝、角焊缝及其他附件一次性焊接完成。
3、本发明采用了领先的三线激光视觉跟踪技术，增强焊接单元对外部环境的适应能力，可根据焊缝实际情况规划焊接路径，实时调整焊接姿态，解决了罐体重复装夹出现焊缝偏差的问题。
4、本发明结构简单，设置合理，制作成本低，工作稳定性高，将机器人倒挂安装在横梁上，不仅减轻了机器人的负荷，也使机器人的运行动作更为自如，工作区域大，安全性好。
附图说明
图1是本发明中焊接系统的结构示意图。
图2是图1的主视图。
图3是图1中机架上装部分结构示意图（侧视图）。
图4是本发明控制系统的布线安装图。
图中：滑轨1，机架2，变位机3，六轴联动机器人4，焊枪5，激光跟踪装置6，导轨滑块7，立柱8，齿轮齿条传动系统9，爬梯10，横梁11，护栏12，Z轴滑台座13，机器人安装座14，机器人底座15，第一旋转轴16，第二旋转轴17，第三旋转轴18，第四旋转轴19，第五旋转轴20，第六旋转轴21，地轨22，变位机夹爪23。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1-图4，一种大型罐体机器人自动化焊接工作站，包括焊接系统和PLC自动化控制系统，所述PLC自动化控制系统通过网络总线与焊接系统相连接，所述焊接系统包括滑轨1、变位机3和机架2，所述滑轨1安装在地面基座上，滑轨1通过导轨滑块7与立柱8相连，同时，立柱8与滑轨1由齿轮齿条传动系统9实现传动，，实现立柱8在滑轨1上移动（机床X轴移动），在立柱8上安设有爬梯10，立柱8通过螺栓与横梁11相连，横梁11上安设有护栏12，横梁11侧面安装机床Z轴滑台座13，Z轴滑台座13通过导轨滑块系统与机器人安装座14相连，实现机床Z轴的上下移动，六轴联动机器人4通过机器人底座15与机器人安装座14相连，机器人底座15通过第一旋转轴16与机器人第一轴A相连，实现机器人的旋转，机器人第一轴A通过第二旋转轴17与机器人第二轴B相连，实现机器人上臂上下摆动，机器人第二轴B通过第三旋转轴18与机器人第三轴C相连，实现机器人下臂的上下摆动，机器人第三轴C通过第四旋转轴19与机器人第四轴D相连，实现机器人第四D轴绕机器人第三轴C的轴线方向旋转，机器人第四轴D通过第五旋转轴20与第五轴E相连，实现机器人第五轴E上下摆动，机器人第五轴E通过第六旋转轴21与机器人第六轴F相连，实现机器人第六轴F绕机器人第五轴E轴心方向旋转，机器人第六轴F前端安装焊枪5，实现机器人的焊接，焊枪5上安装有焊缝激光跟踪装置6，实现机器人焊接姿态的调整。在机床横梁正下方安装有装夹罐体的变位机3，变位机3安设在与地面基座相连的地轨22上，实现两变位机之间的距离调整，焊接罐体通过变位机夹爪23夹装在两变位机之间。
所述PLC自动化控制系统包括六大工作部分：
（1）电源供给单元：包括主电源和辅助电源，由变压器分别向主、辅电源输出240V交流电，经过变压，辅助电源向工控机、安全模块、电机制动、电池等模块提供27V直流电，主电源向各伺服驱动器提供600V电压。
（2）ESC安全系统：由主电源直接向ESC卡提供27V直流电，并与工控机、示教器及外围设备连接，对整个系统进行电路保护。
（3）伺服驱动器（KSD）：与工控机间采用INTERBUS总线方式通讯，包括驱动器KSD01～KSD09，所述驱动器KSD01～KSD06通过电机电缆与六轴联动机器人4的1～6轴伺服电机相连接，实时控制六轴联动机器人4上的6轴运动，驱动器KSD07～KSD08分别与机架X 轴伺服电机和机架Z轴私服电机相连接，用来控制机架2及机器人安装座14的运动，驱动器KSD09与变位机旋转轴伺服电机相连接，用来控制变位机3旋转轴的转动角度。
（4）RDC数模信号转换模块：由旋转变压器将位置及温度信号反馈给RDC，进行数模转换后传输到工控机内DSE-IBS卡，数据处理后通过主电源，控制各驱动器对伺服电机进行驱动。
（5）工控机：整个控制系统的中枢部分，负责与主电源、安全回路、RDC及外围设备进行信号交换和处理，除标准配置外，还包括MFC卡（控制安全回路，非可屏蔽性中断）和DSE-IBS卡（与RDC串口通讯，输出到KSD，实现双环控制）。
（6）KCP示教器：机器人示教编程，变量、参数设置工具，负责所有人机交互操作。
利用大型罐体机器人自动化焊接工作站实现焊接的方法包括以下步骤：
1）将待焊接罐体固定在变位机上，并初始化PLC自动化控制系统，确认机器人各轴角度、零点是否正确；
2）预先设计好六轴联动机器人、机架、变位机运动的参考坐标系，并将焊枪移动到初始坐标点，使焊枪的定位精度小于0.2mm；
3）采用CMT冷金属过渡焊接技术开始焊接，驱动器KSD01～KSD06控制六轴联动机器人4上1～6轴的运动轨迹，驱动器KSD07～KSD08控制机架2及机器人安装座14的运动轨迹，驱动器KSD09控制变位机3的运动轨迹，焊枪在焊接的过程中可根据激光跟踪装置的信息反馈规划焊接路径，实时调整焊接姿态，完成对罐体焊缝的焊接。

Claims (7)

1.一种大型罐体机器人自动化焊接工作站，包括焊接系统和PLC自动化控制系统，所述PLC自动化控制系统通过网络总线与焊接系统相连接，其特征在于：所述焊接系统包括滑轨、变位机和机架，所述机架套装在滑轨上，所述变位机位于两条滑轨的中心线上，所述机架上安装有六轴联动机器人，所述六轴联动机器人上固定有焊枪。
2.根据权利要求1所述的大型罐体机器人自动化焊接工作站，其特征在于：所述PLC自动化控制系统包括电源供给单元、ESC安全系统、伺服驱动器、RDC数模信号转换模块、工控机和KCP示教器。
3.根据权利要求2所述的大型罐体机器人自动化焊接工作站，其特征在于：所述伺服驱动器包括驱动器KSD01～KSD09，所述驱动器KSD01～KSD06通过电机电缆与六轴联动机器人的1～6轴伺服电机相连接，驱动器KSD07～KSD08分别与机架X 轴伺服电机和机架Z轴私服电机相连接，驱动器KSD09与变位机旋转轴伺服电机相连接。
4.根据权利要求1所述的大型罐体机器人自动化焊接工作站，其特征在于：所述焊枪上安装有激光跟踪装置。
5.一种利用权利要求1所述的大型罐体机器人自动化焊接工作站的焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）将待焊接罐体固定在变位机上，并初始化PLC自动化控制系统，确认机器人各轴角度、零点是否正确；
2）预先设计好六轴联动机器人、机架、变位机运动的参考坐标系，并将焊枪移动到初始坐标点，使焊枪的定位精度小于0.2mm；
3）开始焊接，机架、变位机、焊枪在伺服电机的带动下按照事先设置好的运动轨迹动作，完成对罐体焊缝的焊接。
6.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤3）中焊枪在焊接的过程中可根据激光跟踪装置的信息反馈规划焊接路径，实时调整焊接姿态。
7.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤3）中所使用的焊接技术为CMT冷金属过渡焊接技术。
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