ABB机器人弧焊系统的研究与分析

摘要：本文主要介绍ABB机器人焊接系统控制原理，及其在汽车车身焊接中的应用分析，同时介绍其硬件配置和软件设计。本系统采用ABB公司机器人最新IRC5及两台机器人外部轴变位机，实现了机器人和其自身紧密、柔性、快速配合，极大的提高生产效率。同时IRC5集成对弧焊站内的夹具的动作控制，大大减少设备资金的投入，提高弧焊系统的自动化程度和集成度。 关键词：ABB工业机器人；IGBT弧焊；DeviceNet总线； Analysis of the arc-welding system of ABB robort ZHOU Fang Wei ( Shaanxi heavy automobile co.,ltd Bodywork factory Xi’an 710043 ) Abstract: This thesis is mainly about the control principle of ABB robort weliding system ,the application analysis of weld for the automobile bodywork and the configure of hardware and software.The system is composed of the newest IRC5 controller and two exterior-axis shifts of ABB robort.It perfect performs the cooperation with itself tightnessly, flexibly and rapidly. According to this system ,the efficiency of production has gained huge advances. By the control of the action of clamp which using IRC5 controller on arc-welding station, the cost is cut down and the level of automatization and integration is advanced. Key words:ABB robort; IGBT arc-weld; DeviceNet bus unit; 1.引言 现代工业生产中机器人的引入，大大提高生产效率和解放劳动力，同时也体现了一个企业生产的现代化程度，提高了企业竞争力和企业形象。 本次分析针对陕西重汽车有限公司装焊车间9套机器人弧焊站其中之一展开分析，系统应用至今生产过2万根纵梁，生产节拍为5min，故障率低，维护成本低。ABB机器人弧焊系统由机器人本体、IRC5机器人、Panasonic YM-500GR3HGE IGBT焊机(全数字化逆变焊机)、两套焊接夹具、两台落地式变位机、一套全自动清枪系统组成，现实了自动化生产。弧焊系统会产生大量烟尘和弧光，安全防护装置采用封闭形式，在需要观察部位安有深色有机玻璃窗，方便观看焊接中的弧光。安全栏顶部设计留有除尘接口，向外可及时排出有害气体，保证操作人的安全。两套焊接夹具，采用独立式装下件，左右两边夹具互不影响，中间有变频式上下幕布遮挡，保证加工人在装下件时不会受到弧光及运动机器人的伤害。 2. 系统总体结构分析 本系统采用ABB IRB1400型 6轴机器人，理论上可到达它工作半径的任何位置，定位精度可以达到0.02mm；弧焊机为松下全新字化逆变焊接，飞溅少、焊接质量可靠，可储存128套焊接规范，满足各种不同板材焊接，使焊接更加细化。两套夹具采用独立式上下件，大大提高生产效率。两台落地式变位机，满足纵梁各部位焊接。系统总体布局如图1 3．系统具体设计 3．1 系统硬件配置 此系统采用封闭式工作站，由5部分组成：机器人本体、IRC5机器人、IGBT焊接、两套气动式焊接夹具、两台变位机。 硬件配置如图2设备配置清单图。 序号 数量 设备名称 内容描述 备注 1 1 机器人及 IRB1400机器人本体, IRC5；配一块16入/16出模拟/数字混合式IO板，一块以太网卡，ArcWare弧焊软件包 中国ABB 2 1 机器人焊接系统 Panasonic YM-500GR3HGE 500A系列 电源、送丝机构 系列 电源、送丝机构 Panasonic 3 1 焊枪 A500 德国Binzel 4 1 清枪器 BRS-LC 德国Binzel 5 1 落地式变位机 IRB500L 中国ABB 6 2 左右纵梁总成焊接夹具 三个用于焊接左纵梁总成、三个用于焊接右纵梁总成，气动元件SMC或FESTO。 中国ABB 7 1 挡光装置 气动摆动防火布，用于防止操作者在工作中被弧光照射， 中国ABB 8 2 操作台 用于工人操作. 中国ABB 9 1 机器人连接底座 将机器人和落地式变位机等连接成整体 中国ABB 10 1 电缆桥架 工作站内走线进行屏蔽与防护(确保整个桥架的外观规则). 中国ABB 11 1 安全房 机器人防护并保证操作人员安全，安全房两个操作开口内侧设手工拉帘(门两侧装有三对光电开关)，安全房内设照明灯(照明度不小于300Lx);上部留有通风接口;安全房上设有观测窗. 中国ABB 图2 设备配置清单图 Figure 2 The schematic diagram of equipment’structure 图3 系统原理图 Figure 3 The schematic diagram of system （1） 机器人：采用ABB1400 M2004，在机器人第6轴上安装焊枪，并且定义焊枪导电嘴为机器人移动的TCP点（Tool Center Position 工具中心点），TCP点可到达机器人工作半径内的任何位置。机器人有3种运动方式，各轴单独运动、TCP点直线运动、机器人姿态运动（TCP点位置不变，机器人各轴围绕TCP点转动），根据机器地坐标，手动操作到达目标位置，在移动过程中，由于空间狭小，可采用姿态运动来躲开工件。 （2） IRC5：为控制核心原件，包括控制系统、驱动系统、电源系统、主要部件。控制系统控制运动与通信输入输出、 （3） IGBT焊接：采用标准的YD500HG3焊机，其主要的控制信号5个输出信号：焊机开关信号（Do_Weld）,送气信号（Do_Gas）,手动送丝信号（Do_Feed）,焊接电流控制信号（Ao_Current）和焊接电压控制信号（Ao_Voltage）；1个输入信号：电弧建立信号（Di_ArcE）。在自动焊接系统中，只需要在机器人的PROC中配置个5各焊接参数：Do_Weld、Do_Gas、Ao_Current、Ao_Voltage、Di_ArcE；机器人根据设置的不同焊接参数对Ao_Current和Ao_Voltage两个模拟信号的控制，来达到对焊接电流和电压的控制。 （4） 两套气动式焊接夹具：左右两边各一套，采用支持DeviceNet现场总线的输入输出板（DSQ652）对电磁阀进行控制。DeviceNet总线为工业用现场总路线，可靠性好、抗干扰能力强、稳定性高、极大减少现场布线等优点，广泛应用于工业通信中。其中首先设置DSQ652（16DI/16DO）板子的地址，地址采用8421编码，根据实际地址设置好中的虚拟地址，使其一一对应起来，地址不能重复。 3．2控制系统软件设计 首先工人手工安装工件，装好以后，夹具中有工件型号检测装置，机器人根据不同型号工件进行，选择不同焊接程序，实现了自动检测、自动焊接，使机器人与外部设备紧密结合。其中在焊接过程中，变位机不断的依据程序中设置的位置使焊接姿态达到最佳，程序流程如图4 开始 初始化 车型检测 Case=? N Y Case=1短车型焊接程序 Case=2中长车型焊接程序 Case=3长车型焊接程序 结束 返回 4．结论 本文所阐述的机器人弧焊控制系统极大的提高了生产效率，保证焊接质量，至今已连续工作5年，生产纵梁3万余根，稳定性、可靠性高，带来了很大的经济效益。 参考文献： [1]ABB Robot User’guide[Z].ABB有限公司 [2]RAPID Language RAPID语言编程[Z] . ABB有限公司 [3]深入浅西门子S7-200PLC[M]。北京航空航天大学出版社