隨著汽車工業(yè)日益進(jìn)步，為提高汽車品質(zhì)，降低汽車生產(chǎn)成本，各大汽車生產(chǎn)商尋求更好的加工手段及制造生產(chǎn)工藝，以降低成本，節(jié)能增效。目前，傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊方式已逐漸被現(xiàn)代化的激光焊接取代， 其越來(lái)越多地被應(yīng)用于汽車白車身焊接生產(chǎn)工藝中。本文結(jié)合某汽車項(xiàng)目實(shí)例，對(duì)白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)展開(kāi)設(shè)計(jì)分析。

1 汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)主要由自動(dòng)化控制柜、機(jī)器人電柜、穩(wěn)壓電源及機(jī)器人本體、除塵器、焊接頭總成、光纖、光源、水冷機(jī)、激光防護(hù)房等模塊構(gòu)成 [1]。

其中，自動(dòng)化控制柜又包括觸摸屏控制系統(tǒng)與 PLC 控制器，其主要用于控制系統(tǒng)除塵器、通道門、工裝夾具、 防護(hù)房及焊接頭等外圍設(shè)備，使它們按照相關(guān)控制時(shí)序完成操作。機(jī)器人電柜與自動(dòng)化控制柜聯(lián)動(dòng)實(shí)時(shí)通訊，以對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行運(yùn)行控制。穩(wěn)壓電源主要為激光焊接設(shè)備提供配電保護(hù)裝置與穩(wěn)定動(dòng)力電源。送絲機(jī)和機(jī)器人本體分別為焊接提供填充填料及負(fù)責(zé)焊接工藝參數(shù)的調(diào)用、焊接移動(dòng)，以此提高焊縫質(zhì)量。而除塵器能夠及時(shí)過(guò)濾并清除有害煙霧，工裝夾具主要確保車身精度以及對(duì)焊接車身進(jìn)行準(zhǔn)確定位。焊接頭總成集焊縫跟蹤、激光焊接、車身識(shí)別等功能為一體；光纖及光源可為激光焊接提供穩(wěn)定激光能量。水冷機(jī)能夠?yàn)楣饫w和焊接頭、激光器等提供恒溫循環(huán)水，激光防護(hù)房為激光焊接人員提供了一個(gè)安全操作環(huán)境。

2 汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)安全及網(wǎng)絡(luò)

結(jié)構(gòu)

2.1 硬件回路

系統(tǒng)硬件安全回路主要包括激光、維修門及急停回路 等，通過(guò)硬件線路串連，使維修門與急停安全回路串連接入 安全 PLC 輸入接口。 通過(guò)硬件線路使激光安全回路分別連入激光器與機(jī)器 人安全回路。

2.2 軟件安全

安全信號(hào)主要通過(guò) PLC 安全程序以及硬件回路進(jìn)行連 接處理，以提高系統(tǒng)設(shè)備安全等級(jí)。

2.3 總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)外圍設(shè)備均通過(guò) PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)連接， 如遠(yuǎn)程站、送絲機(jī)、機(jī)器人、觸摸屏及 PLC 控制器、激光 器等，兩個(gè) PLC 的 CPU 主要通過(guò)總線耦合器進(jìn)行通訊隔離， 系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)連接機(jī)器人控制柜與焊縫跟蹤裝置。

3 汽車白車身激光焊接生產(chǎn)線自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能

分析

3.1 PLC 控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用兩套觸摸屏與 PLC 控制裝置為激光焊接提供控制操作系統(tǒng)，觸摸屏主要負(fù)責(zé)信息輸入與監(jiān)控，其實(shí)時(shí)與焊接頭、送絲機(jī)、光纖激光器、焊接機(jī)器人以及滾壓輪等進(jìn)行通信，同時(shí)還與光柵、通道門、安全門等安全設(shè)備進(jìn)行連接，通過(guò)與主線系統(tǒng)控制構(gòu)成結(jié)構(gòu)清晰、操作便捷以及性能安全的整條生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

3.2 設(shè)備工作與工藝模式

本系統(tǒng)主要有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作模式，其中手動(dòng)模式下可實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)操作，而自動(dòng)控制模式下，主要通過(guò)生產(chǎn)線自動(dòng)生產(chǎn)，分別在正常、空運(yùn)與排空三種模式下運(yùn)行。具體工藝控制模式包括兩種，一種是用于設(shè)備正常焊接的帶激光模式，另一種是用于設(shè)備調(diào)試及程序演示的不帶激光模式。

3.3 PLC 集成系統(tǒng)安全功能

帶安全功能的 PLC 集成系統(tǒng)其主要用于控制系統(tǒng)安全狀態(tài)，本系統(tǒng)均采用安全程序分別對(duì)維修門開(kāi)光信號(hào)、急停信號(hào)及光柵信號(hào)等進(jìn)行處理，其能夠用于故障檢測(cè)以及本地操作中斷后快速恢復(fù)生產(chǎn)。安全功能程序設(shè)計(jì)大大提高了系統(tǒng)安全設(shè)備等級(jí)，使激光器激光發(fā)射更為安全。

3.4 焊縫三維視覺(jué)系統(tǒng)

焊縫三維視覺(jué)系統(tǒng)能夠提高激光焊對(duì)車身的定位精度， 通過(guò)對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)處理，可借助機(jī)器人軌跡對(duì)車身精度進(jìn)行調(diào)整，只需將激光三維視覺(jué)系統(tǒng)安裝于第六軸上，即可進(jìn)行三維圖像處理，識(shí)別焊縫準(zhǔn)確幾何位置，同時(shí)還可通過(guò)總線將坐標(biāo)值傳輸給機(jī)器人進(jìn)行控制，機(jī)器人通過(guò)計(jì)算實(shí)際位置偏差，可自動(dòng)校正焊接運(yùn)動(dòng)軌跡，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫實(shí)時(shí)跟蹤。

3.5 車型識(shí)別系統(tǒng)

為了安全，車型識(shí)別系統(tǒng)能夠用于檢驗(yàn)和判斷主線給定的車型碼，由此可防止碰撞事故發(fā)生。系統(tǒng)在工作時(shí)主要通過(guò)激光測(cè)距，判斷不同車型信號(hào)，然后將其反饋給自動(dòng)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)判斷，若車型與車型碼一致，則按照對(duì)應(yīng)循環(huán)程序進(jìn)行焊接，若二者不一致，則返回原位跳出循環(huán)， 同時(shí)系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)等待操作人員干預(yù)。

3.6 維修門門禁系統(tǒng)

為保證設(shè)備可靠與穩(wěn)定，整個(gè)激光焊接都在密閉激光防護(hù)房中進(jìn)行，焊接過(guò)程中為防止維修門打開(kāi)中斷焊接過(guò)程， 系統(tǒng)采用電磁鎖門禁系統(tǒng)控制激光防護(hù)房外圍的操作盒，由此保證焊接操作人員安全。

3.7 通訊控制系統(tǒng)

系統(tǒng)自動(dòng)化控制與除塵系統(tǒng)、光纖控制系統(tǒng)均通過(guò)主控制柜 PLC 控制器和工藝控制柜 PLC 控制器工作，采用 PROFIBUSA 總線可將不同控制系統(tǒng)連接在一起，信號(hào)交換主要通過(guò)無(wú)源觸點(diǎn)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，電氣之間通過(guò) DP/DP 耦合 器隔離，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 [2]。在除塵控制中，系統(tǒng)采用高負(fù)壓真空吸附除塵，為降低設(shè)備投入成本，自動(dòng)化控制系統(tǒng)基于雙通道光纖控制方案，根據(jù)機(jī)器人焊接實(shí)際情況，分別對(duì)功率等參數(shù)、兩個(gè)光路進(jìn)行切換與控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所言，本文依次對(duì)系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備工作模式、工藝模式設(shè)置及帶安全功能的 PLC 集成系統(tǒng)、 車型識(shí)別系統(tǒng)、維修門門禁系統(tǒng)、焊縫跟蹤（三維視覺(jué)）系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動(dòng)除塵系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，以通過(guò)雙通道光纖控制及自動(dòng)化系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)汽車白車身激光焊接自動(dòng)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊晨 , 黃建根 , 壽顏波 , 蔣宇鵬 , 王志家 , 徐銳 . 薄板焊接自動(dòng)化技術(shù)研究 [J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì) ,2017(23):190-191.

[2] 耿澤中 , 王慶 . 羅克韋爾自動(dòng)化中型控制系統(tǒng)助力金剛石激光焊接 [J]. 自動(dòng)化博覽 ,2015(07):30-31