黄师
摘 要：随着工业的迅速发展，现代汽车工业规模越来越大，汽车车型的多样化且更新换代快，每个车型零件需要对应一种特定的焊具配套生产。目前的机器人配套焊具进行焊接工作时，焊具都是长期固定在同一位置，机器人运行同一程序对与之匹配的焊具上的零件进行定点焊接，每次需要更换新的车型产品，则需要更换相应的焊具，拆装非常不方便，这一环节不仅耗时久，且需要专业的技术人员进行调试切换，极大影响了工业机器人生产的流畅性。设计研究工业机器人智能速换装备机构，加快研究柔性化智能速换装备技术，满足工业机器在汽车零部件柔性化、定制化高效发展是必然需求。
关键词：工业机器人;柔性化生产;智能速换;焊具
1 焊具设备系统组成
焊具设备系统主要由电磁阀、PLC从站控制箱、气源干燥处理器、焊具推入到位定位机构、焊具进出导向机构五大部分组成。
电磁阀被PLC从站控制，当启动升降按钮时，负责给举升气缸通气和断气的元件。PLC从站控制箱负责控制快换座的本身的动作，负责与机器人进行通讯，负责收集焊具上的检测信号，负责识别不同种类的焊具上。气源干燥处理器负责气源干燥，气源给油功能，保护气缸实行元件。焊具推入到位定位机构对每套不同的焊具推入时进行到位限制，使得焊具快速更精准的对准举升机构。焊具进出导向机构使焊具能够快速准确的推入与推速换装置。
2 工业机器人智能速换装备研究
长期的工作积累中，总结出了一些经验并设计了工业机器人智能速换焊具模块及自动焊接设备。已申请发明专利：一种工业机器人智能速换焊具模块及自动焊接系统（201911048105.3）。本设计是通过在焊具底座的底部安装滚轮，便于将焊具底座移动至两固定座之间的间隙内，同时在移动的过程中，可以通过限位块进行限位，以便快速将焊具底座移动至设定的位置进行安装，通过第一驱动装置驱动两固定座上的支撐柱分别与焊具底座两侧的固定板上的固定孔插接配合，从而对焊具底座水平方向上的位移进行限位，同时支撑柱能够对焊具底座进行举升，使得焊具底座的底端脱离地面，通过控制举升的高度，即可使得焊具底座的每次安装的高度保持一致，提高了安装精度，在举升至设定的高度后，通过第二驱动装置驱动支撑块与支撑柱配合，从而对支撑柱进行支撑，使得第一驱动装置无需持续对支撑柱提供动力也能保持对焊具底座的。
焊具定位举升机构把焊具推入到位后，启动气缸举升时，定位锥形凸台机构快速插入焊具上的凹台机构，然后将焊具进行举升。上下高度卡位机构工作，由卡位气缸驱动，PLC进行控制，当举升气缸举升焊具到最高点时，检测到型号反馈给PLC控制系统，控制系统启动卡位气缸进行动作，将卡位机构推出到举升机构底部，然后举升气缸泄气，焊具落在具有一定高度的高度卡位块上。因地面不平，焊具轮子有磨损的情况，统一对焊具进行举升，让焊具在高度方向每次产品切换时高度保值一致。
3 焊具自动识别报警系统及方法的研究
焊具自动识别系统基于速换航插与控制系统IP地址，应用PLC主从站原理，实现快速识别已切入焊具的类型问题，并实现快速自动调用工业机器人对应程序进行工作，实现生产线预调试，免除调试工作，提高效率。系统内编辑好对应程序;人工推入焊具时，系统快速识别夹具，通过控制系统IP地址，应用PLC主从站原理，实现快速识别零件类型，快速自动调用工业机器人对应程序进行工作的功能。且具有检测防错防漏功能，配合焊接焊具，通过控制系统，检测汽车零件放置到焊具上时，是否有错漏，有则进行报警处理。除了控制自身的切换功能动作，更具备识别焊具类型，检测焊具上各信号的状态，把信息汇总后，跟工业机器人进行通讯，告诉主控系统要调用对应程序进行对应焊具的焊接工作。
焊具气缸检测感应器1与零件防错漏检测感应器2，通过速换航插反馈信号给焊具信号盒子3。快速切换装置控制系统4，通过快速切换航插获取焊具IP信号盒子3所收集的信号并识别焊具特设的唯一IP地址。快速切换装置控制系统4，通过电磁阀与气缸具备控制将焊具定位举升功能。快速切换装置控制系统4，将识别的焊具IP信号与焊具上检测信号的状态，通过网线的形式反馈到机器人主站控制系统7。机器人主站控制系统7，接受其他机器人配套设备系统6与快速切换装置控制系统4反馈的信号后，并自动匹配预先设好的对应的程序。切换步骤完成，启动按钮，工业机器人8进行工作。
4 高效智能速换装备的应用效果
工业机器人智能速换焊具模块及自动焊接设备，可实现对焊具拆装具有导向功能，便于焊具底座的拆装更换。约10分钟使夹具快速移动到指定位置，约5分钟内快速切换焊具电路与气路的功能，更换后的夹具重复定位精度可达±0.8mm，约5分内自动识别焊具类型并自动调用对应程序的功能，并兼容国内外至少约6种以上品牌机器人系统的连接使用，而且还具备焊具的防错漏检测信号收集与反馈与焊具状态的信号收集与反馈。
此系统已应用到生产中，可大幅度节省更换焊具的时间，提高生产效率，将更换焊具工作的复杂性简单化，降低对专业人才的依赖性，由特殊工种转为普通工种，大幅减少人工成本，并且降低对进口高端机器人的依赖，促进国产机器人的应用推广，降低设备投入开支，提高产品生产的合格率，同时确保机器人运行时的安全性，防止撞枪事故，同时解决了所投工业机器人在配合焊具使用时的单一性，提高设备的利用价值，实现工业机器人的柔性化生产，适应多变化市场生产需求。
5 结束语
随着现代社会汽车产业的快速发展，汽车产量和品种迅速增加，柔性化机器人焊接夹具将得到越来越广泛的应用。只有进一步提高工业机器人焊接夹具的设计水平，才能使设备能更好的服务用户，服务社会，满足现在化汽车制造业的特性化、定制化需求，与汽车行业的飞速发展同步前进。本文主要研究智能速换装备控制系统，解决现场主要关键设备如主站PLC、工业机器人与智能速换装备系统信号互相互通的问题，实现系统通用性，降低对进口高端设备的配置要求，可提高调试效率促进国产机器人的应用推广，降低设备投入成本开支。对工业机器人在汽车零部件生产的焊具高效智能速换装备开发与应用有一定参考价值。
参考文献：
[1]戴琦.多功能智能机器人系统在汽车零部件焊接线上的应用[J].金属加工：热加工，2012.
[2]乔宇，宋明安.工业机器人带来改革：机器人在机加工领域的发展现状及前景[J].现代制造，2016（08）：10-11.
[3]梁伟军.基于工业机器人的自动点焊系统构建[J].机电工程技术，2017，046（008）：91-94.
