焊接是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的加工方式，但由于焊接煙塵、弧光和金屬飛濺的存在，焊接的工作環(huán)境非常惡劣。隨著人工成本的逐步提升，以及人們對焊接質(zhì)量的精益求精，焊接機(jī)器人得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

　　機(jī)器人運(yùn)用的特點

　　焊接機(jī)器人在高質(zhì)、高效的焊接生產(chǎn)中發(fā)揮了極其重要的作用，其主要特點如下：

　　1.性能穩(wěn)定、焊接質(zhì)量穩(wěn)定，保證其均一性

　　焊接參數(shù)（如焊接電流、電壓、焊接速度及焊接干伸長度等）對焊接結(jié)果起決定性作用。人工焊接時，焊接速度、干伸長度等都是變化的，很難做到質(zhì)量的均一性；采用機(jī)器人焊接，每條焊縫的焊接參數(shù)都是恒定的，焊縫質(zhì)量受人為因素影響較小，降低了對工人操作技術(shù)的要求，焊接質(zhì)量非常穩(wěn)定。

　　2.改善了工人的勞動條件

　　采用機(jī)器人焊接后，工人只需要裝卸工件，遠(yuǎn)離了焊接弧光、煙霧和飛濺等；點焊時，工人不再需要搬運(yùn)笨重的手工焊鉗，從大強(qiáng)度的體力勞動中解脫出來。

　　3.提高勞動生產(chǎn)率

　　機(jī)器人可一天24h連續(xù)生產(chǎn)，隨著高速、高效焊接技術(shù)的應(yīng)用，使用機(jī)器人焊接，效率提高得更加明顯。

　　4.產(chǎn)品周期明確，容易控制產(chǎn)品產(chǎn)量

　　機(jī)器人的生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，因此安排生產(chǎn)計劃非常明確。

　　5.縮短產(chǎn)品改型換代的周期，降低相應(yīng)的設(shè)備投資

　　機(jī)器人與專機(jī)的最大區(qū)別就是它可以通過修改程序以適應(yīng)不同工件的生產(chǎn)，可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化。

FANUC機(jī)器人控制系統(tǒng)

　　1.概述

　　FANUC機(jī)器人主要應(yīng)用在奇瑞公司乘用車一廠和乘用車三廠的焊裝車間中，是奇瑞公司最早引進(jìn)的焊接機(jī)器人，也是最先用到具有附加軸的焊接機(jī)器人。M-10iA機(jī)器人弧焊應(yīng)用如圖1所示。其控制系統(tǒng)采用32位CPU控制，以提高機(jī)器人運(yùn)動插補(bǔ)運(yùn)算和坐標(biāo)變換的運(yùn)算速度；采用64位數(shù)字伺服驅(qū)動單元，同步控制6軸運(yùn)動，運(yùn)動精度大大提高，最多可控制21軸，進(jìn)一步改善了機(jī)器人動態(tài)特性；支持離線編程技術(shù)，技術(shù)人員可通過離線編程軟件設(shè)置參數(shù)，優(yōu)化機(jī)器人運(yùn)動程序；控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對集成化，這種集成方式具有結(jié)構(gòu)簡單、整機(jī)價格便宜且易維護(hù)保養(yǎng)等特點。其控制原理如圖2所示。

　　圖2 FANUC機(jī)器人控制原理

　　2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析

　　控制器是機(jī)器人的核心部分，實現(xiàn)對機(jī)器人的動作操作、信號通信和狀態(tài)監(jiān)控等功能。下面以FANUC F-200iB為例，對其控制系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各部分的功能進(jìn)行分析：

　?。?）電源供給單元 變壓器向電源分配單元輸入230V交流電，通過該單元的系統(tǒng)電源分配功能對控制箱內(nèi)部各工作板卡輸出210V交流電及±15V、＋24V直流電。

　　（2）安全保護(hù)回路 由變壓器直接向急停單元供電，并接入內(nèi)部各控制板卡形成保護(hù)回路，對整個系統(tǒng)進(jìn)行電路保護(hù)。

　　（3）伺服放大器 不僅提供伺服電動機(jī)驅(qū)動和抱閘電源，并且與絕對值編碼器實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，與主控機(jī)間采用光纖傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行實時信號循環(huán)反饋。

（4）輸入/輸出模塊 標(biāo)配為ModuleA/B，另外也可通過在擴(kuò)展槽安裝Profibus板、過程控制板與PLC及外圍設(shè)備進(jìn)行通信。

　?。?）主控單元 整個控制系統(tǒng)的中樞部分，包括主板、CPU、FROM/SRAM組件及伺服卡，負(fù)責(zé)控制器內(nèi)部及外圍設(shè)備的信號處理和交換。

　?。?）急停電路板 用來對緊急停止系統(tǒng)、伺服放大器的電磁接觸器以及預(yù)備充電進(jìn)行控制。

　?。?）示教器 包括機(jī)器人編程在內(nèi)的所有操作都能由該設(shè)備完成，控制器狀態(tài)和數(shù)據(jù)都顯示在示教盒的顯示器上。

　　故障案例分析

　　FANUC機(jī)器人控制器斷電檢修后，對控制器送電，機(jī)器人報伺服故障，故障代碼為SERVO-062。對此故障進(jìn)行復(fù)位：按MENUS→SYSTEM→F1，[TYPE]→找master/cal→F3，RES_PCA →F4，YES后，機(jī)器人仍然報伺服故障。

　　1.故障分析和檢查

　　故障代碼SERVO-062的解釋為SERVO2 BZAL alarm（Group: %d Axis:%d），故障可能原因分析如下：

　?。?）機(jī)器人編碼器上數(shù)據(jù)存儲的電池?zé)o電或者已經(jīng)損壞 拆卸編碼器脈沖數(shù)據(jù)存儲的電池安裝盒，電池盒內(nèi)裝有4節(jié)普通1.5V的1號干電池，對每節(jié)電池的電壓進(jìn)行測量，均在1.4V以下，電池電壓明顯偏低，于是更換新電池，再次對故障進(jìn)行復(fù)位，機(jī)器人仍然報SERVO-062故障。

　?。?）控制器內(nèi)伺服放大器控制板壞 檢查伺服放大器LED“D7”上方的2個DC鏈路電壓檢測螺絲，確認(rèn)DC鏈路電壓。如果檢測到的DC鏈路電壓高于50V，就可判斷伺服放大器控制板處于異常狀態(tài)。實際檢測發(fā)現(xiàn)DC鏈路電壓低于50V，所以初步判斷伺服放大器控制板處于正常狀態(tài)。進(jìn)一步對伺服放大器控制板上P5V、P3.3V、SVEMG和OPEN的LED顏色進(jìn)行觀察，確認(rèn)電源電壓輸出正常，沒有外部緊急停止信號輸入，與機(jī)器人主板通信也正常，排除伺服放大器控制板損壞。

（3）線路損壞 對機(jī)器人控制器與機(jī)器人本體的外部電纜連線RM1、RP1進(jìn)行檢查，RM1為機(jī)器人伺服電機(jī)電源、抱閘控制線，RP1為機(jī)器人伺服電機(jī)編碼器信號以及控制電源線路、末端執(zhí)行器線路和編碼器上數(shù)據(jù)存儲的電池線路等線路。拔掉插頭RP1，對端子5、6和18用萬用表測量＋5V、＋24V控制電源均正常；接下來對編碼器上數(shù)據(jù)存儲的電池線路進(jìn)行檢查。機(jī)器人每個軸的伺服電機(jī)脈沖編碼器控制端由1～10個端子組成，端子8、9和10為＋5V電源，端子4、7為數(shù)據(jù)保持電池電源，端子5、6為反饋信號，端子3為接地，端子1、2空。拔掉M1電機(jī)的脈沖控制插頭M1P，萬用表測量端子4、7，電壓為0；同樣的方法檢查M2～M7電動機(jī)全部為0，由此可以判斷編碼器上數(shù)據(jù)存儲的電池線路損壞。順著線路，發(fā)現(xiàn)正負(fù)電源雙絞線的一端插頭長期埋在積水中，線路已腐蝕嚴(yán)重。

　　2.故障處理

　　更換線路后復(fù)位，對機(jī)器人進(jìn)行全軸零點復(fù)歸“ZERO POSITION MASTER”，導(dǎo)入備份程序后恢復(fù)正常，故障排除。

　　結(jié)語

　　FANUC作為日系機(jī)器人的主要品牌之一，其在控制原理上與其他品牌機(jī)器人大致相同，但其控制部分組成結(jié)構(gòu)有著自己的風(fēng)格，體現(xiàn)了亞洲人的使用習(xí)慣，比較適合國內(nèi)使用。

　　我國焊接機(jī)器人技術(shù)的研究應(yīng)用雖然較晚，但借鑒了國外的成熟技術(shù)，發(fā)展非常迅速。2009年我公司與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作開發(fā)的奇哈機(jī)器人誕生，我們看到了企業(yè)與科研單位合作的力量，認(rèn)為應(yīng)用型企業(yè)參與設(shè)備的研究是個很好決策。當(dāng)然，焊接機(jī)器人是個機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品，單靠企業(yè)的自身能力是不夠的，需要政府為機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)及使用國產(chǎn)機(jī)器人系統(tǒng)的企業(yè)提供一定的政策和資金支持，加速我國國產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展。