因為采用獨立且反應(yīng)靈敏的系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)率，并能降低企業(yè)的單件產(chǎn)品成本，所以目前使用工業(yè)機(jī)器人已成為一種趨勢专散。由一種自動化裝置連接上一個獨立的Ethercat計算機(jī)輔助設(shè)計的機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)，提高了焊接作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性胚搂。

美國得克薩斯州休斯敦的ARC公司是生產(chǎn)焊接與切割裝置的專家喉隙，該公司的產(chǎn)品多達(dá)90%用于油及天然氣工業(yè)，其用戶分布在世界各地脐炼。ARC公司生產(chǎn)的自動化焊接與切割裝置采用了市場上普及的標(biāo)準(zhǔn)型計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)畏帖，該技術(shù)可確保長期使用。而與之相反罩锐，在選擇設(shè)備的控制裝置時奉狈，ARC 公司為了競爭的需要，絕大多數(shù)采用斷開式控制系統(tǒng)涩惑。原因是該控制系統(tǒng)是一個獨特的設(shè)計方案仁期，在之后的保養(yǎng)維修階段很少出現(xiàn)問題，ARC公司對此深信不疑竭恬。

自動化適用于快速等離子焊接法

很長一段時間以來跛蛋，ARC公司無數(shù)的用戶在使用公司的等離子焊接裝置。等離子焊接法與激光焊接法相比很經(jīng)濟(jì)痊硕，但缺點是在短短的焊接作業(yè)周期時間內(nèi)赊级，僅使用激光焊接法還達(dá)不到要求。其原因是岔绸，使用傳統(tǒng)的等離子焊接裝置雖然焊接質(zhì)量高理逊，但是與使用激光焊接裝置相比，等離子焊接作業(yè)非常慢盒揉，作業(yè)時要求有一個較高的熱輸入晋被。

圖1 ARC-11-RB 型焊接機(jī)器人是一臺用于組裝和液體清洗設(shè)備的自動化焊接機(jī)器人

為了提高等離子焊接的效率，ARC公司在自己的實驗室研發(fā)出了新的焊接方法刚盈，即三重脈沖焊接法彪趣。這種新的焊接法在著名的鎢惰氣焊接法的基礎(chǔ)上研發(fā)而來。三重脈沖焊接法的基本思想是基于使用三種不同強(qiáng)度的電流蓄梯，以達(dá)到在產(chǎn)生微弱熱能的情況下拌微，能夠有較高的熱傳遞速度。使用這種方法可以使等離子焊接裝置達(dá)到激光焊接裝置相類似的焊接效率游推，同時又很經(jīng)濟(jì)殊储。

應(yīng)得克薩斯州的一個大用戶委托誓读，ARC 公司研發(fā)出用來安裝液體清洗設(shè)備的ARC-11 RB自動化焊接機(jī)器人（圖1）。為此瘤慕，三重脈沖焊接法焊接裝置首次實現(xiàn)了集成化昆饲。ARC-11 RB自動化焊接機(jī)器人裝置裝備有Beckhoff公司CX1010型嵌入式PC和控制裝置Twincat NC PTP（圖2），其軟件系統(tǒng)采用Windows XP捞勿。該嵌入式PC結(jié)構(gòu)緊湊蝗袄，布置在一個箱子里，用來控制整個焊接裝置私周，還包括控制車間里的門架式起重機(jī)贮爹、機(jī)器人功能、操作工作面育勺、感應(yīng)式加熱部件但荤、焊接工件運(yùn)送裝置以及所有使用壓縮空氣作業(yè)的部件。

圖2 Beckhoff公司裝有Twincat NC PTP軟件的CX1010型嵌入式PC控制ARC-11-RB焊接作業(yè)全過程

由于采用了上述技術(shù)涧至，加快了整個焊接作業(yè)過程腹躁，并實現(xiàn)了整個焊接作業(yè)的各個步驟的自動化。整個焊接作業(yè)的步驟為：車間內(nèi)的門架式起重機(jī)提升切割成額定長度的管子南蓬，將其送入一個張緊裝置內(nèi)（圖3）纺非。與此同時，焊接機(jī)器人從傳送帶上抓起一個終端環(huán)并將其放入第二套拉桿對內(nèi)進(jìn)行定位（圖4）赘方。機(jī)器人對著焊炬變換著工件抓緊裝置并將終端環(huán)與管子焊接在一起（圖5及圖6）烧颖。之后，兩個張緊器自動開啟窄陡，門架式起重機(jī)將一端完成焊接工件取出炕淮。接著管子轉(zhuǎn)動180°，管子的另一端被放入張緊裝置中跳夭，焊接作業(yè)程序重復(fù)涂圆。待焊接工件完成另一端焊接作業(yè)時，門架式起重機(jī)將該完成焊接作業(yè)的管子運(yùn)送到一個存放架上湃儒。工件的外形尺寸不同还纤，這種焊接作業(yè)持續(xù)時間最多為2min。

Fanuc公司Arcmate M 710i C-50型機(jī)器人由Beckhoff公司CX1010型嵌入式PC進(jìn)行控制（圖7）克蝶。采用Powerwave R350 型Lincoln焊接電流供電裝置僻携，該供電裝置通過Devicenet主集成電路組件直接無縫連接在Beckhoff嵌入式PC上狮最。Ethercat接線夾充當(dāng)I/O系統(tǒng)使用搔肉，這些接線夾直接按順序布置在CX1010型Beckhoff嵌入式PC上。在焊接作業(yè)不需要通過 Devicenet接口供電泌祥，或是在焊接時應(yīng)用該Devicenet接口供電反應(yīng)時間極其短時蓉止，ARC焊接裝置使用 EL403x型模擬式Ethercat輸出接線夾律跺。

焊接機(jī)器人裝置功能在PC-CPU上實現(xiàn)

根據(jù)工業(yè)控制的要求，ARC 公司自行設(shè)計出焊接機(jī)器人的控制人員界面的可視化軟件溶绢。通過使用該軟件侦镜，焊接作業(yè)操作人員的眼前出現(xiàn)的是與原來使用 Windows- PC窗口那樣的自己已經(jīng)習(xí)慣的窗口，這樣的環(huán)境下操作焊接機(jī)器人更為容易和自如劫扶。 Twincat ADS 將控制人員界面與控制裝置連接起來翠霍。Twincat 動態(tài)影像轉(zhuǎn)換器將焊接機(jī)器人控制集成入Twincat 自動化組。

Twincat動態(tài)影像轉(zhuǎn)換器透明地集成入已存在的輸送控制范圍里：機(jī)器人技術(shù)和輸送控制功能與Twincat NC PTP（軸點對點定位）或是NC I（在三維圖像中插入軸的定位）同步實現(xiàn)最佳化蠢莺。所有NC的性能寒匙，如“曲線轉(zhuǎn)輪”或“飛鋸”（從動軸與行駛著的主軸的同步化）可以在一個共同的軟硬件平臺上任意連接。該軟硬件平臺還支持各種平行和系列動態(tài)畫面：2D平行動態(tài)畫面躏将、3D-Delta锄弱、剪接動態(tài)畫面、Scara祸憋、坐標(biāo)式門架起重機(jī)以及轉(zhuǎn)動的動態(tài)畫面会宪。

編程采用坐標(biāo)系統(tǒng)的規(guī)則，在此控制計算各種相關(guān)的電動機(jī)位置的反演動畫蚯窥，選擇和動畫組態(tài)在Twincat系統(tǒng)中生成掸鹅。在動畫信道，如在Delta型桿長與偏移均是數(shù)據(jù)化顯示拦赠。為了進(jìn)行動態(tài)預(yù)控制河劝，可提前給定焊接工件的重量和重量的慣性。為了使機(jī)器人能夠順利抓起和放下焊接工件矛紫，使用者可以借助于“飛鋸”和“曲線轉(zhuǎn)輪”功能赎瞎，在傳送帶上同步實施。對于AX 5000 系列Beckhoff驅(qū)動器塌或，Twincat動態(tài)畫面轉(zhuǎn)換器是最佳化的（圖8）癣吝。

這里SPS、 運(yùn)動控制缚形、 HMI以及機(jī)器人技術(shù)只能在工業(yè) PC-CPU上運(yùn)行体涡。這對于使用者來說有以下優(yōu)點：

●不需要另設(shè)置一個控制機(jī)器人的CPU；

●因為組態(tài)甜脖、數(shù)據(jù)化和診斷在一個系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行轰窥，所以降低了能源成本；

●Twincat 是知名的廊畔、一體化的組態(tài)影其、數(shù)據(jù)化和診斷工具；

●通過用于SPS贬奢、 運(yùn)動控制和機(jī)器人技術(shù)的各CPU的相互配合乍厉，省去了因不匹配而產(chǎn)生的損失蜀骗；

●由于采用直接界面，省去了各CPU間繁瑣的相互配合凹蜈，因此提高了焊接作業(yè)的效率和精密度限寞。

焊接工件自動化張緊使產(chǎn)量提高了30%

如前介紹的那樣，在焊接作業(yè)中可在ARC-11 RB的全部數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上仰坦，通過Ethercat的跟蹤檢驗功能實現(xiàn)焊接作業(yè)的監(jiān)控履植。此外，因為所有的代碼出自同一中心悄晃，所以可以實現(xiàn)用戶專用代碼的參數(shù)化静尼。通過使用Ethercat，用戶專用代碼可以較為簡單地書寫传泊。因為ARC公司接到的委托大多是特殊工件焊接鼠渺，因此該公司接受的焊接機(jī)器人設(shè)計委托往往還是較為麻煩和復(fù)雜的。

如果比較考慮ARC-11-RB焊接機(jī)器人的控制設(shè)計方案的復(fù)雜性眷细，ARC-11-RB焊接機(jī)器人從設(shè)計到應(yīng)用僅用了4周時間拦盹，之后的結(jié)構(gòu)和組裝在3周之內(nèi)便完成了。在此溪椎，ARC公司實現(xiàn)了焊接工件自動化張緊與取下普舆，與人工張緊和取下焊接作業(yè)的方法相比，產(chǎn)量提高了30%校读。在這種情況下速痹，只有焊接工件的裝車和卸車是手工進(jìn)行。由于采用Twincat绳练，所以在簡單的拓?fù)鋵W(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)器人控制裝置的軸布線锦镶，僅需要1h便能完成。該焊接機(jī)器人的控制裝置組件少枫昏，且機(jī)構(gòu)緊湊偶屯，所以配電箱的外形尺寸較小。

采用Windows軟件的PC控制裝置可提供遙控

ARC公司提供的焊接機(jī)器人PC控制裝置采用的是Windows軟件旋蝎，因此有著為用戶提供遙控的可能性冶习。用戶可與他們的局域網(wǎng)相連，以實現(xiàn)對焊接機(jī)器人的遙控孕序，也可得到ARC公司的網(wǎng)上售后服務(wù)琐幔。世界各地的焊接機(jī)器人用戶均可通過遙控得到ARC公司在問題分析方面所給予的支持，以便找到機(jī)器人焊接設(shè)備所產(chǎn)生問題的原因递市，并通過在軟件里的更改來排除這些問題为稽，這樣便大大降低了用戶在焊接機(jī)器人設(shè)備維修保養(yǎng)上的成本。

ARC公司與Beckhoff公司在Twincat 3系統(tǒng)方面具有進(jìn)一步合作的潛在可能性：在一體化機(jī)器編程、可視化技術(shù)笋敞、HMI可視化方面共同形成一個唯一的必要的軟件環(huán)境方面，兩個公司的合作具有優(yōu)勢荠瘪。ARC公司表示夯巷，鑒于迄今為止雙方在合作提高焊接作業(yè)生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本方面所取得的成效，ARC公司今后還將在其他機(jī)器設(shè)備和機(jī)器人上采用德國Beckhoff公司的自動化控制裝置哀墓。

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