隨著汽車工業(yè)日益進步，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)的電阻點焊方式已逐漸被現(xiàn)代化的激光焊接取代， 其越來越多地被應用于汽車白車身焊接生產(chǎn)工藝中。本文結(jié)合某汽車項目實例，對白車身激光焊接生產(chǎn)線自動化系統(tǒng)展開設計分析。

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

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

其中，自動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、 防護房及焊接頭等外圍設備，使它們按照相關控制時序完成操作。機器人電柜與自動化控制柜聯(lián)動實時通訊，以對機器人本體進行運行控制。穩(wěn)壓電源主要為激光焊接設備提供配電保護裝置與穩(wěn)定動力電源。送絲機和機器人本體分別為焊接提供填充填料及負責焊接工藝參數(shù)的調(diào)用、焊接移動，以此提高焊縫質(zhì)量。而除塵器能夠及時過濾并清除有害煙霧，工裝夾具主要確保車身精度以及對焊接車身進行準確定位。焊接頭總成集焊縫跟蹤、激光焊接、車身識別等功能為一體；光纖及光源可為激光焊接提供穩(wěn)定激光能量。水冷機能夠為光纖和焊接頭、激光器等提供恒溫循環(huán)水，激光防護房為激光焊接人員提供了一個安全操作環(huán)境。

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

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?；芈?等，通過硬件線路串連，使維修門與急停安全回路串連接入 安全 PLC 輸入接口。 通過硬件線路使激光安全回路分別連入激光器與機器 人安全回路。

2.2 軟件安全

安全信號主要通過 PLC 安全程序以及硬件回路進行連 接處理，以提高系統(tǒng)設備安全等級。

2.3 總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)外圍設備均通過 PROFIBUS 現(xiàn)場總線實現(xiàn)連接， 如遠程站、送絲機、機器人、觸摸屏及 PLC 控制器、激光 器等，兩個 PLC 的 CPU 主要通過總線耦合器進行通訊隔離， 系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接機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)線自動化系統(tǒng)設計與功能

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)，觸摸屏主要負責信息輸入與監(jiān)控，其實時與焊接頭、送絲機、光纖激光器、焊接機器人以及滾壓輪等進行通信，同時還與光柵、通道門、安全門等安全設備進行連接，通過與主線系統(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)線自動化控制系統(tǒng)。

3.2 設備工作與工藝模式

本系統(tǒng)主要有自動和手動兩種工作模式，其中手動模式下可實現(xiàn)對各設備進行單獨操作，而自動控制模式下，主要通過生產(chǎn)線自動生產(chǎn)，分別在正常、空運與排空三種模式下運行。具體工藝控制模式包括兩種，一種是用于設備正常焊接的帶激光模式，另一種是用于設備調(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維修門開光信號、急停信號及光柵信號等進行處理，其能夠用于故障檢測以及本地操作中斷后快速恢復生產(chǎn)。安全功能程序設計大大提高了系統(tǒng)安全設備等級，使激光器激光發(fā)射更為安全。

3.4 焊縫三維視覺系統(tǒng)

焊縫三維視覺系統(tǒng)能夠提高激光焊對車身的定位精度， 通過對焊縫進行預處理，可借助機器人軌跡對車身精度進行調(diào)整，只需將激光三維視覺系統(tǒng)安裝于第六軸上，即可進行三維圖像處理，識別焊縫準確幾何位置，同時還可通過總線將坐標值傳輸給機器人進行控制，機器人通過計算實際位置偏差，可自動校正焊接運動軌跡，由此實現(xiàn)對焊縫實時跟蹤。

3.5 車型識別系統(tǒng)

為了安全，車型識別系統(tǒng)能夠用于檢驗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)在工作時主要通過激光測距，判斷不同車型信號，然后將其反饋給自動化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過判斷，若車型與車型碼一致，則按照對應循環(huán)程序進行焊接，若二者不一致，則返回原位跳出循環(huán)， 同時系統(tǒng)報錯等待操作人員干預。

3.6 維修門門禁系統(tǒng)

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

3.7 通訊控制系統(tǒng)

系統(tǒng)自動化控制與除塵系統(tǒng)、光纖控制系統(tǒng)均通過主控制柜 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，信號交換主要通過無源觸點方式來實現(xiàn)，電氣之間通過 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)采用高負壓真空吸附除塵，為降低設備投入成本，自動化控制系統(tǒng)基于雙通道光纖控制方案，根據(jù)機器人焊接實際情況，分別對功率等參數(shù)、兩個光路進行切換與控制。

4 結(jié)束語

綜上所言，本文依次對系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)設計、設備工作模式、工藝模式設置及帶安全功能的 PLC 集成系統(tǒng)、 車型識別系統(tǒng)、維修門門禁系統(tǒng)、焊縫跟蹤（三維視覺）系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動除塵系統(tǒng)進行了詳細分析，以通過雙通道光纖控制及自動化系統(tǒng)控制，實現(xiàn)汽車白車身激光焊接自動化。

參考文獻：

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

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