CN102785042B - 转向架构架自动焊接*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转向架构架自动焊接***及方法，包括用于待焊接工件预准备的人工存料台、用于将所述工件在各设备之间转运的自动运输小车、所述自动运输小车运行用的轨道、用于将所述工件从所述自动运输小车上取下并转移至焊接位置的夹持装置、焊接机器人、用于焊接后对所述工件进行焊修的缓冲台及PLC主控***；所述人工存料台和所述夹持装置分设于所述轨道的两侧，所述PLC主控***与所述自动运输小车、焊接机器人、夹持装置及缓冲台之间通过工业现场总线连接并控制。本发明可以大幅度提高生产效率，并合理利用人力资源，实现节拍式生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种转向架构架自动焊接***和方法，属于轨道车辆车体制造技术领域。
背景技术
目前，焊接机器人逐步进入国内机车车辆制造领域，并在转向架构架的焊接生产过程中被使用。但是，目前在构架焊接生产过程中所使用的机器人都是以单机的形式存在的，每台设备均需要配备1-2个操作工人操作，上下料采用天车吊运，夹具的夹紧、松开均采用手工操作，辅助时间长，降低了生产效率。另外，构架焊接的程序完全采用手工调用，当多品种同时作业时，存在由于人为失误而用错程序的可能，不但降低了生产效率，也提高了废品率，增加了制造成本。对于生产组织者，有工件就进行焊接作业，没有工件时就停止工作处于等待状态，本工序与上、下工序没有节拍的概念。
上述这种目前普遍采用的生产方式，存在以下几点不足：
(1)生产效率低：编程方法单一、陈旧，焊接轨道准确率低，焊接效率低下。
(2)劳动力资源浪费：对于自动化作业设备，一般以达到无人化作业为最终目标，但上述这种生产方式，每台机器人需要配备1-2名操作人员，资源浪费明显。
(3)辅助时间多：工件吊装、工件的夹紧和松开，均需要人为手动作业，需要大量的辅助时间，而且工件吊装使用天车，不可避免的会存在等待天车的无效等待时间。
(4)生产无节拍的概念，工件流转速度慢，中间库存多。
发明内容
本发明主要目的在于解决上述问题，提供了一种生产效率高，合理利用人力资源，实现节拍式生产的转向架构架自动焊接***。
本发明的另一个主要目的，在于提供一种生产效率高，合理利用人力资源，实现节拍式生产的转向架构架自动焊接方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种转向架构架自动焊接***，该***包括用于待焊接工件预准备的人工存料台、用于将所述工件在各设备之间转运的自动运输小车、所述自动运输小车运行用的轨道、用于将所述工件从所述自动运输小车上取下并转移至焊接位置的夹持装置、焊接机器人、用于焊接后对所述工件进行焊修的缓冲台及PLC主控***；所述人工存料台和所述夹持装置分设于所述轨道的两侧，所述PLC主控***与所述自动运输小车、焊接机器人、夹持装置及缓冲台之间通过工业现场总线连接并控制；所述自动运输小车包括有可以在垂直方向上伸缩的垂直伸缩臂、可以在水平方向向所述轨道两侧伸缩的水平伸缩臂、在轨道上行走的行走机构、控制器及显示器，所述控制器与所述PLC主控***连接，所述垂直伸缩臂、水平伸缩臂及行走机构均由伺服电机控制；所述控制器包括异常急停监控模块、信号收集反馈通信模块及伺服控制模块。
进一步，所述夹持装置包括两个相对设置的C型夹具及底座，两个所述C型夹具通过回转机构与所述底座连接。
进一步，所述夹持装置上设置有接近检测开关。
进一步，所述PLC主控***中包括显示触摸屏。
综上内容，本发明所述的一种转向架构架自动焊接***和方法，与现有技术相比，具有如下优点：
(1)将焊接***中各设备通过PLC主控***统一控制，实现在设定的时间自动上下料，自动焊接，同时通过自动运输小车及夹持装置的运用，在杜绝等待时间的同时实现节拍式生产，合理利用人力资源，大幅度提高生产效率。
(2)该焊接***实现焊接机器人及工件运输的全自动化作业，根据工作站的类别、工件的种类，控制程序自动调用，避免人为因素出现程序调用的错误，提高生产效率，降低生产成本，自动焊接效率可以提高一倍。
(3)自动运输小车通过控制器自动控制，将中间的工件转运区域形成虚拟的围栏，实现无人作业的安全逻辑设计，结合其它安全监控***的使用，确保整条生产线运行的安全。
附图说明
图1是本发明焊接***总布置图；
图2是本发明夹持装置和焊接机器人结构示意图。
如图1和图2所示，人工存料台1，自动运输小车2，轨道3，夹持装置4，焊接机 器人5，缓冲台6，PLC主控***7,工件8,C型夹具9，显示触摸屏10。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，一种转向架构架自动焊接***，包括人工存料台1、自动运输小车2、轨道3、夹持装置4、焊接机器人5、缓冲台6及PLC主控***7，PLC是指数字运算操作电子***的可编程逻辑控制器。
人工存料台1是用于待焊接工件8预准备的人工作业工位，例如可以在该工位上进行工件8的预组装或打底焊等，为机器人5焊接做准备,人工存料台1可以根据工件8的工序需要设置一个或多个。
自动运输小车2用于工件8在各工序设备处的上料和下料及在各设备间转运，实现自动物流功能，自动运输小车2在轨道3上行走。一个或多个人工存料台1均沿轨道3的一侧设置。
自动运输小车2包括有可以在垂直方向上伸缩的垂直伸缩臂、可以在水平方向向轨道3两侧伸缩的水平伸缩臂、在轨道3上行走的行走机构、控制器及显示器，显示器用于显示自动运输小车2的各控制程序及启动自动运输小车2运行。其中，垂直伸缩臂、水平伸缩臂及行走机构均由伺服电机控制，水平伸缩臂通过皮带由伺服电机带动，通过控制伺服电机的旋转方向使水平伸缩臂可以向两侧伸缩。控制器与PLC主控***7连接，控制器内部使用西门子模块和PLC程序，预先定义在送取料时的轨道运行、垂直方向、水平方向的动作特点，并利用内部的通信模块实现与PLC主控***7的通信，结合PLC主控***7的上、下料的时间设置，实现自动上、下料，即实现全自动的物流程序。
控制器中包括异常急停监控模块、信号收集反馈通信模块及伺服控制模块。自动运输小车2通过控制器自动控制，将中间的工件8转运区域形成虚拟的围栏，实现无人作业的安全逻辑设计，结合其它安全监控***的使用，确保整条生产线运行的安全。
夹持装置4设置于轨道3的另一侧，夹持装置4从自动运输小车2上将工件8夹紧取下，并转移至焊接机器人5所需的焊接位置，在满足焊接可达性、场地限制等基本条件下，如图2所示，夹持装置4采用双C型回转交换变位机，即夹持装置4由两个相对设置的C型夹具9及底座(图中未示出)组成，两个C型夹具9通过回转机构与底座连 接，回转机构可以采用现有技术中的任何一种结构，C型夹具9可以在180度方向内转换位置，其中一个C型夹具9用于上、下料，另一个C型夹具9进行焊接，确保机器人5不间断作业，以提高生产效率。夹持装置4的数量与机器人5的数量一致，每个机器人5的工位处均相应设置一个夹持装置4。该夹具9对工件8采用的是双边夹紧的方式，可以尽可能地避免工件8在转台旋转过程中所产生的扭曲变形，而现有技术中都是采用单边夹紧的方式，即夹具只夹紧工件8的一端，这样转台旋转时工件会产生扭曲变形等缺陷。
夹持装置4上设置有接近检测开关，接近检测开关可以是现有技术中的超声波感应开关、红外线感应开关等，用于感应工件8是否到位，当自动运输小车2将工件8运输至夹持装置4位置处，接近检测开关会自动感应此时夹具9内是否已经夹持工件8，如果没有夹持工件8，会将信号传输至PLC主控***7，PLC主控***7会将信号传输至自动运输小车2的控制器，控制器控制水平伸缩臂向夹具9的方向伸出，此时，夹具9松开到位，接近检测开关同样会感应工件8的存在，夹具9再夹紧工件8，将小车2上的工件8夹紧取下，并旋转180度，将工件8转移至焊接机器人5的焊接位置，由焊接机器人5对工件8进行焊接。
缓冲台6是用于焊接后对工件8进行焊修的人工作业工位，与人工存料台1一样设置在轨道3的一侧，机器人5焊接后的工件8由小车2转运至缓冲台6，在缓冲台6上进行焊修、打磨等其它作业。
在自动焊接***中，分别树立钢结构，作为吊车梁；人工作业工位根据布局特点，以4～6个作业工位组成一个作业单元，每个作业单元内配备2T吊车一个，用于作业单元到自动物流进出料口的运输。
在该焊接***中，为解决人工作业工位与全自动作业工位的连接问题，将人工存料台1、缓冲台6等多个人工工位和焊接机器人5工位分设在用于运输工件8的轨道3的两侧，按照工件8的工艺流程以“Z”字形的物流路线逐步推进，直至完成工件8的焊接作业。这样，就可以合理利用人力资源，提高生产效率，也有利于下述节拍式生产。
根据待焊接工件8的工艺流程确定总的生产节拍，如设定生产节拍为4小时/构架，再根据确定后的总的生产节拍，对各工序进行作业分割，确定每个工序的作业时间及工件8的运输时间，由此确定各设备的动作时间，并实现由PLC主控***7控制 的节拍物流，由节拍物流拉动生产。
焊接机器人5在焊接过程中，预先将工件8的结构参数存贮至焊接机器人5的控制单元内，焊接机器人5在接受到焊接指令后会根据工件8的参数自动寻找工件8的焊接起点坐标，再根据预先存储的焊缝的距离和长度等参数，对工件8上的多条焊缝连续不间断焊接，解决了现有技术中多道焊缝需要重复寻点的问题，缩短了生产周期。因为焊接机器人5是连续焊接的，所以为了解决连接焊接热输入量的问题，采用了满足成形条件下后续焊道参数以一定比例递减、焊接速度以一定比例递增的工艺，找出产品质量和作业效率间的平衡点，确保产品质量的同时提高生产效率。
焊接机器人5自动焊接是利用设备外部激活端口，PLC主控***7在每次完成上料后通过对该端口传输指令，激活预先设定的焊接程序。
PLC主控***7与自动运输小车2、焊接机器人5、夹持装置4及缓冲台6之间通过工业现场总线(profibus)连接并控制，PLC主控***7内部设置有动作时间、上下料安全逻辑、整线安全监控逻辑并实现机器人网格和PLC主控***7的通信转换。
为了使用操作者使用方便，在PLC主控***7中包括显示触摸屏10，操作人员只需要根据工件8的种类和工艺要求，触摸触摸屏上的按键即可。
在该焊接***中，PLC主控***7中设置有时间管理单元，其中包括有***计数器，当人为启动后，***计数器从零开始计数；再利用触摸屏界面人为设定小车2的触发时间，当触发时间与***计数器时间相同时，触发小车2运行；当小车2触发运动后，因无工件8等原因造成流程无法继续时，***计数器时间至触发时间即为等待时间，累加在总作业周期内。通过时间的管理，把握整个作业周期内的生产情况；对各工序触发时间的设定，实现在规定的时间将特定的工件8送到指定的位置。
在整个***中，多个机器人5的主机之间通过普通的网络线形成一个单独的网络，用于收集机器人5的状态信号，该网络的通信模式与工业现场总线连接的通信模式存在差异，因此需要使用转换模块，确保相互通信的通畅。
信号包括两种：
状态信号：在每次PLC进行巡回扫描时，将机器人5工作站、运输小车的限位信号、急停装置信号返回PLC主控***7，PLC主控***7通过对这些信号的逻辑组合，实现顺序控制。
PLC主控***7发出的触发信号：触发信号包括工件8运输动作信号和机器人5的信号。机器人5信号主要是工作站锁定、夹具9自动夹紧或松开信号以及自动调用对应焊接程序信号；工件8运输信号主要是接通饲服控制***，使驱动马达按照预先设计的逻辑运动。
在该焊接***中，PLC主控***7中设置有安全控制单元，安全逻辑设计包括工件运输小车2的安全逻辑设计、控制***安全逻辑设计、整体无人作业区安全设计三部分。确保上下料胎位状态符合要求(上料时胎位为空、下料时胎位不能为空)再执行上下料动作；确保机器人5在上下料时处于安全状态，功能是锁定上下料工作站、确认工作站的状态满足要求；在运输小车2的运动区域两侧装有护栏和电子锁，当各电子锁全部锁定时，认为该区域内无人，电子锁被打开时，工件运输装置将停止运行。
该焊接***实现焊接机器人及工件运输的全自动化作业，根据工作站的类别、工件的种类，控制程序自动调用，避免人为因素出现程序调用的错误，提高生产效率，降低生产成本，自动焊接效率可以提高一倍。该焊接***和方法实现了全自动化，通过自动化物流的设计，做到一个流，并实现整条生产线的节拍式生产并有效的减少了吊运等待时间；物流上实现一个流的作业模式后，工件8流转速度增加，以新一代动车组转向架构架为例，整体制造周期缩短7天。
下面以横梁焊接工艺流程为例详细说明该焊接方法：
现有技术中横梁焊接工艺流程为：
横梁的组装---人工焊接横梁---焊接后焊缝的打磨---探伤。
采用本发明所述的焊接***和方法后的工艺流程为：
(1)横梁的组装，此工序在人工存料台1处完成。
(2)对工件8焊缝处不均匀的地方首先进行人工的打底焊，此工序也在人工存料台1处完成。
(3)操作人员操作PLC主控***7，启动相关程序，自动运输小车2将工件8运输至焊接机器人5对应的夹持装置4处，夹持装置4中的接近检测开关确认夹具9上无工件8时，松开夹具9，将小车2上的工件8夹紧取下，旋转180度后，将工件8转移至焊接机器人5的焊接位置，机器人8按PLC主控***7中所设定的焊接程序进行焊接。
(4)焊接完成后，夹持装置4再旋转180度，将工件8转移至小车2可以取料的位置，小车2从夹具9上取下工件8，小车2再将工件8运至相应的缓冲台6处。再对机器人5焊接不到的位置进行人工局部焊修。
(5)最后进行焊接后焊缝的打磨及探伤。
采用本发明的焊接***和方法后虽然流程更为复杂，但随着工序作业量的分散，各作业工位的作业量更为平衡，横梁组成实现机构手自动焊接，人工作业量大幅减少，也可以提高焊接质量及生产效率。
如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种转向架构架自动焊接***，其特征在于：该***包括用于待焊接工件预准备的人工存料台、用于将所述工件在各设备之间转运的自动运输小车、所述自动运输小车运行用的轨道、用于将所述工件从所述自动运输小车上取下并转移至焊接位置的夹持装置、焊接机器人、用于焊接后对所述工件进行焊修的缓冲台及PLC主控***；所述人工存料台和所述夹持装置分设于所述轨道的两侧，所述PLC主控***与所述自动运输小车、焊接机器人、夹持装置及缓冲台之间通过工业现场总线连接并控制，所述自动运输小车包括有可以在垂直方向上伸缩的垂直伸缩臂、可以在水平方向向所述轨道两侧伸缩的水平伸缩臂、在轨道上行走的行走机构、控制器及显示器，所述控制器与所述PLC主控***连接，所述垂直伸缩臂、水平伸缩臂及行走机构均由伺服电机控制，所述控制器包括异常急停监控模块、信号收集反馈通信模块及伺服控制模块。
2.根据权利要求1所述的转向架构架自动焊接***，其特征在于：所述夹持装置包括两个相对设置的C型夹具及底座，两个所述C型夹具通过回转机构与所述底座连接。
3.根据权利要求2所述的转向架构架自动焊接***，其特征在于：所述夹持装置上设置有接近检测开关。
4.根据权利要求1所述的转向架构架自动焊接***，其特征在于：所述PLC主控***中包括显示触摸屏。
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| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100844 Fuxing Road, Beijing, Haidian District, No. 10 Applicant after: CHINA RAILWAY CORPORATION Applicant after: CSR Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co., Ltd. Address before: 100844 Fuxing Road, Beijing, Haidian District, No. 10 Applicant before: Transport Bureau of Railway Department Applicant before: CSR Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: TRANSPORT BUREAU OF RAILWAY DEPARTMENT TO: CHINA RAILWAY CORPORATION |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100844 Fuxing Road, Beijing, Haidian District, No. 10 Patentee after: CHINA RAILWAY CORPORATION Patentee after: CRRC QINGDAO SIFANG CO., LTD. Address before: 100844 Fuxing Road, Beijing, Haidian District, No. 10 Patentee before: CHINA RAILWAY CORPORATION Patentee before: CSR Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co., Ltd. |