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基于PLC控制的焊接机器人环焊缝自动化焊接系统

沈正彪;李龙兵;苑振涛;刘进辉;钱广;王春生

【摘要】针对某品牌无外部轴不带变位机的国产焊接机器人,为了实现该焊接机器

人焊接环焊缝时自动寻找焊缝起始点、环焊缝圆周焊接死角的问题,研究了一种环

形焊缝自动化焊接系统.实验结果表明,焊接过程稳定,环焊缝一次焊接完成,焊缝成型

好,焊接质量高.

【期刊名称】《世界有色金属》

【年(卷),期】2017(000)002

【总页数】2页(P50-51)

【关键词】焊接机器人;环焊缝;可编程控制器;变位机

【作者】沈正彪;李龙兵;苑振涛;刘进辉;钱广;王春生

【作者单位】昆明理工大学城市学院,云南昆明650051;昆明理工大学城市学院,云

南昆明650051;昆明理工大学城市学院,云南昆明650051;昆明理工大学城市学院,

云南昆明650051;昆明理工大学城市学院,云南昆明650051;昆明理工大学城市学

院,云南昆明650051

【正文语种】中文

【中图分类】TG441.4

现在市场上的滚轮架组合设备可以进行环缝的焊接，可以解决一部分环缝的焊接问

题，但是当被焊接的工件不能作圆周运动时，环缝的焊接就只能采用分段焊接的方

法来完成，增加焊接的工作量和焊接成本，还会引起环缝密封性不好的问题[1]。

1.1要解决的技术问题

一是焊接前焊枪跟踪焊缝的问题。示教机器人的工作原理决定了焊枪只会沿示教时

的路线轨迹进行行走，如果安装的工件位置有变化，焊枪不会做出相应的调整，可

能导致焊枪与焊缝的相对位置不正确，焊接失败，所以，焊接引弧前一定要保证焊

枪与焊缝的对位准确。

二是连续焊接前的点固焊问题。为了防止焊接过程中工件变形，先进行点固焊，并

确定点固焊的位置。

三是连续焊接过程中的死角问题。当焊接的工件放置在水平的位置时，由于机器人

手臂运动的限制，机器人操作焊枪不能实现一次把整条的焊缝焊完。

1.2技术方案

首先焊接前焊枪跟踪焊缝的问题。本研究用接近式开关作为传感器来定位机器人的

焊枪与焊缝起始点的方法，将被焊工件夹持在变位机的两端，接近式开关安装在机

器人操作的焊枪上，当焊枪接近焊缝的位置时，接近开关就发出信号给PLC，这

时PLC控制焊接机器人开始焊接固焊点。

其次是连续焊接前的点固焊问题和整条焊缝的焊接。焊接完成第一个焊点后，机器

人沿管壁顺时移动240°，进行点固焊接，再逆时针移动120度进行点固焊接，紧

接着进行连续的焊接，直到管子整条焊缝的焊接完成。

最后是连续焊接过程中的死角问题。国产机器人移动使焊枪靠近焊缝，当焊枪和焊

缝在某个距离L时，焊枪上的传感装置将信号输送到PLC装置上，PLC得到启动

信号，使焊机与变位机协调工作，变位机开始带动工件作圆周运动，实现整条焊缝

一次焊接完成。

系统有一个焊接工装，由变位机控制,工位有两个转动装置,即主动装置和从动装置，

由PLC编程实现，如图1,在焊接时,夹具上安装PLC控制系统,作为整个控制系统

的一个独立环节。这样一来,厂家只需要更换与工装相匹配的焊接夹具,就能够焊接

多种不同的零件,使得整个焊接系统高度的柔性化[2]。

PLC控制的机器人环形焊缝自动化系统的构成包括[3]:机器人、弧焊装置、变位机、

传感器和PLC等。生产调试阶段,系统进行手动操作,机器人接近工件，传感器将控

制信号给PLC，由PLC控制外部轴变位机,使工件旋转,然后弧焊电源接通，开始焊

接。

自动运行阶段,通过外部信号控制机器人的焊接。当夹具控制系统将工件加紧后,外

部信号通过给PLC一个信号,PLC将各种控制指令送到弧焊电源和变位机,由PLC

控制外部轴变位机,使工件旋转,然后弧焊电源接通，开始焊接。

4.1PLC

本系统采用三菱FX1s-14MR型PLC。FX1s-14MR是功能很强大的微PLC,并且

能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接功能选项使得Fx1s-14MR在体

积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。定位和脉冲输出功能,一个

PLC单元能同时输出2点100kHz脉冲,PLC配备有7条特殊的定位指令。

4.2S60自动环缝焊机

环缝自动焊机是一种能完成各种圆形、环形焊缝焊接的通用自动焊接设备。可用于

碳钢、低合金钢、不锈钢、铝及其合金等材料的优质焊接，并可选择氩弧焊（填丝

或不填丝）、熔化极气体保护焊（CO2/MIG/MAG）、等离子焊等焊接电