基于車(chē)焊一體柔性制造單元的激光校驗(yàn)程序應(yīng)用

針對(duì)車(chē)焊一體柔性制造單元即摩擦焊設(shè)備，基于SIMATICWINCC控制軟件組態(tài)SimotionD425和各軸模塊等組成的控制系統(tǒng)，編寫(xiě)和添加激光校驗(yàn)程序，實(shí)現(xiàn)激光校驗(yàn)自動(dòng)化，減少人為操作造成的誤差，提高激光校驗(yàn)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，增加工作效率，提高摩擦焊機(jī)床的調(diào)試效率。1

序言新能源汽車(chē)中，動(dòng)力電池直接決定了車(chē)輛的續(xù)航里程，動(dòng)力電池的質(zhì)量、安全、性能以及可靠性，都直接關(guān)系到汽車(chē)的使用[1]。電池銅鋁復(fù)合極柱是電池的重要組成部分。車(chē)焊一體柔性制造單元即摩擦焊，主要用于新能源汽車(chē)電池銅鋁復(fù)合極柱的全自動(dòng)摩擦焊接。摩擦焊接技術(shù)是一種優(yōu)質(zhì)、高效且清潔的先進(jìn)制造工藝[2]。設(shè)備可完成銅片的自動(dòng)上料、銅片自動(dòng)切削、鋁棒自動(dòng)鋸切、鋁棒自動(dòng)上料、自動(dòng)摩擦焊接以及針對(duì)摩擦壓力、摩擦?xí)r間、頂鍛壓力等參數(shù)是否合格的自動(dòng)判斷及分揀等功能。該設(shè)備主要由床身、銅片切削單元、銅片上料機(jī)構(gòu)、鋁棒上料機(jī)構(gòu)、全自動(dòng)鋸床以及液壓伺服尾座等部分組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對(duì)于汽車(chē)電池中的電池銅鋁復(fù)合極柱來(lái)說(shuō)，車(chē)焊一體柔性制造單元的穩(wěn)定性是非常重要的，直接影響到復(fù)合極柱的產(chǎn)品質(zhì)量，關(guān)系到電池的質(zhì)量和壽命。因此每臺(tái)摩擦焊機(jī)床出廠之前都需要對(duì)各軸進(jìn)行激光校驗(yàn)檢測(cè)，保證其裝配產(chǎn)品質(zhì)量。其控制系統(tǒng)由SIMATICWINCC控制軟件組態(tài)SimotionD425和各軸模塊等組成[3]。由于摩擦焊的特殊性，所以加工程序是通過(guò)PLC編程的，程序固定。以現(xiàn)有的控制程序，只能通過(guò)手動(dòng)移動(dòng)各軸來(lái)實(shí)現(xiàn)激光校驗(yàn)，操作頻繁且復(fù)雜，激光采集人員不容易控制采集間隔，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不上，需要重新采集，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且不符合標(biāo)準(zhǔn)化流程，無(wú)法控制人為變量，存在一定的誤差。因此，對(duì)于激光校驗(yàn)程序的優(yōu)化勢(shì)在必行。2

技術(shù)方案為檢驗(yàn)?zāi)Σ梁傅乃欧ㄎ痪?，添加摩擦焊自?dòng)激光校驗(yàn)程序是很有必要的。主要目的是將激光校驗(yàn)工作從手動(dòng)操作改進(jìn)為只需要啟動(dòng)一次就能完整完成，減少人為操作造成的誤差，提高激光校驗(yàn)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，提高工作效率。另外，通過(guò)對(duì)摩擦焊程序的研究，編寫(xiě)和添加激光校驗(yàn)程序，實(shí)現(xiàn)激光校驗(yàn)自動(dòng)化。2.1

激光校驗(yàn)要求X軸激光檢測(cè)方法：X軸回零，激光清零，倍率100%狀態(tài)下，每段依次進(jìn)給－10mm，暫停4s，移動(dòng)到坐標(biāo)終點(diǎn)處暫停5s，然后每段進(jìn)給10mm，暫停4s，移動(dòng)到坐標(biāo)0處，暫停5s。重復(fù)上述動(dòng)作5遍。Z軸激光檢測(cè)方法：Z軸移動(dòng)到坐標(biāo)10處，激光清零，倍率100%狀態(tài)下，每段依次進(jìn)給－2mm，暫停4s，移動(dòng)到坐標(biāo)－10處暫停5s，然后每段進(jìn)給2mm，暫停4s，移動(dòng)到坐標(biāo)10處，暫停5s。重復(fù)上述動(dòng)作5遍?；_(tái)液壓伺服軸激光校驗(yàn)方式與上述方法相似。使用GB/T17421.2—2000進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中如果超過(guò)4s數(shù)據(jù)仍采集不到，需要機(jī)械和電氣進(jìn)行調(diào)整后再采集。2.2

程序邏輯論證按照上述要求將各軸的激光校驗(yàn)步驟實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。由于激光校驗(yàn)的邏輯與實(shí)際加工程序邏輯上存在著很大的不同，每個(gè)軸需要進(jìn)給的行程和步進(jìn)量也存在不同，按照邏輯需要對(duì)摩擦焊的梯圖和WINCC軟件進(jìn)行更改，這對(duì)原來(lái)的固定加工程序造成了很大的改變，所以決定借用界面上的原有的固定功能按鍵，對(duì)各軸的距離和動(dòng)作進(jìn)行控制。用正負(fù)向移動(dòng)輸入，配合各軸選通的條件，將程序固定，將激光程序做成一個(gè)功能，在不影響加工程序的基礎(chǔ)上，完成激光校驗(yàn)程序的改動(dòng)。界面功能按鍵如圖1所示。圖1界面功能按鍵2.3激光校驗(yàn)程序編寫(xiě)用SIMOTIONSCOUT軟件打開(kāi)程序進(jìn)行更改，確定激光校驗(yàn)程序邏輯，對(duì)梯形圖進(jìn)行基礎(chǔ)編寫(xiě)，再結(jié)合實(shí)際動(dòng)作情況對(duì)梯形圖進(jìn)行更改和優(yōu)化，確定最終程序版本。PLC程序更改部分如下。當(dāng)正負(fù)向按鈕一起按1s及以上時(shí)，置位M77，M80自動(dòng)程序啟動(dòng)，激光程序開(kāi)始，如圖2所示。圖2激光程序開(kāi)始PLC程序邏輯：選擇響應(yīng)的軸后，延時(shí)4s觸發(fā)M51軸負(fù)向移動(dòng)，移動(dòng)距離為圖1中所選步進(jìn)量的大小。正負(fù)向移動(dòng)程序如圖3所示。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到前進(jìn)設(shè)置次數(shù)時(shí)，置位M78復(fù)位M77，執(zhí)行軸正向程序，5s后，觸發(fā)M52軸正向移動(dòng)，當(dāng)正向移動(dòng)相應(yīng)的次數(shù)時(shí)，執(zhí)行反向程序，并且計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)程序如圖4所示。圖3正負(fù)向移動(dòng)程序

圖4計(jì)數(shù)程序重復(fù)上述過(guò)程，達(dá)到5次時(shí)程序結(jié)束，復(fù)位中間地址M77、M78、M79和M80，如圖5所示。PLC程序中符號(hào)信息見(jiàn)表1。圖5復(fù)位

表1符號(hào)信息2.4激光校驗(yàn)程序試驗(yàn)將編寫(xiě)完成的激光PLC程序裝載到D425模塊中，調(diào)試檢測(cè)各部分功能并與原機(jī)床對(duì)應(yīng)功能相比較，確認(rèn)新程序不對(duì)設(shè)備原有功能造成影響，且各個(gè)部分功能無(wú)其他問(wèn)題之后開(kāi)始激光校驗(yàn)試驗(yàn)，查看激光數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。經(jīng)試驗(yàn)，程序運(yùn)行成功，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)摩擦焊機(jī)床裝配后的激光校驗(yàn)情況，采集到的激光數(shù)據(jù)如圖6、圖7所示。以液壓伺服滑臺(tái)激光為例，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，誤差在允許范圍內(nèi)。此次激光校驗(yàn)程序試驗(yàn)的成功，提高了設(shè)備激光采集率，減少了人為誤差，降低了工作時(shí)間，提高了機(jī)床調(diào)試效率，更加精準(zhǔn)便捷地解決了在設(shè)備激光校驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題。圖6激光數(shù)據(jù)1

圖7激光數(shù)據(jù)23

結(jié)束語(yǔ)本項(xiàng)目主要針對(duì)摩擦焊設(shè)備，通