西门子840D地铁车辆焊接程序设计与开发
摘 要：为满足地铁车辆不锈钢车体焊接工艺要求，车辆钢结构总组成焊接任务均由自动焊接机器人承担，要求生产高效可靠，自动挠度补偿、精确定位、最大限度控制焊接变形，保证产品焊接质量。因此对承担该焊接任务的西门子 840D 自动焊接机器人进行相关部分的程序设计与开发。
关键词： 焊接工艺、自动挠度补偿、精确定位、西门子840D
前言：地铁总组成焊接程序采用模块化、柔性化的设计理念进行开发。 改变以往利用绝对坐标系进行工件定位的单一模式，采用绝对坐标与相对坐标相结合，并使用“R”指令增加人工干预的复合定位模式，以达到焊点精确定位、自动挠度补偿的目的，极大提高车辆组对精度和焊接质量。
程序功能：精确定位、自动挠度补偿、断点续焊、工件误差补偿、迂回焊接等。
程序结构：
一、主程序：SP3_WELD_DK74_MAIN.MPF
对整个程序框架的构建和各个功能模块的整合， 设计实用的功能接口，对各个功能模块（子程序）的调用、数据传递。对焊接机器人的走行定位、焊接顺序、焊接过程、焊接姿态等方面进行控制，实现车体组对焊接的全过程。
对主程序关键部分进行详细描述：
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PROC SP3_WELD_DK74_MAIN （主程序名称）
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子程序声明过程：
EXTERN SP3_ABS_74 (REAL) （X 绝对坐标值定位子程序声明）
EXTERN SP3_WELD74_PREPARE (REAL) （Y 绝对坐标值、Z 增量子程序声明）
EXTERN SP3_WELD74_STEP (REAL) （X 增量、挠度获取子程序声明）
EXTERN SP3_WELD74_UP (INT) （焊接子程序声明）
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主程序变量声明过程：
DEF REAL _Offset（X 绝对坐标偏移变量 ）, FRIST （初始焊点序号）
DEF INT _NUM （ 焊点数量 ）, _ACOUNT （ 计数器 ） ,_POINT（跳点次数）
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当工件摆放位置与程序 X 绝对位置存在偏差时，修正机器人内部参数 R3，并将 R3 值赋予变量 _Offset，保证机器人精确定位到工件实际焊接位置。
_Offset = R3
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偏差值>10mm 时，机器人暂停并做出提示，要求操作者检查焊接工件，防止错误焊接。
IF _Offset > 10
MSG ("Offset invalid ! R3 > 10 ! Please change it! ")
M_01: M0
GotoB M_01
ENDIF
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焊接定位过程：机器人以安全行走姿态走行至 X 绝对坐标值“49451.5 + _Offset”位置暂停，提示操作者检查焊接位置并确认操作。
SP3_WELD74_FREE （安全行走姿态子程序调用）
SP3_ABS_74(49451.5 + _Offset)
MSG ("please check the position of weld point") （屏幕提示）
M0 （暂停）
MSG("") （屏幕清空）
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SP3_WELD74_PREPARE(17.95) （ 机器人调整 Y 绝对坐标值并获取 Z 增量值 17.95，运行至焊接姿态）
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断点续焊功能判断： 在焊接过程中某个焊接位置出现错误，通过设置内部指令 R31，机器人会自动判断并走行至该位置重新焊接。
_NUM = 48 （焊点数量 48）
FOR _POINT = 1 TO _NUM-1 （循环判断 47 次）
IF (R31 == _POINT) （判断条件）
X3 = IC(-60*_POINT) （X 绝对坐标增量值为-60*R31，实现快速跳转）
ENDIF
ENDFOR
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焊接过程：通过循环语句控制，机器人依次焊接，直至焊接完成，关闭焊接电源、冷却水，以安全姿态行走至 X 绝对坐标“10000”。
FRIST = R31 （R31 将初始焊点序号赋值给变量 FRIST）
FOR _ACOUNT = FRIST TO _NUM-1 (焊接循环 “47-FRIST”次)
SP3_WELD74_STEP(-60) （每循环一次 X 增量值增加 “-60mm”）
SP3_WELD74_UP (2) （使用 2 号焊接参数进行焊接）
ENDFOR
SP3_WELD74_FINISH （焊接结束子程序调用）
SP3_WELD74_FREE （安全行走姿态子程序调用）
SP3_ABS_74(10000) （安全位置）
……
M30 (程序完成)
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二、焊接功能模块：SP3_WELD74_UP(INT).SPF
通过使用西门子 840D 数控系统内部“M”指令，控制焊接时机器人焊接动作全过程，包括焊接前准备：接通焊接电源、冷却水启动、空压机启动等；焊接中：调用焊接参数、执行焊接动作等；焊接后：关闭焊接电源、停止冷却、空压机关闭等，最终实现自动焊接。 子程序 SP3_WELD74_UP (INT _NUMBER)中，变量类型为整形，变量 _NUMBER 功能用于向机器人传递焊接参数类型。
三、自动挠度获取功能模块：GET_POS_Z3.SPF
此功能模块为核心部分，设计严密的科学算法，实现机器人通过 X 绝对坐标值自动计算挠度、获取挠度的功能，大大提高了机器人自动点焊的精度，增强程序的实用性。
对程序 GET_POS_Z3.SPF 关键部分进行详细描述：
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PROC GET_POS_Z3 (程序声明)
DEF REAL Z_0, Z_1 （变量声明；Z_0, Z_1 分别表示特定点挠度值）
DEF REAL dX_0, dX_1（变量声明；dX_0, dX_1 分别表示特定点 X 绝对坐标值）
Z_0= 7.22 dx_0= 16499-7795（为特定点赋予 X 绝对坐标值、挠度值）
Z_1= 10.77 dX_1= 16499-6625（为特定点赋予 X 绝对坐标值、挠度值）
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机器人获取当前位置 X 绝对坐标值在哪两个特定点之间，根据前后特定点挠度计算当前点挠度，并将其值赋予机器人内部参数 R10， 为子程序 SP3_WELD74_STEP.SPF 传递参数，最终计算当前点 Z 绝对坐标值。
IF ($AA_IW[X3] <= dX_1) AND ($AA_IW[X3] > dx_0)
R10 = Z_1 + ( (Z_0-Z_1)/(dX_0-dX_1) * ($AA_IW[X3]-dX_1) )
ENDIF
m17 （子程序结束）
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算法介绍：
假设：特定点 A0、A1；当前点 Ax；dx_0、Z_0、dx_1、Z_1 分别为特定点 A0、A1 的 X 绝对坐标值、挠度值。 如图所示：
四、工件绝对坐标系定位系统：SP3_ABS_77.SPF
该定位系统实现了机器人对工件的定位检测功能， 判断工件是否在合理的误差范围内， 将位置误差自动记录在主程序“R”参数内，自动调整机器人的自动点焊位置并进行报警提示。
五、焊接动作系统
SP3_WELD74_PREPARE.SPF、 SP3_WELD74_STEP.SPF
SP3_WELD74_FREE.SPF、 SP3_WELD74_FINISH.SPF
该系统通过整合调用 4 个功能模块， 实现了整个焊接过程。包括：焊前自由状态、焊前设备准备、焊接参数自动调用传递、焊接开始、焊接过程检测、焊接结束准备等。
该程序已经运用于地铁车辆的焊接生产制造中， 经过实际生产验证，该程序实用可靠、操作简单，真正实现了无人看管、自动焊接、迂回点焊等功能。大幅提高了生产效率，降低了工人劳动强度和生产成本。
京公网安备 11010202007575号