张家宝
（安川首钢机器人有限公司，北京100176）
摘要：
介绍了点焊工作站系统的基本构成，以及适用于安川MOTOMAN 系列工业机器人的专用仿真软件Motosim EG 。使用该软件进行机器人选型、模型导入、工具设置等操作，搭建出MS165点焊专用机器人工作站的完整仿真环境———确认机器人选型和系统布局，验证机器人动作范围，检查工装干涉，验证动作流程节拍，编写离线程序等，并应用于实际生产中。结果表明，应用MotoSim EG 仿真软件编写程序比现场操作更具高效性、安全性，使用离线程 序校准装置能显著提高离线程序的精度，达到了预期效果。关键词：
点焊机器人；MotoSim EG ；离线编程；程序校准中图分类号：TG409文献标志码：B 文章编号：
1001-2303（2019）10-0056-06DOI ：
磨合剂10.7512/j.issn.1001-2303.2019.10.10Application of robot offline programming and calibration in spot welding
ZHANG Jiabao
（YASKAWA Shougang Robot Co.，Ltd.，Beijing 100176，China ）
Abstract ：
The basic structure of spot welding workstation system and the special simulation software Motosim EG for YASKAWA MOTOMAN series industrial robots are introduced.The software is used for robot selection ，model import and tool setting to build a complete simulation environment of MS165spot welding robot workstation ，which includes confirming robot selection and system layout ，verifying robot action range ，checking tooling interference ，verifying action flow rhythm ，writing an offline programming and so on.And it is applied in actual
production.The results show that using MotoSim EG simulation software to program is more efficient and safe than field operation ，and the use of
offline programming calibration device can significantly improve the accuracy of offline programming and achieve the desired effect.
Key words ：
welding robots ；MotoSim EG ；offline programming ；program calibration 本文参考文献引用格式：张家宝.机器人离线编程及校准在点焊中的应用[J].电焊机，2019，49（10）：56-61.
收稿日期:2019-07-18；修回日期:2019-08-27作者简介：张家宝（1987—），男，学士，主要从事机器人仿真及离线
编程等工作。E-mail ：zhangjiabao @ysr-motoman 。
0前言
好爱情就是要算计汽车工业是工业机器人的重要应用领域，以焊
装生产过程中的点焊最具代表性。焊接过程中的噪声及污染影响着操作者的健康，焊接机器人的应用不仅提高了焊接质量和生产效率，更改善了操作者的工作环境。车身零部件厂商为提高竞争力，在焊接生产中大量采用工业机器人已势在必行。
随着工业机器人的普遍应用，仿真和离线编程
技术快速增长和完善。与示教器相比，离线编程具有编程效率高、轨迹精度高等优点。借助仿真软件，可进行机器人选型、焊钳选型、检查干涉、优化布局、预测节拍等工作[1]，并且能够在调试前解决技术难题，缩短调试周期。 本文以单机点焊工作站系统为例，介绍点焊系统基本构成，采用安川仿真软件MotoSim EG 搭建仿真环境，编写点焊离线程序的过程和程序校准方法。
2
仿真环境搭建
2.1
仿真软件
MotoSm EG 是一款专门用于YASKAWA 工业机
器人MOTOMAN 的仿真软件，可用于验证机器人系统的可行性，主要功能是确认机器人选型和系统布局、验证机器人动作范围、检查工装干涉，验证系统动作流程节拍和输出离线程序等。以MotoSi m EG-2017版本为例，软件主界面如图2所示。
图2
MotosimEG-2017软件界面
2.2
机器人选型及设备导入
2.2.1机器人选型
工业机器人种类按应用领域可分为通用型、搬运型、喷涂型、焊接型[3]，以及最新推出的人机协作机
型和生物医药应用型等。随着工业机器人应用领域的推广，型号相应增多，增加了客户的选型难度，初期可根据应用领域、机器人负载和可达范围初步选择，也可借助安川首钢自主研发的负载核算软件Motoman Load GUI 来辅助选型，如图3所示。以安
川MOTOMAN-DX200点焊系列机器人MS165为例，该机型具有动作范围大、运行速度快、负载范围大等优点，适用车身焊接中各个部件的生产。
图3
Motoman Load GUI 软件
2.2.2
机器人及设备模型导入
仿真环境的搭建是离线编程的基础，搭建完整
的仿真环境有助于检查离线编程过程中的干涉、机器人动作路径的规划以及优化，从而精确模拟机器人的运行节拍。在机器人选型完成后，可从仿真软件中预装的机器人模型库（见图4）直接导入MS165机器人到环境中，模型库中包含了安川各个系列控制器的机器人数模，可满足新旧机型的仿真需求。
目前软件中模型的搭建方法主要有两种：一种是软件自带的建模模块进行建模，此功能只能建立
图1机器人点焊系统构成
1机器人点焊系统
机器人点焊系统主要由机器人本体、机器人控岩石力学与工程学报
制柜、变压器、点焊钳、点焊控制器、水冷机、电极修模器及相关水气电管线构成，如图1所示[2]。
简单的模型，MotoSim EG-2017版软件中增加了模型库功能，库中包含安全围栏、控制器、焊等常用的外围设备，可直接调用；二是利用专业的CAD软件进行建模，然后按要求的数据格式转换后将
CAD模型导入软件[4]。利用软件自带的可达性显示功能确定工装的初步合理位置，初步布局如图5所示。接下来综合工件和工装的特点确定焊钳（喉深和喉宽）尺寸，根据工件的材质和厚度，以及焊接
要求确定焊钳的各项参数。焊钳确定后即可验证工件上各焊点的可达性，确定机器人和夹具的最终布置。最后将安全防护栏、电极修模器、冷水机和控制柜等数模导入软件，进一步搭建出完整的仿真环境。一套单机双工位点焊工作站如图6所示。
奥露娜牌左旋肉碱银杏胶囊图5初步布局
圆.3工具设置
工具设置是指焊钳工具坐标系（TCP）的设定。在点焊应用中，将机器人的工具坐标设定到焊钳固定极的电极头上，在仿真软件中可采用设计数据或者尖端点捕捉的方法来获取，工具坐标设置界面如图7所示。软件中还提供了焊钳的重量重心参数，设置此参数可准确测算机器人的运行节拍。在实际调试过程中，示教器上可采用五点示教法来获取工具坐标。
图7工具坐标
3离线程序编写
3.1程序编写
3.1.1控制方式
在点焊项目中，通常会在工件上用球体或柱体表示焊点位置。离线程序的编写就是将焊钳工具坐标移动到焊点位置，获取机器人各轴配合后的动作位置，然后再逆向编程，得到过渡点动作的过程。MotoSim EG仿真软件中提供了OLP功能模块，可用捕捉（自由捕捉、尖端点捕捉、中心点捕捉、边捕捉）功能将焊钳移动到焊点位置，捕捉到球形的中
图4机器人模型库图6完整仿真环境
焊接设备第源9卷
心位置如图8所示，焊钳电极可直接移动到焊点位置。然后调整OLP 功能模块，取消位置（position ）勾
选，选择Z-Axis 功能，可拾取焊接平面的法向方向，即将工具坐标的Z 向调整为与焊接平面法向相同的方向，即可实现焊钳
电极头精确垂直于焊接平面，如图9所示。在现场示教器编程时是无法实现精确垂直的[4]。
图8
捕捉焊点位置
图9焊钳垂直捕捉赫塔米勒
确定好焊点位置后，需使用机器人动作控制面板（见图10），从焊点位置逆向调试出过渡点位置，该面板可显示机器人各轴脉冲值，变成红则表示该轴已达到极限位置。通常需要切换到工具坐标控制，调整R z 来旋转焊钳。此方法的优点是始终保持
焊钳垂直于焊接平面；可调整夹具和机器人的相对位置来解决轴组极限问题。在添加过渡点时，可通过该面板切换机器人运动方式：①在焊点位置，夹具机构较集中，附近的过渡点通常使用工具坐标控制；②焊钳活动空间较大时，采用关节控制；③夹具成一定角度放置时，需使用用户坐标控制。
图10
控制界面
3.1.2
插补命令选择
过渡点插补方式的合适与否直接影响机器人运行时间，程序命令显示界面如图11所示。在夹具结构集中、容易发生干涉的位置用直线插补MOVL ，必要时则增加精度等级来避免干涉；空间较大时采用关
节插补MOVJ ，该方式运行时各轴脉冲变化均衡，动作较快。焊点位置的命令，是可用MOVL 命令加上PL=0来表示该行命令为焊点位置，以便调试人员后期加入焊接命令时方便查；二是在已知焊钳特性文件后，在仿真软件中直接输入点焊命令和点焊参数，包括间隙文件序号、伺服焊钳序号、压力条件文件序号、焊接条件序号等，可节省现场输入参数时间。
猿.2运行检查
仿真软件中的运行检查干涉是离线程序使用
前最为关键的步骤。软件中的脉冲记录功能（见图12）可间歇记录机器人动作，也可通过软件自带的干涉检查功能将夹具和焊钳做成不同的模型组，当机器人运行过程中两个模型组有重叠区域，软件可自动提示。通过运行检查不仅可检查干涉，也可优化焊接工艺顺序和机器人路径。双机工作情况下，可通过软件合理安排打点的先后顺序，从而避免两台机器人出现在同一区域，造成互相等待，如
中华精英联盟
果双机打点路径经过优化后无法实现同时打点，则
需加干涉信号。
图12Pulse record
4校准
离线编程完成后，需要将程序导入机器人示教器并运行使用，离线程序在使用时遇到的最大问题是误差。误差来源主要有两类：一是外部误差，包括机器人和夹具的安装误差、夹具的加工误差等。二是机器人内部误差，即机器人本体在加工制造时产生的误差[5]。相较于外部误差，机器人内部误差很小，可忽略不计，因此在实际焊接工作前，应对离线程序进行安装误差的校准。在此介绍一种消除安装误差的装置及使用方法。
一种新型的利用点焊钳进行安装误差校准的机构如图13所示，该机构包含连接板和检测针，6个检测
针的方向可满足C 型、X 型两大类型焊钳的校准，其优点是无需对焊钳加装其他装置即可校准。校准机构的安装位置应在机器人可达范围内，一般在靠近机器人侧的夹具基板两边安装，如图14所示。对于多套点焊夹具，仅需在基板上打好安装孔，调试时仅拆装校准机构使用即可。
图13点焊校准机构
图14校准机构安装位置
其次，该校准机构需和安川机器人专用校准软件MOTOCALV （见图15）配合使用来实现离线程序的校准[5]。MOTOCAV 软件提供了机器人校准、工具尖端点校准、安装误差校准5种不同的校准工具。本文中利用安装误差校准工具来实现离线程序校准，其原理是在仿真软件中在校准机构的检测针（即为特征点）位置生成一个四点程序，然后使用实际机器人在现场校准机构上同样位置也生成一个四点程序。利用这两个程序可在MOTOCALV 软件中计算得到现场和仿真中工装与机器人相对位置
图11程序界面
焊接设备
第源9卷
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议