谢元立、李万君、张晓峰、高国星
中车长春轨道客车股份有限公司 吉林省长春市 130062
摘要 本文简单介绍了CLOOS焊接机械手接触传感器的基本使用方法,并阐述了接触传感器的基本功能及扩展功能在轨道客车转向架自动焊接中的具体应用。
关键词 接触传感器 焊接机器人 转向架
前言
随着我国工业化进程的不断加速，自动化焊接技术得到了迅速发展，用机器人焊接代替人工焊接已经成为全球工业制造必然的发展趋势。近十年来在我国轨道车辆生产制造中，机器人自动焊在特定领域正在逐步替代传统的人工焊接。高效的机器人焊接在显著提高焊接生产效率的同时，还提升了产品焊接质量，改变了工人的操作环境，很大程度上降低了工人的劳动强度。
目前机器人焊接生产领域对焊接程序的编制，基本采用是人工示教编程的方法。此种编程方式要求编程人员不仅要有相关的理论知识、扎实的焊接工艺基础，还要充分了解焊接机器人本身的性能、特点和众多扩展功能的用法，所以就对编程人员的素质能力提出了更高的要求。
本文将在以下内容以德国CLOOS电弧焊接机器人为例的谈一谈接触传感器在转向架自动焊接中的应用方法。
正文
一、CLOOS焊接机器人接触传感器的简介：
每种类型焊接机器人都有独到的编程模式和编程语言。CLOOS焊接机器人的编程语言为Cloos Advanced RObot LAnguage 即C A R O L A克鲁斯机器人高级编程语言。CLOOS焊接机器人的程序分别由文件后缀为P的点码、文件后缀名为S的源码、文件后缀名为Z的机器码等三个部分组成。其中点码是构成机器人运动的重要部分，也是接触传感器工作的主要对象。
CLOOS焊接机器人接触式传感器的应用表现为焊枪的气体喷嘴用作主触点与专用探针作为主触点两种方式，本文重点描述的是气体喷嘴式接触传感。喷嘴传感器装置HS700K有两个不同的接触电压，一种是60V电压为接触传感器的标准应用；一种是700V无伤害的接触电压用于工件表面导电性不好，如锈蚀、预处理漆等工件的特殊应用。它是是通过带电的喷嘴或接触环与工件的触碰来确定工件位置。
接触传感器的工作方式如右下图所示：
1、使机器人沿工件接触面的垂直方向进行移动。
2、机器人通过数字输出使传感器开关接通控、（1/2=700V/60V）
3、通过电压接通开关来控制的气体喷咀
4、机器人开始探测移动
5、如果接触到工件电路关闭
6、机器人控制得到数字1信号并停止移动
7、通过程序运行计算工件的偏移量
通过以上步骤就实现了完成了焊接机器人信息采集的过程。接触传感器是操作者通过机器人实现智能判断焊缝位置的重要部件，在没有更高级的视觉传感器的条件下接触传感器就是机器人的眼睛。正确的应用能够解决由于工件位置偏差造成的各种焊接质量缺陷，下面就谈一谈CLOOS接触传感器的基本应用。
二、CLOOS焊接机器人接触传感器的基本应用
对于CLOOS焊接机器人接触传感器来说它的基本应用就是寻踪定位，此功能适用于所有轨道车辆转向架部件的焊接中。在生产制造过程中由于零部件组对的尺寸偏差、工件加工偏差以及工装定位的偏差等都会造成实际焊缝位置与原程序位置的差异，那么通过接触传感器的使用可以使焊接机器人自动调整原程序的焊接起点的位置，从而达到准确的施焊效果。
具体应用方法如下：
1、程序编辑
通常在一个部件中会有若干条焊缝存在，为了保证焊枪的准确定位就需要很多传感器的定位。为了简化程序我们通常会把传感器部份以子程序的方式编辑然后在主程序中调用。接触传感的程序结构为下图所示：
.png)
如上图所示：首先通过SET（1）命令打开传感器，然后通过点到点运动命令GP将焊枪运行到焊缝的起点附近，接着通过直线运动命令GC让焊枪沿着搜索路径移动，待焊枪触碰到工件时，焊枪立即停止运动。然后计算机在该位置自动生成一个“点”，接着再通过“CHENGE”命令将生成的这个点与源程序中的点之间的位移量进行平移，从而达到校正一个方向焊缝位置的作用。
通常情况下我们需要分别在X、Y、Z三个方向都要进行校正，所以我们通过在工件三个方向的触碰得到相应的位移量，并通过三个方向位移量的叠加来校正一个点。由于在实际产品中每条焊缝的路径都是由若干个点组成，我们只需要对焊缝的起点的位置校正即可，然后再配合电弧传感就可实现机器人的自动化焊接。
三、CLOOS焊接机器人接触传感器的扩展应用
对于CLOOS焊接机器人接触传感器的作用，不仅限于触碰定位这种最基本的应用还可以利用接触传感器与焊接机器人的GETPOS(A)(R)、STORPOS(A)(R)等编程命令配合使用精确计算出点与点之间的距离，最后再通过机器人的运动命令就可以让机器人更加智能的按照实际焊缝的变化而动作。例如：可以利用CLOOS焊接机器人的接触传感器解决轨道客车转向架构架平对接焊缝坡口边缘高低不平的问题。如上图所示：由于其它一些因素影响在构架的合成过程中偶尔会出现焊缝两侧高低不同的现象而这种问题，而且高低差会有所不同。如果在这种情况下利用固定的程序进行焊接，就会出现咬边、未填满等焊接缺陷。
为了避免上述问题的发生，我们焊接之前就需要利用接触传感器进行判断然后通过程序命令自动调整焊枪角度或者焊接参数。首先利用焊枪喷嘴接触焊缝坡口左侧的平面获得第一个接触点1000点，然后通过以下命令读出该接触点的坐标值，本实例当中只取Z1值即可。 GETPOSA(1000;SPE,IPOL,STA;1;X,Y,Z1,AL,BE,GA;E1,E2,E3)接着利用焊枪喷嘴接触焊缝坡口右侧的平面再获取第二个接触点1001点，然后通过GETPOSA命令读出该接触点的坐标值，本实例当中只取Z2值即可。GETPOSA(1001;SPE,IPOL,STA;1;X,Y,Z2,AL,BE,GA;E1,E2,E3)接着通过机器人命令STORPOSA 计算出两平面的高低差如下所示：
STORPOSA (PNR,SPE,IPOL,STA;1;X,Y,Z1-Z2,AL,BE,GA;E1,E2,E3)
假设Z1-Z2=5MM，那么就证明此对接焊缝的平面的高度差为5MM。为解决高低差对焊缝质量的影响我们就通过STORPOSA命令通过对AL、BE、GA及E1、E2、E3等点的坐标赋值让焊枪改变一定角度或者通过外部轴进行一定角度的旋转使焊缝置于船型位置再进行焊接。
通过上述对CLOOS焊接机器人传感器的扩展应用就解决了生产中的实际问题，让机器人能够更加智能的为生产服务从而在生产效率提高上和产品质量提高上发挥更大的作用。
参考文献：
CLOOS操作与编程说明书
卡尔克鲁斯焊接技术（北京）有限公司
我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势
来源于《防护工程》2018年第2期?? 作者：张成武