基于車焊一體柔性制造單元的激光校驗程序應(yīng)用

針對車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)，編寫和添加激光校驗程序，實現(xiàn)激光校驗自動化，減少人為操作造成的誤差，提高激光校驗穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，增加工作效率，提高摩擦焊機床的調(diào)試效率。1

序言新能源汽車中，動力電池直接決定了車輛的續(xù)航里程，動力電池的質(zhì)量、安全、性能以及可靠性，都直接關(guān)系到汽車的使用[1]。電池銅鋁復(fù)合極柱是電池的重要組成部分。車焊一體柔性制造單元即摩擦焊，主要用于新能源汽車電池銅鋁復(fù)合極柱的全自動摩擦焊接。摩擦焊接技術(shù)是一種優(yōu)質(zhì)、高效且清潔的先進制造工藝[2]。設(shè)備可完成銅片的自動上料、銅片自動切削、鋁棒自動鋸切、鋁棒自動上料、自動摩擦焊接以及針對摩擦壓力、摩擦?xí)r間、頂鍛壓力等參數(shù)是否合格的自動判斷及分揀等功能。該設(shè)備主要由床身、銅片切削單元、銅片上料機構(gòu)、鋁棒上料機構(gòu)、全自動鋸床以及液壓伺服尾座等部分組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對于汽車電池中的電池銅鋁復(fù)合極柱來說，車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。因此每臺摩擦焊機床出廠之前都需要對各軸進行激光校驗檢測，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PLC編程的，程序固定。以現(xiàn)有的控制程序，只能通過手動移動各軸來實現(xiàn)激光校驗，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，費時費力，并且不符合標(biāo)準(zhǔn)化流程，無法控制人為變量，存在一定的誤差。因此，對于激光校驗程序的優(yōu)化勢在必行。2

技術(shù)方案為檢驗?zāi)Σ梁傅乃欧ㄎ痪?，添加摩擦焊自動激光校驗程序是很有必要的。主要目的是將激光校驗工作從手動操作改進為只需要啟動一次就能完整完成，減少人為操作造成的誤差，提高激光校驗穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，提高工作效率。另外，通過對摩擦焊程序的研究，編寫和添加激光校驗程序，實現(xiàn)激光校驗自動化。2.1

激光校驗要求X軸激光檢測方法：X軸回零，激光清零，倍率100%狀態(tài)下，每段依次進給－10mm，暫停4s，移動到坐標(biāo)終點處暫停5s，然后每段進給10mm，暫停4s，移動到坐標(biāo)0處，暫停5s。重復(fù)上述動作5遍。Z軸激光檢測方法：Z軸移動到坐標(biāo)10處，激光清零，倍率100%狀態(tài)下，每段依次進給－2mm，暫停4s，移動到坐標(biāo)－10處暫停5s，然后每段進給2mm，暫停4s，移動到坐標(biāo)10處，暫停5s。重復(fù)上述動作5遍?；_液壓伺服軸激光校驗方式與上述方法相似。使用GB/T17421.2—2000進行評價。其中如果超過4s數(shù)據(jù)仍采集不到，需要機械和電氣進行調(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步驟實現(xiàn)自動控制。由于激光校驗的邏輯與實際加工程序邏輯上存在著很大的不同，每個軸需要進給的行程和步進量也存在不同，按照邏輯需要對摩擦焊的梯圖和WINCC軟件進行更改，這對原來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，對各軸的距離和動作進行控制。用正負(fù)向移動輸入，配合各軸選通的條件，將程序固定，將激光程序做成一個功能，在不影響加工程序的基礎(chǔ)上，完成激光校驗程序的改動。界面功能按鍵如圖1所示。圖1界面功能按鍵2.3激光校驗程序編寫用SIMOTIONSCOUT軟件打開程序進行更改，確定激光校驗程序邏輯，對梯形圖進行基礎(chǔ)編寫，再結(jié)合實際動作情況對梯形圖進行更改和優(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，置位M77，M80自動程序啟動，激光程序開始，如圖2所示。圖2激光程序開始PLC程序邏輯：選擇響應(yīng)的軸后，延時4s觸發(fā)M51軸負(fù)向移動，移動距離為圖1中所選步進量的大小。正負(fù)向移動程序如圖3所示。當(dāng)計數(shù)器達到前進設(shè)置次數(shù)時，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，當(dāng)正向移動相應(yīng)的次數(shù)時，執(zhí)行反向程序，并且計數(shù)，計數(shù)程序如圖4所示。圖3正負(fù)向移動程序

圖4計數(shù)程序重復(fù)上述過程，達到5次時程序結(jié)束，復(fù)位中間地址M77、M78、M79和M80，如圖5所示。PLC程序中符號信息見表1。圖5復(fù)位

表1符號信息2.4激光校驗程序試驗將編寫完成的激光PLC程序裝載到D425模塊中，調(diào)試檢測各部分功能并與原機床對應(yīng)功能相比較，確認(rèn)新程序不對設(shè)備原有功能造成影響，且各個部分功能無其他問題之后開始激光校驗試驗，查看激光數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。經(jīng)試驗，程序運行成功，根據(jù)現(xiàn)場摩擦焊機床裝配后的激光校驗情況，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)。此次激光校驗程序試驗的成功，提高了設(shè)備激光采集率，減少了人為誤差，降低了工作時間，提高了機床調(diào)試效率，更加精準(zhǔn)便捷地解決了在設(shè)備激光校驗過程中產(chǎn)生的問題。圖6激光數(shù)據(jù)1

圖7激光數(shù)據(jù)23

結(jié)束語本項目主要針對摩擦焊設(shè)備，通