机器人工作站在变压器生产制造中的应用
摘 要：详细介绍了机器人工作站的基本组成，并从实用的角度分析了运用该系统实现变压器在日常生产制造过程中运用智能化手段完成高压线圈绕制、连接触点放电焊接、电阻质量判定等工业生产环节和质量任务，同时对影响该系统自身正常运转时出现的各种错误和故障进行了原因判断和维修维护方法研究。该工作系统能够完成各级工科院校在自动化生产和智能制造领域的实验实训教学和变压器生产制造企业在生产经营活动中完成手工操作向人工智能生产制造领域的转变具有重要的指导意义和实践作用。
中国论文
关键词：机器人工作站 变压器自动化生产 实验实训教学 生产经营活动
中图分类号：TB49 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00
变压器是利用电磁感应的原理改变交流电压的装置，主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换等，按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器等。随着变压器行业的快速发展，对各类变压器装置的性能参数、质量等级、使用寿命等提出了更加严格的要求和更高的发展目标，目前随着原材料性能的提升以及智能制造技术的出现和发展，能够研发并制造出性能优越，质量过硬的各类变压器产品已经成为各生产制造企业和科研机构的首要任务，传统的手工制造方式已经不能有效满足各类变压器的生产要求，同时人工操作的固有偏差性和人为差异不同程度地影响着变压器的质量和使用寿命。为此，有必要设计一套人工智能化柔性生产制造系统，使变压器生产制造去人工化，实现变压器智能化生产。
1 工作站设计方案
变压器自动化生产工作站是一个实际应用系统，包括硬件系统的详细设计和软件系统的编写优化。在硬件设计中，经过研究分析，最终确定该系统应包含以下三部分功能机构，分别是：（1）变压器绕制；（2）变压器搬运；（3）变压器焊接和质量检测。在软件设计中应包含以下四部分功能程序，分别是：原点复位、绕制程序、搬运动作、放电焊接和质量检测。
2 系统硬件设计
对硬件结构进行设计，主要包括如下三个部分。
2.1 变压器绕制部分
选用NITTOKU全自动高速绕线机，最高转速可达10000 RPM，实际使用控制在5000～6000 RPM，加减速时间控制在3～5 s，可以满足24 h不间断生产，同时通过编制绕线程序控制机器运行，绕制状态稳定高效，中途断线可将电子信号传递至搬运系统，机械手可直接将不良品送至不良品区。
2.2 工件搬运部分
工件在搬运过程中为达到不同位移要求，故分为机械手搬运，搬运车搬运，转换夹搬运三个部分。
机械手主要负责在抓取骨架和将绕制完成的线圈进行焊接和检测时进行工件位移，经过选择后，可选用MITSUBISHI-RV-6SDL型工业机器人，此种型号最大可承重6 kg，具有6自由度方向，可在立体空间任何一点进行位置编辑，具有移动精度高，工作稳定的特点。
搬运车和转化夹主要负责在绕线机和后续生产系统之间的工件位置相互转移，可利用尼龙块制作搬运车，并将其固定在传送带上，转换夹可选用钢质材料，夹取工件时有力度，耐磨度高。
2.3 变压器焊接和检测部分
焊接部分采用PC-PAS 301t型放电焊机，焊接时注意须调整放电电流至1.0～2.0 A之间，放电时间控制在0.5～1.0 s之间，焊接时与插针有接触的顶针在完成焊接操作500次后，须进行打磨处理，并检查牢固程度。
检测部分采用HIOKI 3541型电桥，使用时须依据生产作业指导书的要求设定电阻值合格范围，对于合格品和不良品可由绿灯和红灯指示，与线圈插针接触的顶针须检查其牢固程度和氧化情况，有问题时须及时更换。
3 软件系统设计
软件系统分为以下四个部分。
（1）工作站复位程序。
在每日开机后和机器故障修复后，需要将工作站的各个机械电气部分进行原点复位，其中包括机械位置的校正，传感器检测是否正常，工作站各系统有无故障等。
（2）变压器绕制程序。
变压器绕制程序应符合绕制规则，编写后的程序须经过实验试生产，并逐步优化绕线程序。
（3）各部搬运程序。
具体编写搬运程序时，先编写主体框图，按照工作的先后顺序编写顺序流程图，存储为主程序。然后依次编写各部位搬运的具体程序，并存储为子程序。
（4）焊接和检测程序。
编写焊接程序应根据搬运程序的信号触发焊接程序，同时，可依据示教手柄检证插针最佳焊接位置，要求须正对插针顶端，距离1～2 mm。
检测程序即收集传输过来的电阻值大小，看是否符合设定要求，符合亮绿灯，超出范围亮红灯，达到质量检测的效果。
4 工作站调试和故障修复报告
4.1 使用环境
工作站可在4?O的区域内进行布置，供电电压为AC 220v 50～60 HZ，气动部分须接压缩空气，焊接部分须接氩气。
4.2 系统调试说明
根据方案的要求，调试过程共分3大部分：硬件调试、软件调试、软硬件联调。硬件进行手动调试，观测有无撞击和运动不畅，软件进行模拟调试，在编程软件中进行示教演示，找寻可优化程序点，进行逐一优化，软硬联调为试生产调试，让工作站依据控制程序自行进行生产，看有无错误报警和可改进的地方。
4.2.1 硬件调试
（1）变压器绕制机、搬运车的滑轨的滑动部位动作缓慢，发现缺少油脂，随即涂抹油脂，减小摩擦，故障得以修复。（2）机械手抓取工件时，与夹具配合较紧，发出较生硬的声音，随即拆下较紧夹具，对配合部位进行细微研磨，磨薄0.3 mm后，故障得以修复。
4.2.2 软件调试
（1）绕线程序在编制完成后，模拟时出现语法错误，检查时发现A，B程序块同时运行时，程序块跳离语句少编入一字符，导致语法错误，随即编入该字符，故障得以修复。（2）搬运车程序出现限位报警，检查程序时发现，搬运车在左移动时的位置量编写错误，导致触及限位报警，随即更改位置量，故障得以修复。
4.2.3 软硬联调
（1）绕线程序存在绕制偏槽的现象，通过更改槽间起绕位置，故障得以解决。（2）机械手在抓取线圈进行焊接时，出现焊接不良，经分析原因为焊针和插针未正对，随即对机械手和焊针在程序中的位置进行微调，在保证正对和距离1～2 mm后，焊接良好，故障得以修复。
5 结语
以工业机器人为核心的变压器自动化生产工作站是结合笔者个人所学和工作经验逐渐积累并实践总结出的，是笔者对机器人和自动化技术的理解和应用，这类制造系统在保证产品质量稳定性、提高生产效率、促进制造柔性化等诸多方面具有积极的促进作用。
参考文献
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