转向架构架侧梁自动装配焊接技术研究

倪宝成 方孝钟

[摘 要]通过对某型转向架构架侧梁工位制的快速装配技术进行深入研究，利用视觉识别和激光焊缝寻位技术，开发一套适于转向架构架侧梁的快速装配自动化焊接站。该工作站能够达到0.5mm的装配精度，实现转向架构架侧梁基于工位制的自动装配与焊接。

[关键词]工位制；快速装配；转向架；自动化焊接站

中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0028-01

1 前言

随着铁路客车不断提速，对转向架构架的焊接质量要求也越来越高。自动化焊接具有质量稳定、生产效率高等优点，目前已经广泛应用于铁路客车转向架构架产品焊接生产制造中[1]。采用焊接机器人焊接各型客车转向架，充分发挥了机器人焊接质量稳定、焊缝空间位置最佳、及焊接效率高的特点，有效地保证了客车转向架的焊接质量，提高了轉向架的可靠性。同时，针对生产线上工业机器人的柔性和智能水平不高的问题，将日益发展的计算机视觉技术引入原有的搬运工业机器人领域，利用机器人视觉技术获取工件及其周围环境的信息，识别出了所要操作的目标工件，并能通过做出决策来引导工业机器人完成对工件的抓取和放置等操作[2]。通过对基于工位制快速装配技术的研究，结合转向架构架产品的特点，开发一款基于工位制的快速装配自动化焊接站，实现转向架构架焊接装配工序的快速、稳定、可靠，达到提高产品质量，减少成本的目的。

2 转向架构架侧梁结构

某型转向架构架侧梁由侧梁下盖板、侧梁内腹板、侧梁外腹板、节点座、侧梁筋板、弹簧筒组成，结构如图1所示。

3 自动化焊接工作站

3.1 自动化焊接工作站介绍

自动焊接站利用视觉识别和激光寻位技术，实现转向架构架侧梁的自动装配焊接。具备以下几个生产功能：工件的自动抓取，工件的自动装配和工件的自动点固。自动化焊接工作站整体布局如图2所示。

3.2 自动化焊接工作站组成：

自动化焊接工作站由1-零件料架、2-搬运机器人、3-变位机及夹具、4-焊接机器人、5-龙门滑台、6-电器控制柜组成。

3.3 设备描述

（1）零件料架：零件料架将工件进行初定位。

（2）搬运机器人：机器人工作时，首先由视觉系统对工作环境进行扫描并搜索目标工件，识别出指定目标后，由上位机利用已经开发好的程序计算指定目标的相对位置及方向，再将图像数据传输给下位机，下位机根据计算结果自动制定控制参数，驱动执行单元完成抓取任务[3]。

机器人的抓具上安装不同磁力的气磁铁，可通过压缩口气控制磁铁有无磁力来完成零件的抓取和放下，通过切换不同的磁铁，实现大小形状不同的工件的抓取。

工业机器人视觉定位系统通过采集电视背光板的特征图像，利用计算机视觉原理计算出电视背光板上料的位姿偏差，引导机器人完成PCBI卡合工作。工作原理如图3所示。

（3）变位机：由于机器人本身自由度的限制，必须有焊接变位机与之配合才能更好的完成焊接要求[4]。

（4）焊接机器人：弧焊焊接机器人吊装到龙门滑台上，自动对工件进行点固，焊枪上装有META激光跟踪系统，可对焊缝进行在线跟踪寻位对示教轨迹进行修正，实现对工件进行精准点固。

（5）电器控制柜对整个工作站进行控制。

3.4 装配精度

工业机器人因其良好的定位精度而被广泛应用于堆垛、搬运、焊接等工业领域，但其绝对定位精度低，限制了其在高精度制造领域的应用。通过构建工业机器人误差测量与在线补偿闭环控制系统，对工业机器人的误差进行在线补偿。[5]搬运机器人的重复定位精度±0.2mm，在可视系统的补偿下，机器人的定位精度将高于±0.5mm。

4 结论

通过基于工位制的快速装配技术的深入研究，依托某型转向架构架侧梁作为研究对象，开发的适于转向架构架部件的快速装配焊接的自动化焊接站，能够达到0.5mm的装配精度。

参考文献

[1] 高德佳.B型地铁转向架构架侧梁自动化焊技术开发与应用[J].现代焊接，2016，（7）期30-32.

[2] 夏群峰.基于视觉的机器人抓取系统应用研究综述[J]机电工程，2014，（6）：697-701.

[3] 王修岩.基于单目视觉的工业机器人智能抓取研究[J].机械设计与制造，2011，（5）：135-136.