汽车车身自动化焊接生产线1．前言A3车型是奇瑞公司的战略转型车型，为打造五星安全品质，对该车型提出更加苛刻的质量要求。

焊装车身的制造水平提高依赖于先进的焊接设备，公司引进柯马公司的自动化生产线，完成车身下部和车身总成的焊接任务，以符合更高的焊接质量要求。

第一部分 A3自动化生产线设计纲领第二部分电气控制系统第三部分点焊机器人系统第四部分其他系统4.1滚床系统4.2OPENGATE4.3机械化输送悬链和BUFFER4.4车型识别和生产管理系统4.5激光检测系统4.6安全系统第一部分A3自动化生产线设计纲领主要负责A3三厢和A3两厢两种车型白车身总成的生产，下部线和主焊线是混线自动化生产线，年产能约为20万辆。

车身下部线完成发动机仓、前地板、后地板等总成零件的拼装焊接工作，适应车身下部高强度的焊接要求。

主要由27台机器人完成焊接工作、零件抓取，整条线还包括自动化输送悬链，零件缓存器。

主焊线主要是完成车身下部、侧围、顶盖、包裹架等总成的拼装焊接工作。

由滚床、OPENGATE、和31台机器人组成。

主焊线OP130工位为在线激光检测系统，由4台机器人带动激光检测系统，对车身尺寸关键点进行在线检测。

第二部分电气控制系统A3自动化生产线共有两个部分组成,分为车身下部线和主焊线,有5条空中输送线,工艺流程为发动机仓、前地板、后地板分别由3条输送线输送至车身下部线，车身下部经空中输送至主焊线，然后通过空中输送线输送至调整线。

整条生产线有车型识别系统一套，辊床一套、涂胶设备8套、COMAU机器人62台，采用SICK的安全保护设备，采用带有安全集成功能的CPU 416F-2的西门子PLC。

控制部分的采用工业以太网和PROFIBUS（现场总线）连接，见图控制部分示意图。

控制部分示意图现场总线PROFIBUS,是用了7层模型的1、2层，精简的结构保证了数据的高速传输。

主要应用于现场分散的I/O设备。

PROFIBUS-DP网络由以下几部分组成（如图2）：1主控器（PLC）;2现场I/O模块（ET200S），用于连接各种I/O 设备；3其他智能装置，如变频器，触摸屏等；4.网络附件（交换机等）。

它能够直接完成设备的顺序、连锁、闭环控制，完成过程参数的采集以及报警功能。

PLC下面的从站模块通过两条PROFIBUS支路进行硬件配置分别有1.MPI网络的网络模块配置2.DP网络的模块配置。

PLC与PLC之间的通讯通过DP/DP COUPLER 完成。

PLC与PLC之间的通讯通过DP/DP COUPLER完成两条自动化生产线和5条空中输送线由CPU 416－2DP、CPU 315－2DP的13台西门子PLC控制。

PLC可向系统提供分析设备运行状态和发生故障点的信息。

每条生产采用1台西门子人机界面PC870进行控制，通过自身的MPI接口与PLC 连接，内部安装西门子组态监控软件WINCC。

整条生产线采用两种总线模式，PLC 与机器人间及PLC与I/O设备之间采用PROFIBUS现场总线进行通讯。

PLC与PLC 间的通讯全部采用西门子生产的CP443—1交换机进行通讯和数据交换。

机器人和人机界面采用PROFIBUS通讯协议，开关、电磁阀、按钮、指示灯、I/O从站等全部采用现场总线，区域内PLC间的通讯通过DP/DP Coupler进行信号交换，区域间的PLC通过工业以太网进行通讯。

这种总线的组合方式，节约了大量的接线工作，同时实现对整个系统的控制，过程状态显示、故障报警信息的显示，使得整个系统操作简便、维护方便、可靠性高。

西门子的人机界面HMI为整条生产线的运行与维修提供了强大的保证。

在机器人界面上通过组态软件进行动态调试、人机界面按操作菜单分为工位平面布置图见图2、各设备状态图见图3等。

人机界面能够显示线内的设备分布状态、并用不同的颜色显示设备的不同状态、如运行、停止、故障等信息。

子菜单内可显示PLC与I/O的状态图3，显示变频器（）、机器人的故障信息见图4。

当有故障时能自动弹出报警信息，并对报警信息进行记录进行归档统计，保留历史故障记录，为日后维修与点检设备时提供参考依据。

设备平面布置图设备状态网络通讯监控设备故障信息所有的操作界面使用西门子公司的HMI，避免了传统的面板接线复杂、劳动强度大、观察、维修不方便的弊病。

在该生产线中成功地应用了西门子公司的SIMATIC产品的技术，其中Profibus场总线和工业以太网技术在该系统中起到关键作用。

第三部分点焊机器人系统在汽车焊接工艺中，点焊占整车焊焊接的很大一部分，奇瑞A3自动化生产线焊接系统主要由点焊机器人系统系统组成。

点焊机器人系统包括机器人本体、机器人控制器、点焊控制器、自动电极修磨机、自动工具交换装置、气动点焊钳、水气供应的水气控制盘等。

A3点焊机器人系统全部采用COMAU工业机器人及相关设备。

这些点焊机器人通过控制系统可以进行A3两厢车型和三箱车型的自动识别和切换。

焊接机器人系统焊接机器人是典型的机电一体化高科技产品，功能强大、操作简便。

点焊机器人系统的控制方式是：由机器人控制柜通过通信网络同生产线PLC西门子控制柜构成机器人焊接生产系统。

机器人系统内的点焊控制器、自动电极修磨机、自动工具交换装置、水气控制盘等装置由机器人控制。

机器人系统根据上位PLC 的车型信号输入来调用对应的机器人焊接程序进行车身装配焊接。

3.1中频焊接技术的应用为了使A3获得更加优异的碰撞性能，在A3的车身结构中，大量的采用高强度钢板，同时纵梁等关键结构采用激光拼焊钢板，传统的工频焊接技术无法使得在焊接高强度钢板时获得最好的剪切强度和抗疲劳强度。

为了克服工频焊接技术的弊病，在车身下部线采用中频焊接。

在A3线中采用BOSCH中频焊接控制器和NIMAK的中频焊钳。

中频焊接技术使得机器人焊接的优异性能进一步提升,中频焊接得优点主要有，相对工频焊接为直流焊接，变压器小型化、提高电流控制的响应速度，实现工频控制无法实现的焊接工艺，能够对三相电网平衡，中频焊接的功率因数高，节能效果好。

3.2涂胶系统的应用涂胶系统主要涂车身骨架的点焊密封胶和隔震胶。

自动胶枪由机器人携带，具有涂胶轨迹一致性高、胶用量控制准确、涂抹后的胶条形状统一等优点。

涂胶系统为A3车型获得更加优异的降噪性能提供了很大帮助。

供胶系统采用GRACO 公司高粘度供应系统。

包括:55加仑压盘一个和5加仑压盘一个、气动柱塞泵、升降器。

流体由泵输出，泵出口装有双过滤装置对胶进行过滤。

再经过高压软管连接到GRACO P-FLO LT。

供料泵采用双泵自动切换方式，设备具有自动切换及空桶报警功能：一泵处于工作状态，一泵处于待命状态。

当工作泵胶桶中的胶用完后，系统发出报警，自动切换装置自动将工作泵切换至另一待命的泵，此时待命的泵成为工作泵。

供胶泵具有双泵切换功能，在换桶时不影响自动涂胶系统的正常工作，有效的提高了生产线的工作效率。

流量控制采用美国GRACO P-FLO LT精密流量控制器，包括：控制箱，电缆，流体盘，气动隔膜调压，流量计等。

GRACO P-FLO LT流量控制的工作原理为机器人提供速度的模拟量信号，控制板控制气动隔膜调压即时调整胶的压力，并通过流量计和压力计提供实时精确流量和压力即时修正，形成一个闭环控制，从而实现精确定量控制要求。

枪的出胶量随机器人速度的变化而变化。

3.3自动电极修磨机的应用在主焊线上，为了实现生产装配的自动化，提高生产线节拍，分别为每一台点焊机器人配备了自动电极修磨机，实现电极头工作面氧化磨损后的修锉过程自动完成。

同时也避免了人员频繁进入生产线带来的安全隐患。

电极修磨机由机器人的内置PLC控制，示教专门的电极修锉程序来完成电极修锉。

同时根据修锉量的多少来对焊钳的工作行程进行补偿。

使用焊接机器人的优点：不仅使生产效率提高了，而且使焊接生产过程变得规范化，使产品质量得到稳定和提高。

第四部分其他系统4.1滚床系统A3自动化生产线整条线使用滑撬输送，输送时间为18秒。

其输送路线为：升降段输送空滑撬到UB10#——滚床输送——UB110#——升降段输送——MB10#——滚床输送——MB150#——升降段输送。

下图为西部线滚床滑撬系统。

图1. 下部线滚床滑撬系统滚床系统结构如图2所示，其工作原理为：控制信号发出，传输电机接收信号，开始工作，滑撬通过摩擦滚轮进入工位，感应器感应，输送电机停止，升降电机接收到控制信号，开始启动，升降摆臂单元驱动，滚床开始升降，下降定位后，焊接机器人进行焊接，焊接完成后，控制信号发出，升降电机运行，滚床上升输送电机运转，滚床上升到位，运输电机气动，滑撬运行并进入下一工位。

图2. 滚床结构4.2 OPENGATEM11/2主焊线设计生产节拍为100秒，可进行M11、M12两车型的任意混流，并考虑第三车型的预留。

其中MB30# & MB40# & MB50# 主拼工位占用了三个工位，形式为COMAU公司标准的OPENGATE，具有柔性高，阶段投资，改造方便等诸多优点。

其自身的结构特点较四面体翻转也有可采用侧围预装、两侧施焊空间大等优点。

图1. 主线OPENGATEOPENGATE即主拼夹具，COMAU公司OPENGAT是以夹具体为基础，采用门形式，结合传感器，利用PLC进行控制。

OPENGATE和焊接机器人系统通过总控制系统进行配合工作，最终实现车身的定位、夹紧和焊接。

OPENGATE由夹具本体，气路系统，感应控制系统组成。

A3主线OPENGATE本体，采用门形式，底座采用直线导轨，通过推力电机进行定向（Y向）移动。

X 向预装直线导轨，可以进行车型切换，这样有利于进行阶段性投资和改进。

气路系统采用集中供气，由执行元件（气缸）、控制元件（气阀）和辅助元件组成。

感应控制系统由电磁传感器、PLC（可编程控制器）和计算机控制系统组成，可以实现夹具的信息采集和自动化控制。

OPENGATE工作过程。

主线白车身预拼后进入OPENGATE，OPENGATE本体进行闭合，闭合过程中进行侧围和底盘的定位，使白车身预拼位置符合设计要求；定位后电磁感应系统进行工作，检查定位是否准确，如果无误，夹紧机构进行动作，将车身夹紧；如果有误，报警系统进行报警， OPENGATE进入暂停状态，同时控制系统显示出现问题的地方和原因，待问题解决后系统继续进行工作。

夹紧后感应装置进行夹紧状态检查，如果出现问题，则系统暂停并报警，如果夹紧状态正常，焊接机器人开始工作，进行焊接，焊接完成后，OPENGATE夹紧机构打开，门式夹具体打开，白车身进入下一道工序，OPENGATE等待下一辆白车身进入。

OPENGATE的特点。

COMAU公司OPENGATE侧围合拼采用预装形式进行预装配，侧围合拼焊接工位，采用侧滑形式进行侧围的夹具切换，M11和M12侧围部分的夹具采用共用设计。