基于车焊一体柔性制造单元的激光校验程序应用

针对车焊一体柔性制造单元即摩擦焊设备，基于SIMATICWINCC控制软件组态SimotionD425和各轴模块等组成的控制系统，编写和添加激光校验程序，实现激光校验自动化，减少人为操作造成的误差，提高激光校验稳定性和准确性，增加工作效率，提高摩擦焊机床的调试效率。1

序言新能源汽车中，动力电池直接决定了车辆的续航里程，动力电池的质量、安全、性能以及可靠性，都直接关系到汽车的使用[1]。电池铜铝复合极柱是电池的重要组成部分。车焊一体柔性制造单元即摩擦焊，主要用于新能源汽车电池铜铝复合极柱的全自动摩擦焊接。摩擦焊接技术是一种优质、高效且清洁的先进制造工艺[2]。设备可完成铜片的自动上料、铜片自动切削、铝棒自动锯切、铝棒自动上料、自动摩擦焊接以及针对摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力等参数是否合格的自动判断及分拣等功能。该设备主要由床身、铜片切削单元、铜片上料机构、铝棒上料机构、全自动锯床以及液压伺服尾座等部分组成，结构复杂。对于汽车电池中的电池铜铝复合极柱来说，车焊一体柔性制造单元的稳定性是非常重要的，直接影响到复合极柱的产品质量，关系到电池的质量和寿命。因此每台摩擦焊机床出厂之前都需要对各轴进行激光校验检测，保证其装配产品质量。其控制系统由SIMATICWINCC控制软件组态SimotionD425和各轴模块等组成[3]。由于摩擦焊的特殊性，所以加工程序是通过PLC编程的，程序固定。以现有的控制程序，只能通过手动移动各轴来实现激光校验，操作频繁且复杂，激光采集人员不容易控制采集间隔，导致数据采集不上，需要重新采集，费时费力，并且不符合标准化流程，无法控制人为变量，存在一定的误差。因此，对于激光校验程序的优化势在必行。2

技术方案为检验摩擦焊的伺服定位精度，添加摩擦焊自动激光校验程序是很有必要的。主要目的是将激光校验工作从手动操作改进为只需要启动一次就能完整完成，减少人为操作造成的误差，提高激光校验稳定性和准确性，提高工作效率。另外，通过对摩擦焊程序的研究，编写和添加激光校验程序，实现激光校验自动化。2.1

激光校验要求X轴激光检测方法：X轴回零，激光清零，倍率100%状态下，每段依次进给－10mm，暂停4s，移动到坐标终点处暂停5s，然后每段进给10mm，暂停4s，移动到坐标0处，暂停5s。重复上述动作5遍。Z轴激光检测方法：Z轴移动到坐标10处，激光清零，倍率100%状态下，每段依次进给－2mm，暂停4s，移动到坐标－10处暂停5s，然后每段进给2mm，暂停4s，移动到坐标10处，暂停5s。重复上述动作5遍。滑台液压伺服轴激光校验方式与上述方法相似。使用GB/T17421.2—2000进行评价。其中如果超过4s数据仍采集不到，需要机械和电气进行调整后再采集。2.2

程序逻辑论证按照上述要求将各轴的激光校验步骤实现自动控制。由于激光校验的逻辑与实际加工程序逻辑上存在着很大的不同，每个轴需要进给的行程和步进量也存在不同，按照逻辑需要对摩擦焊的梯图和WINCC软件进行更改，这对原来的固定加工程序造成了很大的改变，所以决定借用界面上的原有的固定功能按键，对各轴的距离和动作进行控制。用正负向移动输入，配合各轴选通的条件，将程序固定，将激光程序做成一个功能，在不影响加工程序的基础上，完成激光校验程序的改动。界面功能按键如图1所示。图1界面功能按键2.3激光校验程序编写用SIMOTIONSCOUT软件打开程序进行更改，确定激光校验程序逻辑，对梯形图进行基础编写，再结合实际动作情况对梯形图进行更改和优化，确定最终程序版本。PLC程序更改部分如下。当正负向按钮一起按1s及以上时，置位M77，M80自动程序启动，激光程序开始，如图2所示。图2激光程序开始PLC程序逻辑：选择响应的轴后，延时4s触发M51轴负向移动，移动距离为图1中所选步进量的大小。正负向移动程序如图3所示。当计数器达到前进设置次数时，置位M78复位M77，执行轴正向程序，5s后，触发M52轴正向移动，当正向移动相应的次数时，执行反向程序，并且计数，计数程序如图4所示。图3正负向移动程序

图4计数程序重复上述过程，达到5次时程序结束，复位中间地址M77、M78、M79和M80，如图5所示。PLC程序中符号信息见表1。图5复位

表1符号信息2.4激光校验程序试验将编写完成的激光PLC程序装载到D425模块中，调试检测各部分功能并与原机床对应功能相比较，确认新程序不对设备原有功能造成影响，且各个部分功能无其他问题之后开始激光校验试验，查看激光数据稳定性。经试验，程序运行成功，根据现场摩擦焊机床装配后的激光校验情况，采集到的激光数据如图6、图7所示。以液压伺服滑台激光为例，数据较为稳定，误差在允许范围内。此次激光校验程序试验的成功，提高了设备激光采集率，减少了人为误差，降低了工作时间，提高了机床调试效率，更加精准便捷地解决了在设备激光校验过程中产生的问题。图6激光数据1

图7激光数据23

结束语本项目主要针对摩擦焊设备，通