★廣州數控設備有限公司吳成濤，江文明

1　背景

現代建筑技術的高速發展，對房屋結構的強度、結構安全性、房屋施工效率提出較高要求。預制板是建筑行業框架式樓房結構中樓層之間的現澆樓板的基礎板。為了提高建筑施工現場施工效率，預制板作為一種模塊化結構出現，替代人工現場樓層搭接鋼筋架來滿足后面的現澆樓板生產。

預制板生產廠家按訂單生產好指定規格尺寸的預制板，運往施工現場，在樓層之間進行拼裝，然后現澆水泥做成樓板。

2022年8月肇慶某公司提出預制板自動焊接需求，2022年8月中旬廣數團隊對預制板制造工藝進行現場調研。自動焊接生產線要求實現自動上板、自動上鋼筋架、自動焊接、自動碼垛，兼容不同預制板生產。自動焊接生產線首先要解決以下問題：

（1）前序預制板鑲鐵皮工藝要保證鐵皮位置的一致性，保證位置度誤差在±5毫米，方便工作站有效焊接。

（2）前序鋼筋架翅膀角度做成90°且一致性好，方便后續焊接。

（3）采用3D視覺引導機器人焊接，避開鐵片板上隨機孔，測試引導正確率。有3家視覺公司參與測試，花1個多月時間，只有一家引導正確率達到99%。

2　預制板焊接生產工藝

預制板由水泥纖維板、基礎鐵皮、鋼筋架三部分組成，如圖1所示。

圖1預制板

2.1　預備板原有焊接生產工藝

人工根據排產單將水泥基板（基礎鐵皮和水泥纖維板）、鋼筋架的規格尺寸、數量匹配好放到暫存區：

STEP1人工將水泥基板吊至焊接區域；

STEP2人工將鋼筋架吊至水泥基本上，調整鋼筋架分布在鐵皮區域上；

STEP3人工點焊固定變形的鋼筋架到水泥基板的鐵皮上；

STEP4人工一只手借助撬桿將鋼筋架腳壓貼合在水泥基板鐵皮上，一只手持焊槍點焊鋼筋架腳到鐵皮上。依次將所有的鋼筋架腳進行點焊固定，完成整板的鋼筋架與水泥基板的焊接；

STEP5人工將焊接成品吊至成品存放區，重復STEP1-4。

人工在焊接的同時需要用撬桿壓貼鋼筋架腳，比較辛苦，很多鋼筋架腳壓貼不好，導致很多虛焊點，產品合格率差，3000×1200毫米規格的預制板人工焊接5件/10個小時/人。

2.2　預制板自動焊接工藝

人工根據排產單將水泥基板（基礎鐵皮和水泥纖維板）、鋼筋架的規格尺寸、數量匹配好，水泥基板垛放到機器人拆垛區定位好，鋼筋架放置鋼筋架上料區，人工將下料托盤放置下料輸送線：

STEP1拆垛機器人將水泥基板抓取至輸送線工位1，對中機構進行定位；同時人工將鋼筋架上料到鋼筋架輸送線，鋼筋架輸送線將鋼筋架送至線體末端定位；

STEP2輸送線將水泥基板送至鋼筋上料工位定位，搬運機器人分兩次一次抓取2根鋼筋架將4根鋼筋架從鋼筋架輸送線搬運至工位2水泥基板上；

STEP3輸送線將水泥基板和鋼筋架組合體送至工位3進行定位，壓緊機構將鋼筋架壓貼合至水泥基板的鐵皮面上，視覺引導4臺焊接機器人對鋼筋架和水泥基板進行一次焊接；

STEP4輸送線將水泥基板和鋼筋架組合體送至工位4進行定位，壓緊機構將鋼筋架壓貼合至水泥基板的鐵皮面上，視覺引導4臺焊接機器人對鋼筋架和水泥基板進行二次焊接；

STEP5輸送線將焊接成品送至工位5、工位6，人工每小時進行抽檢；

STEP6輸送線將成品送至工位7，下料輸送線將空托盤送至下料位，下料機器人將成品從工位7搬運至下料托盤碼垛，下料托盤碼垛每隔一個成品需要翻面一次，機器人從工位7抓取工件到中轉臺，機器人再反向抓取工件進行碼垛實現工件翻面碼垛；

STEP7下料托盤碼垛到預設高度后送出一個托盤位置，同時下一個空托盤進入碼垛位；

STEP8循環STEP1-7，人工根據報警信息補充水泥基板、鋼筋架、空托盤，將下料輸送線儲存位滿垛托盤清空。

該產線13臺機器人參與搬運與焊接，3000×1200毫米預制板每分鐘出一塊板，128個焊點合格率達到99.9%。

3　總體方案布局設計

3.1　原有工藝問題點及解決方案

（1）水泥基板上的基礎鐵皮位置一致性不好，會導致鋼筋架腳自動與其配合時跑到鐵皮區域外，此處鋼筋架腳無法焊接。造成水泥基板上的基礎鐵皮位置一致性不好原因是前序基礎鐵皮和水泥纖維板壓合工序定位不準，解決辦法就是將壓合工序中基礎鐵皮限位槽收窄，同時上方入口給大的導入角，保證壓合前基礎鐵皮能夠順利進入和精準定位，很好的解決了水泥基板上基礎鐵皮位置一致性不好的問題。

（2）鋼筋架腳上翹，即使將變形的鋼筋架體校直壓緊在水泥基板上，也無法讓鋼筋架腳貼合水泥基板上的基礎鐵皮，會導致虛焊。造成鋼筋架腳上翹原因是前序鋼筋架成形工序腳成形模具磨損、成形角度不對及模具竄位移動。解決辦法是采購新設備，按預設角度設計模具，將腳成形模具做成鑲件方便更換，并采用超硬鎢合金材料提高使用壽命，很好地解決鋼筋架腳上翹問題。

（3）自動焊接速度快，視覺引導出現問題會導致大批不合格品，前期測試階段引導合格率一直在70-80%，后期通過定制特定相機將2D相機和3D相機結合，修改引導算法程序及機器人末端執行動作，經過1個多月攻關，將視覺引導焊接合格率提高到99%。

（4）該預制板焊接自動線需要滿足2000-3000×1200毫米規格預制板焊接。將工位設計成最大尺寸工位，同時定位工裝做成方便可調，將各種規格控制程序錄入實現自由切換。

（5）水泥基板會變形，鋼筋架會變形，導致鋼筋架腳無法與水泥基板基礎鐵皮貼合，無法焊接。變形是無法避免的，在焊接前進行校正。解決方案是在焊接工位水泥基板底部設置液壓頂升平臺做支撐，在焊接工位上方布置壓緊夾具，壓緊點平均分散，每個點約150公斤壓力，很好地解決變形問題。

3.2　主要技術要求

采用工業機器人配套相應設備裝置，代替人工完成預制板焊接加工流程中的相關工作。現對相應的主要技術要求闡述如下：

（1）為保證焊道品質需控制工件的焊接目標位

置一致性在±5mm以內。為保證工件的焊接品質，工件需無明顯油污銹斑，產品工件來料外形尺寸偏差在±5mm以內，生產單一產品時不可混料。

生產對象如下：

產品名稱：預制板材質:Q235B工件長度尺寸范圍：長2.0-3.0m寬1.2m；

各規格尺寸水泥纖維板和鋼筋桁架組裝后，夾具對水泥纖維板兩直角邊定位，水泥纖維板和鋼筋架能保證和壓緊夾具匹配。

（2）產品來料分為高密度水泥纖維板和鋼筋架，機器人按預制板組件的規格要求擺放來料（本項目產品來料指的是一塊高密度水泥纖維板和四排鋼筋架組件），要求鋼筋架組件來料高度保持一致，需確保工裝的穩定性，機器人焊接位置如下圖2紅色標記所示。

圖2 焊接點效果示意圖

（3）按要求鋼筋架組件焊接腳位置的高度保持一致，且焊接腳的角度要求向下，不允許向上；

（4）焊接的質量要求：在來料以及視覺穩定的情況下，每個焊接腳需有至少1個焊點；

（5）該產線需要在安全圍欄裝好的情況下才能運行，保證人工的安全。

3.3　方案布局

預制板自動焊接線布局包括1套GSK-RMD200機器人及手抓底座、1套GSK-RMD50機器人及手抓底座、8套GSK-RH06焊接機器人及焊接系統、4套清槍器、1套RB300機器人及手抓底座、1套視覺系統、1套7工位輸送線及定裝置、2套校正夾具、2套支撐工裝、1套鋼筋架輸送線、1套料垛輸送線、1套中轉臺、1套不合格暫存臺、1套輸送線及1套總控系統，組成一條高效、穩定、合格率高的預制板自動生產線。如布局三維簡圖（圖3）、布局二維簡圖（圖4）、布局二維簡圖（圖5）。

圖3 布局三維簡圖

圖4 布局二維簡圖

圖5 布局二維簡圖

本解決方案采用碼垛機器人上料水泥板、機器人上料鋼筋定位、機器人八工位焊接、六軸搬運機器人下料、鏈板線輸送生產的方式，實現了安全、可靠、高效的人機協作生產模式；在一定程度上使生產實現數據化可控，在保證焊接品質的同時保證了穩定的生產效率。

4　控制系統

控制系統分機器人控制系統和產線控制系統。機器人控制系統是控制機器人空間運動，程序編輯和修改。產線控制系統是處理各設備的信號交互，控制各設備邏輯運動，控制輸送線來料感應、機器人和檢測開關等的協同工作。

控制部件裝于電控柜內，觸摸屏鑲在電柜上。

自動化單元中設計有三色報警燈，正常工作的時候，三色燈顯示綠色，若單元出現故障的時候，三色燈會及時顯示紅色報警。

機器人控制柜、示教盒上設有急停按鈕，在系統發生緊急情況時可通過按下急停按鈕來實現系統急停并同時發出報警信號。

通過示教器可以編制多種應用程序，可以滿足產品更新換代及增加新產品的要求。

I/O與外圍設備進行信號交接。

5　應用成效

（1）整線應用13臺機器人，負責預制板搬運和焊接工作，大大減少對勞動力的依賴（保留1名工人鋼筋架上料）。

（2）保證穩定的產能，產線穩定可以連續24小時生產。

（3）產品品質穩定：預制板焊點合格率99.9%。

（4）降低生產事故發生率，避免人員與設備接觸導致的事故發生。

（5）生產效率大大提高，3000×1200毫米規格預制板128個焊點/件/分鐘，是人工平均的8-10倍。

6　技術革新

該預制板焊接自動線是預制板制造行業國內第一條焊接自動線，引用先進技術創造出高的生產效率和高的生產品質。

（1）通過機器人搬運和焊接應用徹底把人工從辛苦工作中解放出來。

（2）通過視覺引導技術讓機器人自動尋找焊點，解放人工示教編程。

（3）通過離散組件輸送技術將水泥纖維基板和鋼筋架在各工序間進行穩定運輸。

（4）通過不規則件定位技術將不同規格的水泥纖維板、不同規格的鋼筋架在同一產線兼容生產。

（5）通過變形組件在線校正技術將水泥纖維板和鋼筋架很好地貼合以方便穩定焊接。

新技術的應用促進了預制板制造行業生產工藝規范化、標準化。促進了專機設備的標準化。實現完全自動化生產還有很多問題需要攻關解決。

摘自《自動化博覽》2025年8月刊