排技術(shù) 安川首鋼

機(jī)器人弧焊站的安全防護(hù)安川首鋼機(jī)器人有限公司王亞妮北京100176摘要：隨著工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展，自動(dòng)化弧焊系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)。工業(yè)機(jī)器人弧焊系統(tǒng)更是廣泛地應(yīng)用在汽車工業(yè)中。以工業(yè)機(jī)器人為焊接主體，將工件放置在特定的自動(dòng)夾具上定位夾緊，通過控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)器人自動(dòng)化焊接的方式。而此類工作站的安全防護(hù)也是至關(guān)重要的，它主要包括兩個(gè)方面，一個(gè)方面是焊接產(chǎn)生的弧光的防護(hù)，另一方面是機(jī)械安全失效。本文旨在設(shè)計(jì)弧焊系統(tǒng)時(shí)，將安全性放在設(shè)計(jì)的首要位置。做好弧光的防護(hù)和機(jī)械失效的發(fā)生。由于人的能力是有限的，只注重人員不安全行為的傳統(tǒng)方法已不能滿足人們對(duì)安全與健康的渴求，特別是對(duì)于機(jī)械設(shè)備日益復(fù)雜化、系統(tǒng)化和集成化的今天。因此，人們更趨向于采用消除設(shè)備的不安全狀態(tài)和避免人的不安全行為與設(shè)備的不安全狀態(tài)產(chǎn)生交集，采用這兩種方法來避免安全事故，實(shí)踐證明，這兩種方法也是最有效的方法。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人弧焊站安全防護(hù)安全失效安全光幕Keyword:industrialrobotweldingworkingspacesafeguardingsafetyfailuresafetycurtain一、機(jī)器人弧焊站簡介利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化焊接的系統(tǒng)，我們稱之為機(jī)器人孤焊工作站。如圖1所示，一般的機(jī)器人孤焊站主要由以下幾部分組成:焊接機(jī)EL350PLC焊接機(jī)EL350PLC控制柜DX100機(jī)器人控制柜水冷箱圖11、弧焊機(jī)器人本體孤焊機(jī)器人本體指的是，一般具有6個(gè)自由度，使用高精度伺服電機(jī)，在一定工作范圍中可以像人的手臂一樣靈活、準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)。在孤焊系統(tǒng)中作為焊槍的載體，實(shí)現(xiàn)孤焊作業(yè)時(shí)所需要的焊接位置、焊接姿態(tài)、焊接軌跡等。由于機(jī)器人本體的大運(yùn)動(dòng)范圍、

快速的操作、手臂的快速運(yùn)動(dòng)等，這些都會(huì)造成安全隱患。整個(gè)機(jī)器人在最大的動(dòng)作范圍內(nèi)均具有潛在的危險(xiǎn)性。圖2機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)范圍2、功能設(shè)備功能設(shè)備在孤焊系統(tǒng)一般指的是各種焊接電源及焊接電源相關(guān)的所有配套設(shè)備，是體現(xiàn)系統(tǒng)功能的設(shè)備。根據(jù)客戶要求或公司標(biāo)配來選擇合適的焊接設(shè)備。3、工裝夾具（包含變位機(jī)）工裝夾具是實(shí)現(xiàn)工件定位的關(guān)鍵設(shè)備，按工件定位要求將工件精確定位，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)工件的精確焊接。常常根據(jù)焊縫的形狀需要增加變位機(jī)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和變位機(jī)的運(yùn)動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜及環(huán)形焊縫等。圖3變位機(jī)運(yùn)動(dòng)范圍及工裝夾具4、電氣控制設(shè)備電氣控制設(shè)備是系統(tǒng)運(yùn)行的控制中心，是系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障。自動(dòng)化主要也是由電氣控制來實(shí)現(xiàn)的，人為的輸入相關(guān)的指令，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊接的過程。操作人員只需輕輕一按，相關(guān)設(shè)備就會(huì)按照人員預(yù)先設(shè)置的程序指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的工作過程。這是操作人員和設(shè)備的交流介質(zhì)。5、系統(tǒng)安全設(shè)備系統(tǒng)安全設(shè)備一般指的是系統(tǒng)防護(hù)欄，弧光防護(hù)、設(shè)備安全以及人員安全保障的設(shè)備。主要根據(jù)工作站的危害根源設(shè)計(jì)相關(guān)的防護(hù)，確保操作人員的安全。二、 機(jī)器人弧焊站安全防護(hù)分類機(jī)器人弧焊工作站對(duì)人體的傷害主要來自兩個(gè)方面，一方面是焊接本身對(duì)人的危害，另一方面是運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人和變位機(jī)等機(jī)械設(shè)備在其運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的潛在危險(xiǎn)。下面分別介紹這兩方面的危害。1、焊接帶來的危害（1） 焊接弧光焊接時(shí)，強(qiáng)烈的弧光對(duì)眼睛、皮膚等會(huì)產(chǎn)生急、慢性損傷。眼部受到弧光中的紫外線過度照射會(huì)引起角膜結(jié)膜炎。輕者眼部有異物感和輕度不適，重者眼部有灼傷感和劇烈疼痛，并伴有畏光、流淚、臉部痙攣等癥狀。（2） 焊接煙塵和有毒氣體焊接時(shí)，焊絲、焊條和藥皮在高溫作用下，產(chǎn)生大量有害的煙塵，這些煙塵的主要成分有鐵、鋁、錳等。空氣在弧光的作用下會(huì)產(chǎn)生氮氧化物等有毒氣體。人一旦長期吸入此類金屬粉塵和有毒氣體，對(duì)人身的傷害很大。2、安全失效帶來的機(jī)械傷害安全失效是指當(dāng)機(jī)器人及其系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，元器件或某個(gè)部件發(fā)生不可預(yù)見的失效。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮到這些情況，若某一項(xiàng)功能受到影響暫停時(shí)，則整個(gè)系統(tǒng)仍然處于安全狀態(tài)，且應(yīng)提供一種能確保安全（如鎖?。┑墓ぷ鞣绞竭x擇器件或措施以防止自行啟動(dòng)。三、 機(jī)器人弧焊站的安全防護(hù)方式機(jī)器人弧焊站的安全防護(hù)方式主要是針對(duì)上面提到的兩種傷害，一種是針對(duì)弧光、弧焊煙塵及有毒氣體，另一種是針對(duì)機(jī)械失效。對(duì)于這兩種傷害分別采用不同的安全防護(hù)方法。1、針對(duì)弧光及煙塵的防護(hù)一般情況下對(duì)弧光、煙塵的防護(hù)主要是遮擋，利用封閉的安全欄將焊接位置和外界隔離開。并且在焊接工位的上方安裝排煙系統(tǒng)，將焊接產(chǎn)生的煙塵、有害氣體排出工作站，進(jìn)行集中處理。安全欄是系統(tǒng)安全設(shè)備的一部分。如圖4所示，周邊防護(hù)欄將焊接工位與外界隔離，防護(hù)欄頂部安裝防護(hù)頂蓋，并連接至排煙塵系統(tǒng)或管道。在焊接產(chǎn)生煙塵、有害氣體時(shí)，能及時(shí)排出工作站外，使操作或維護(hù)人員在工作站外不能看見弧光，或進(jìn)入工作站內(nèi)時(shí)防止呼吸到有害的煙塵。一般的弧焊工作站都應(yīng)具備此防護(hù)系統(tǒng)。

圖4圖5圖4圖5除了上面整體的防護(hù)外，根據(jù)工作站的布置不同，還應(yīng)采取不同的方法將操作人員和孤焊處進(jìn)行隔離。在多工位焊接工作站中，應(yīng)利用柔性或剛性的防護(hù)設(shè)施將正在裝卸工件的操作人員和正在焊接的工位隔離開，以避免操作人員在工作過程中受到孤光的傷害?，F(xiàn)就幾種常用的布置來說明在焊接過程中如何將操作人員和焊接工位進(jìn)行隔離。（1） 單工位弧焊站的弧光防護(hù)單工位孤焊站主要的孤光防護(hù)在人員安裝工件的位置，其余位置都可利用固定的安全防護(hù)裝置來遮擋孤光，而裝卸工件的位置，是人員操作的位置，如果在焊接時(shí)，不進(jìn)行封閉遮擋，則工作站外的人員很容易受到孤光和煙塵的傷害。如圖5所示，是一個(gè)單工位的工作站，人員在A處可以安裝工件或進(jìn)行夾具快換，但機(jī)器人在夾具處焊接時(shí)，此位置需要與外界隔離開，否則站外的人員將受到孤光的傷害。一般用柔性的設(shè)備安裝在A處，焊接時(shí)，此柔性設(shè)備關(guān)閉，隔離了孤光和煙塵。裝卸工件時(shí)，此設(shè)備打開，人員可以裝卸工件。這樣，機(jī)器人焊接時(shí)，站外的操作人員就避免了傷害。A處的設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際情況和用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)或購買，一般使用自動(dòng)的卷簾門，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制以及柔性隔離。（2） 兩個(gè)及兩個(gè)以上工位的弧光防護(hù)為了提高效率并節(jié)省空間，一般的孤焊工作站會(huì)設(shè)計(jì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的焊接工位，當(dāng)某一工位在焊接時(shí)，另一個(gè)工位可以裝卸工件，這樣可以大大提高設(shè)備的使用效率。常用的兩個(gè)工位的工作站如圖6所示。圖6這幾種工作站的布置除了外形不同外，在防護(hù)孤光方面是一致的。都需要在A1和A2處安裝柔性遮擋設(shè)備，B處需要安裝剛性或柔性的遮擋設(shè)備，將夾具1和夾具2隔離開。機(jī)器人在夾具1處焊接時(shí)，夾具2處于人工裝卸件狀態(tài)。如果沒有B處的遮蔽，那么操作人員在夾具2處裝卸工件時(shí)，就會(huì)受到孤光的傷害。而且設(shè)計(jì)B處的孤光遮蔽設(shè)備時(shí)，必須考慮到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范圍，既不能和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)干涉，還要有遮擋孤光及焊接飛濺的作用，需要根據(jù)實(shí)際設(shè)備的布置情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。2、針對(duì)機(jī)械安全失效孤焊站的安全性除了防止孤光、煙塵等對(duì)周圍環(huán)境及人員的危害，更重要的是防止機(jī)械安全失效。孤焊系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，要保證操作人員處于安全范圍。在操作人員誤操作或機(jī)器意外失效時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)停止工作，以保證人員的安全。而大多數(shù)的不安全事故的發(fā)生都是由于人的不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)或人的不安全行為和設(shè)備的不安全狀態(tài)的交集。這些都會(huì)造成人員的傷害，所以要從以下幾個(gè)方面來防止危害的發(fā)生。（1） 消除人的不安全行為人的不安全行為主要是，操作人員對(duì)系統(tǒng)的不適當(dāng)操作而造成的人員危害，只能通過法律法規(guī)、部門規(guī)章和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范操作人員的行為來避免危害的發(fā)生。所以需經(jīng)常對(duì)操作人員進(jìn)行操作規(guī)程和安全意識(shí)的培訓(xùn)，提高操作人員的素質(zhì)和能力。（2） 消除設(shè)備的不安全狀態(tài)由于人的能力是有限的，只注重人員不安全行為的傳統(tǒng)方法已不能滿足人們對(duì)安全與健康的渴求，特別是對(duì)于機(jī)械設(shè)備日益復(fù)雜化、系統(tǒng)化和集成化的今天。因此，人們更趨向于采用消除設(shè)備的不安全狀態(tài)或人的不安全行為和設(shè)備的不安全狀態(tài)的交集的方法來避免安全事故，實(shí)踐證明，這兩種方法也是最有效的方法。孤焊站中不安全的設(shè)備主要包括焊接機(jī)器人和可回轉(zhuǎn)的變位設(shè)備。這兩者都有一定的運(yùn)動(dòng)范圍，如果操作人員在工作狀態(tài)下進(jìn)入它們的運(yùn)動(dòng)范圍，則存在極大的危險(xiǎn)。在設(shè)備處于工作的過程中，要防止人員進(jìn)入不安全區(qū)域。首先要將人員與這兩者的運(yùn)動(dòng)范圍采用固定的防護(hù)裝置隔離開，防止人員進(jìn)入不安全區(qū)域，降低人員暴露于危險(xiǎn)區(qū)域的幾率。其次是操作人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，一定要保證機(jī)器處于停止或失效狀態(tài)。如圖7所示，A1、A2是裝卸工件的位置，要求操作人員裝卸工件只能在陰影區(qū)域操作，用固定的護(hù)欄、圍擋等防止操作人員進(jìn)入工作站的其它區(qū)域。同時(shí)可在人員操作的適當(dāng)位置安裝安全光幕來進(jìn)行檢測，如果有人員進(jìn)入此區(qū)域，安全光幕檢測到信號(hào)后，通過安全繼電器將信號(hào)傳輸給機(jī)器人控制系統(tǒng)，切斷設(shè)備電源，設(shè)備停止工作。這是將機(jī)械和電控聯(lián)合起來消除物的不安全因素。圖7中C處是安全門，人員由此門進(jìn)入對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、維修。在工作站正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，人員是不允許由此門進(jìn)入工作站內(nèi)的。安全門上除了安裝機(jī)械鎖外，還需安裝電子安全鎖，如圖8所示，用來檢測安全門的打開關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)操作人員在進(jìn)入工作站維護(hù)、維修時(shí)，工作站內(nèi)的設(shè)備是處于失效狀態(tài)的。而當(dāng)操作人員在設(shè)備運(yùn)行時(shí)打開安全門時(shí)，安裝在門上的安全鎖本體和安全鑰匙脫離，系統(tǒng)檢測到此信號(hào)斷開，通過安全繼電器將信號(hào)傳給機(jī)器人控制系統(tǒng)，切斷設(shè)備電源，強(qiáng)制設(shè)備停止工作，以確保人員的安全。除此以外，工作站的外部安裝急停按鈕，當(dāng)有意外狀況發(fā)生時(shí)，站外的操作人員能及時(shí)按下急停按鈕，使系統(tǒng)立即停止。急停按鈕也是通過安全繼電器和機(jī)器人控制系統(tǒng)連接，能及時(shí)切斷設(shè)備電源，停止設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。這些方法都可以有效的防止設(shè)備運(yùn)行時(shí)意外的發(fā)生。（3）消除人的不安全行為與設(shè)備的不安全狀態(tài)的交集人員是操作的核心，只有避免人的不安全行為，并結(jié)合設(shè)備的安全狀態(tài)，則相對(duì)而言是人員安全的最好保證。在實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)孤焊系統(tǒng)時(shí)，要將設(shè)備的不安全狀態(tài)考慮周全。在實(shí)際操作時(shí)，要對(duì)操作人員進(jìn)行各種法規(guī)、操作規(guī)程及安全意識(shí)的培訓(xùn)，在日常生產(chǎn)中養(yǎng)成良好的安全、正確的操作習(xí)慣。四、結(jié)語對(duì)于孤焊系統(tǒng)的安全來說，主要是從孤光的防護(hù)、機(jī)械安全失效兩點(diǎn)來說明。在系統(tǒng)孤焊站的設(shè)計(jì)之前，要充分考慮到設(shè)備的不安全因素，通過機(jī)械的方式避免設(shè)備的不安全?；『刚?/p>