四類典型的機器人智能焊接解決方案

目前在國際機器人行業(yè)，四大家族的品牌影響力是雷打不動的地位，有可能的變化就是這四大家族的前后順序發(fā)生一些變換而已。但是，就是四大機器人家族，也在不斷地加大研發(fā)力度，提升產(chǎn)品的智能化和自動化水平，鞏固或擴大企業(yè)的市場地位?，F(xiàn)在向大家介紹一下當(dāng)前最火的機器人企業(yè)之一——KUKA。

KUKA機器人當(dāng)前最具市場主導(dǎo)地位的行業(yè)是汽車制造，除此之外，它在農(nóng)業(yè)機械、電梯、PC、工程機械、軌道交通等等眾多領(lǐng)域也具有非常強大的智能解決能力。不信，下面就重點為大家介紹幾種KUKA機器人的智能化焊接解決方案，供大家品讀。

一、可將多種焊接工藝融合一體形成緊湊型多功能單元

案例精選：

通用單元將一臺KR 6-2型KUKA機器人集成于一個H形平臺的中央，利用一個回轉(zhuǎn)平臺，使生產(chǎn)過程中始終有一個焊接夾具在工作狀態(tài)，同時第二個夾具由操作員裝入工件，這樣操作員的操作對節(jié)拍沒有影響。

該單元也可以用于別的場合：既可以單獨用一個機器人作為一個非常緊湊的機器人焊接單元使用，也可以配合其他機器人使用，后者可以揉合不同的機器人焊接工藝。

首先，操作員將工件裝載到焊接夾具上并且啟動系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)平臺將夾具在機器人下方旋轉(zhuǎn)180度至其焊接區(qū)，配有Fronius CMT焊槍的KUKA KR 6-2伸入到夾具中開始焊接工件。

接下來，第二臺機器人，型號為KR 210 R2700 extra，配有X100氣動伺服機器人焊鉗，也移動至夾具中用點焊將各工件焊接到一起。

焊接完成后，H型回轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)，將第二個新裝載的夾具送入機器人的工作空間。平臺的旋轉(zhuǎn)將第一個夾具移回到操作員的工作空間，夾具以氣動方式打開，操作員可將焊接好的零件取出。

操作員裝載/卸載工件的工作不會對節(jié)拍產(chǎn)生影響。把機器人安裝在H形平臺上的布置提高了機器人在夾具工作區(qū)內(nèi)執(zhí)行焊接時的可達(dá)性。安裝在平臺上的KR 6-2型KUKA機器人以其6kg的低負(fù)載和1600mm的工作半徑完美地匹配了標(biāo)準(zhǔn)弧焊任務(wù)。

機器人腕部的流線型設(shè)計確保機器人具有最小的破壞性輪廓線和最高的運動自由度。因此這位焊接專家能夠輕松到達(dá)工件上的所有焊接位置。KR 210 R2700 extra機器人能以很高的精度和速度執(zhí)行點焊任務(wù)。

與其他KR QUANTEC系列機器人一樣，其特點是極低的空間要求和廣泛的潛在應(yīng)用范圍。210kg的有效負(fù)荷和2926mm的可達(dá)距離，使其成為通用單元中點焊工藝的不二之選。

此外，該型號的六軸機器人可以輕松執(zhí)行搬運或機加任務(wù)。這兩種機器人確保了機器人單元可以獲得完美和可測量的焊接效果。

二、汽車制造創(chuàng)新型機器人焊接系統(tǒng)

應(yīng)用案例：

德國愛科集團是一家開發(fā)和制造汽車技術(shù)、園林機械和航空領(lǐng)域創(chuàng)新產(chǎn)品的企業(yè)，在汽車制造領(lǐng)域，這家企業(yè)主要從事了耐用的AL-KO拖車軸和針對歐洲市場的組件的生產(chǎn)業(yè)務(wù)。在汽車制造行業(yè)，零部件上的焊縫會承受非常高的動態(tài)荷載，其中拖車軸的質(zhì)量尤為重要，因此拖車軸的焊接就成為焊接技術(shù)中最具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。

為了在保證最高零部件質(zhì)量的同時保證無限的靈活性，就必須采用可靠的焊接工藝和最先進的生產(chǎn)技術(shù)。愛科集團依靠領(lǐng)先系統(tǒng)集成商Robolution的兩個相同的焊接單元生產(chǎn)商用拖車軸用搖臂、防盜裝置及各種附加組件。

愛科集團的生產(chǎn)計劃師Andreas Jehle總結(jié)了他們決定采用Robolution系統(tǒng)和庫卡焊接機器人的原因：

“這些工作站處的生產(chǎn)主要為小批量，批次大小在10~500個零件的范圍內(nèi)，變體數(shù)量巨大。利用Robolution帶有兩個不同的專用定位器的通用單元可帶來令人難以置信的靈活性，而使用KUKA KR 16可確保出色的質(zhì)量和生產(chǎn)率——這對于我們公司的要求配置來說是完美定制的組合?！?/p>

實際上，得益于5軸定位器和一種連接到系統(tǒng)長度方向面的額外專用定位器TurnFix，創(chuàng)新型的單元實現(xiàn)了令人難以置信的短的非生產(chǎn)時間?！跋到y(tǒng)智能地配置了軌道式定位器及TurnFix，這意味著可以在不中斷焊接過程的情況下在兩個工作站處裝載工件。

有了這種配置，庫卡機器人已經(jīng)被證明可始終處于繁忙狀態(tài)，而幾乎無任何非生產(chǎn)時間。盡管需要連續(xù)裝載，但KR 16設(shè)備能提供出色的性能。這些六軸機器人快速、精確并且能產(chǎn)生出色的焊接結(jié)果——而這些結(jié)果正是作為高質(zhì)量車軸制造商的愛科集團具有決定性重要性的標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

Andreas Jehle表示。愛科集團并不將非生產(chǎn)性材料作為存貨保存。將要被下訂單的生產(chǎn)會被作為當(dāng)天的訂單進行準(zhǔn)備生產(chǎn)，對于這兩種焊接單元，這意味著它們隨時都是可用的。如果系統(tǒng)在很長時間內(nèi)都沒有工作，則這就會自動阻礙整個車軸生產(chǎn)的進行，結(jié)果就毫無疑問產(chǎn)生停機時間。

Robolution的銷售主管Thomas Büttner解釋了系統(tǒng)是如何為獲得最高可用性而被微調(diào)的：

“系統(tǒng)總體可用性必須高于98%，將系統(tǒng)中所有組件的可用性相乘，意味著只能通過一貫使用市場上可獲得的最佳產(chǎn)品來實現(xiàn)此目標(biāo)。毫無疑問，系統(tǒng)概念方案也必須是正確的。由于Robolution擁有多年的機器人焊接系統(tǒng)制造方面的經(jīng)驗以及其一貫使用最佳質(zhì)量的組件，各種用戶如愛科集團就可可靠地獲得具有可靠工藝的整個系統(tǒng)?！?/p>

在愛科它們能淋漓盡致地證明此觀點。這兩個系統(tǒng)中更新的一款已經(jīng)投入工作不到兩年時間，盡管有大量的多班次工作，但在這些時間內(nèi)還從未出現(xiàn)過重大事故。目前，系統(tǒng)中只保存了不到100種適用于各種零件形狀的不同方案。在大多數(shù)情況下，只需在5min內(nèi)就可切換至另外一種零件形狀。

零件范圍從各種小型零件擴展至最大長度為800mm的零件。而兩種系統(tǒng)配置相同，這也被Andreas Jehle視作是每日生產(chǎn)中的主要優(yōu)勢：“在任何時候我們都可將完整的焊接方案和夾具從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)中，這樣就提供了額外的靈活性。

另外，存儲和備品備件保存也非常方便。如果一個系統(tǒng)上發(fā)生事故，則我們能在損失任何時間的情況下在另一個系統(tǒng)上完成特別緊迫訂單中的產(chǎn)品焊接，但是到目前為止我們還不需要依靠此應(yīng)急策略?！?/p>

在系統(tǒng)中使用庫卡焊接機器人是愛科集團的明確規(guī)定，并且此決定是正確的，Thomas Büttner認(rèn)為：“Robolution是系統(tǒng)集成商，并且沒有與任何一家機器人制造商聯(lián)姻，而庫卡是世界上最好的焊接機器人制造商之一，其能讓客戶對制造商的規(guī)格說明變得對我們非常明確和簡單?！?/p>

愛科集團質(zhì)量保證部對焊接系統(tǒng)的高性能表示肯定。愛科集團對于Robolution的通用單元和庫卡機器人感到完全滿意。

“庫卡機器人的性能和可仿效的編程令我們印象深刻，我們的員工到目前為止對庫卡控制器非常熟悉，非常感謝此款控制器提供的各種可能。另外，我們認(rèn)為Robolution和庫卡提供的服務(wù)非常周到，” Andreas Jehle總結(jié)到。

三、電梯門生產(chǎn)的高度靈活的機器人單元

案例精選：

每年有超過80,000塊電梯門板由慕尼黑的Meiller Aufzugtüren工廠生產(chǎn)，并且門板的尺寸無限變化多樣，這對于生產(chǎn)則意味著必須處理特小的批次尺寸和無限的不同變化產(chǎn)品，鑒于這些因素的存在，就必須開發(fā)出能毫無問題應(yīng)對所涉及要求的挑戰(zhàn)的生產(chǎn)系統(tǒng)。

工廠負(fù)責(zé)人Klaus Schafranietz使用具有很高的自動化程度但并不是完全自動化的智能系統(tǒng)來完成生產(chǎn)任務(wù)：

“由于我們堅定地相信我們寬廣的生產(chǎn)范圍將超出完全自動化系統(tǒng)的能力，并且這將負(fù)面影響再加工時間，所以我們將直接采用混合系統(tǒng)。組合使用機器人輔助操作和手動操作已經(jīng)被證明是高度有效的，每周可生產(chǎn)大約1,500塊門板?！?/p>

無可否認(rèn)地?——這工作分項分配有些不均勻，操作員的工作僅限于金屬板和型材的載入以及零件的夾持，而庫卡的兩臺KR 150 R3300 prime K型工業(yè)機器人執(zhí)行所有必須生產(chǎn)步驟：凸焊、點焊、裝卸、沖壓、成型和最終的放置。

當(dāng)置換平臺一側(cè)的操作員正忙于裝載和夾持時，另一側(cè)已開始其工作：第一步，兩臺KR QUANTEC PRIME機器人啟動所需的焊接，安裝在為獲得最大可達(dá)距離的底座上以及配備有專用焊槍1號機器人實施凸焊，此工藝提供了決定性的優(yōu)勢，即可一次性執(zhí)行兩次焊接：這樣，KR QUANTEC PRIME就能將外部殼體的頂部和底部同時與外導(dǎo)軌相連接。

而安裝在底座上的2號機器人同時將開放的U型導(dǎo)軌點焊到門板的底面上，此過程所花的時間比凸焊短，因此當(dāng)1號機器人仍然在焊接時，2號機器人就已經(jīng)利用St?ubli Connectors公司的刀具自動切換系統(tǒng)將其焊槍切換為真空機械爪，從而轉(zhuǎn)變?yōu)檠b卸專家。

一旦完成所有凸焊焊縫，則2號機器人就會抓取門板并將其移動到?jīng)_壓站，在此處將各排孔洞沖壓到門板中。Klaus Schafraniet總結(jié)了這里重要的一些因素：“門的下導(dǎo)向件隨后將被轉(zhuǎn)入沖孔中，而這里所需的精度為2/10mm，將門板定位在沖孔機上的機器人就專門負(fù)責(zé)確保達(dá)到這一精度。

我們的KR QUANTEC PRIME機器人能快速、可靠和以最高精度完成此工作——盡管所要求的精度非常高，我們在此工作站處沒有出現(xiàn)任何廢品?！痹跊_壓之后，機器人將門板移動到壓力機處，此壓力機將在某一角凸出的金屬板部分稍微壓縮，以排除掉導(dǎo)致傷害的可能。

當(dāng)將門板放置于托盤上后，機器人的工作就結(jié)束了，在這一階段門板可直接安裝而不需要進一步的重新加工。此機器人系統(tǒng)可生產(chǎn)長度最大為3,500mm以及重量約為90kg的門板。得益于其最高為150kg的裝載能力以及3301mm的可達(dá)距離，搬運超大尺寸的門板對于KR QUANTEC PRIME機器人來說都不是問題。

“利用新的系統(tǒng)，我們不僅可以達(dá)到最高的靈活性，而且還設(shè)置了生產(chǎn)質(zhì)量的基準(zhǔn)。KR QUANTEC PRIME焊接機器人以及使用的焊接工程技術(shù)確保完美焊縫以及精確確定的能量輸入，門板在焊接過程中溫度只會稍微升高，我們幾乎不再遇到任何熱變形、形變或旋轉(zhuǎn)偏差，”Schafranietz總結(jié)道。

為了應(yīng)對生產(chǎn)工程方面的無限變化，Meiller Aufzugtüren公司一貫使用具有各種參數(shù)設(shè)置的切削加工方案。當(dāng)系統(tǒng)啟動時，操作員只需要選擇好材料——不銹鋼、鍍鋅鋼或熱浸鍍鋅鋼——以及門板的長度和寬度。而使用了機器人控制器的情況就相當(dāng)不同。

KR C4不僅計算機器人動作，包括碰撞監(jiān)測，而且還計算出每個點焊縫的參數(shù)和位置、所需的沖孔操作的次數(shù)和位置以及夾具的位置，而對每個門板所有這些操作都不斷的重復(fù)執(zhí)行。

KUKA KR C4機器人因有著高級性能而在此任務(wù)方面令人印象深刻。此高性能控制器能輕易處理大量不同的方案以及各種復(fù)雜的控制任務(wù)。因此，PLC中不會存儲任何參數(shù)，而是將參數(shù)保存在機器人控制器中。

西門子的PLC以及其基于WinCC的可視化系統(tǒng)只用于數(shù)據(jù)輸入、狀態(tài)指示以及置換平臺、沖孔機和壓力機等外圍設(shè)備的控制。

總之，此系統(tǒng)不僅能提供令人印象深刻的靈活性、質(zhì)量和操作便捷性，而且由于采用了庫卡的現(xiàn)代機器人還提供了出色的經(jīng)濟性，而這一點正是Klaus Schafranietz感到特別滿意的地方：“利用新的機器人單元，我們能為每個可直接安裝的門板實現(xiàn)90s的周期時間。與老的龍門系統(tǒng)相比，這相當(dāng)于令人難以置信的300%的增長?！?/p>

庫卡機器人特技表演：

四、農(nóng)業(yè)機械用工業(yè)機器人工作站

案例精選：

機器人焊接系統(tǒng)由含有兩個機器人系統(tǒng)的工作站組成，兩個機器人系統(tǒng)以倒置的狀態(tài)安裝在C型龍門支柱上。這兩個機器人系統(tǒng)可在地面導(dǎo)向機構(gòu)上移動，配備有兩個旋轉(zhuǎn)-轉(zhuǎn)環(huán)-提升定位器。夾持直徑、夾持高度和長度都為5m。

除此之外，也可裝卸重量最大為4,500kg的工件。刀具中心點(TCP)校準(zhǔn)是自動實施的，以便能確保一貫的高應(yīng)用質(zhì)量。每個機器人上方都設(shè)置有將過濾空氣返回至車間中的抽氣煙道。

同時，系統(tǒng)還提供了允許兩個機器人切削加工同一零件或在一個工作站處分離多個零件的優(yōu)勢。使用了兩個尤其適用于中等有效負(fù)荷的KUKA KR 30 L16機器人。在可達(dá)距離最大為3,102mm和定位精度為0.07mm的情況下，這些機器人是用于精確焊接工作實施的理想選擇。

得益于較長的關(guān)節(jié)機械臂和較長的連接機械臂，這些機器人具有非常大的工作行程，以便能創(chuàng)造更多新的生產(chǎn)可能。這些機器人能用作地面安裝或屋頂安裝，也是用于個體系統(tǒng)布局的理想選擇。

使用KUKA.Touch Sense軟件還能使得針對工件形狀或位置上的偏差進行補償成為可能，這樣能確保工件上的運動路徑與主輪廓準(zhǔn)確對應(yīng)。KUKA.Arc Sense軟件利用電弧穿越傳感器實現(xiàn)縫隙跟蹤。

實施這種機器人自動化解決方案能帶來明顯的生產(chǎn)率提升：在焊接以及裝卸過程中縮短了周期時間，從而使得制造時間縮短超過50%。

終端客戶和集成商都被基于機器人的解決方案所折服，并且不會排除進一步應(yīng)用：“我們始終保持著與我們客戶的聯(lián)系，以便介紹我們提供的系統(tǒng)的優(yōu)化和創(chuàng)新。我們也計劃在Horsch公司生產(chǎn)過程中實施進一步自動化裝備的可能，”SMT Systemtechnik有限公司的員工Kristina Schreider補充道。（文章來源：金屬加工）