四類典型的機(jī)器人智能焊接解決方案

目前在國(guó)際機(jī)器人行業(yè)，四大家族的品牌影響力是雷打不動(dòng)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(jī)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(dòng)化水平，鞏固或擴(kuò)大企業(yè)的市場(chǎng)地位?，F(xiàn)在向大家介紹一下當(dāng)前最火的機(jī)器人企業(yè)之一——KUKA。

KUKA機(jī)器人當(dāng)前最具市場(chǎng)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(jī)械、電梯、PC、工程機(jī)械、軌道交通等等眾多領(lǐng)域也具有非常強(qiáng)大的智能解決能力。不信，下面就重點(diǎn)為大家介紹幾種KUKA機(jī)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(tái)KR 6-2型KUKA機(jī)器人集成于一個(gè)H形平臺(tái)的中央，利用一個(gè)回轉(zhuǎn)平臺(tái)，使生產(chǎn)過(guò)程中始終有一個(gè)焊接夾具在工作狀態(tài)，同時(shí)第二個(gè)夾具由操作員裝入工件，這樣操作員的操作對(duì)節(jié)拍沒有影響。

該單元也可以用于別的場(chǎng)合：既可以單獨(dú)用一個(gè)機(jī)器人作為一個(gè)非常緊湊的機(jī)器人焊接單元使用，也可以配合其他機(jī)器人使用，后者可以揉合不同的機(jī)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(dòng)系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)平臺(tái)將夾具在機(jī)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(lái)，第二臺(tái)機(jī)器人，型號(hào)為KR 210 R2700 extra，配有X100氣動(dòng)伺服機(jī)器人焊鉗，也移動(dòng)至夾具中用點(diǎn)焊將各工件焊接到一起。

焊接完成后，H型回轉(zhuǎn)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)，將第二個(gè)新裝載的夾具送入機(jī)器人的工作空間。平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)將第一個(gè)夾具移回到操作員的工作空間，夾具以氣動(dòng)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(huì)對(duì)節(jié)拍產(chǎn)生影響。把機(jī)器人安裝在H形平臺(tái)上的布置提高了機(jī)器人在夾具工作區(qū)內(nèi)執(zhí)行焊接時(shí)的可達(dá)性。安裝在平臺(tái)上的KR 6-2型KUKA機(jī)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(jī)器人腕部的流線型設(shè)計(jì)確保機(jī)器人具有最小的破壞性輪廓線和最高的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人能以很高的精度和速度執(zhí)行點(diǎn)焊任務(wù)。

與其他KR QUANTEC系列機(jī)器人一樣，其特點(diǎn)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(diǎn)焊工藝的不二之選。

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

二、汽車制造創(chuàng)新型機(jī)器人焊接系統(tǒng)

應(yīng)用案例：

德國(guó)愛科集團(tuán)是一家開發(fā)和制造汽車技術(shù)、園林機(jī)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(duì)歐洲市場(chǎng)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(huì)承受非常高的動(dòng)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(shí)保證無(wú)限的靈活性，就必須采用可靠的焊接工藝和最先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)。愛科集團(tuán)依靠領(lǐng)先系統(tǒng)集成商Robolution的兩個(gè)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(tuán)的生產(chǎn)計(jì)劃師Andreas Jehle總結(jié)了他們決定采用Robolution系統(tǒng)和庫(kù)卡焊接機(jī)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(gè)零件的范圍內(nèi)，變體數(shù)量巨大。利用Robolution帶有兩個(gè)不同的專用定位器的通用單元可帶來(lái)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(duì)于我們公司的要求配置來(lái)說(shuō)是完美定制的組合?！?/p>

實(shí)際上，得益于5軸定位器和一種連接到系統(tǒng)長(zhǎng)度方向面的額外專用定位器TurnFix，創(chuàng)新型的單元實(shí)現(xiàn)了令人難以置信的短的非生產(chǎn)時(shí)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(guò)程的情況下在兩個(gè)工作站處裝載工件。

有了這種配置，庫(kù)卡機(jī)器人已經(jīng)被證明可始終處于繁忙狀態(tài)，而幾乎無(wú)任何非生產(chǎn)時(shí)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(jī)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(tuán)具有決定性重要性的標(biāo)準(zhǔn)。”

Andreas Jehle表示。愛科集團(tuán)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(huì)被作為當(dāng)天的訂單進(jìn)行準(zhǔn)備生產(chǎn)，對(duì)于這兩種焊接單元，這意味著它們隨時(shí)都是可用的。如果系統(tǒng)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都沒有工作，則這就會(huì)自動(dòng)阻礙整個(gè)車軸生產(chǎn)的進(jìn)行，結(jié)果就毫無(wú)疑問產(chǎn)生停機(jī)時(shí)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(guò)一貫使用市場(chǎng)上可獲得的最佳產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。毫無(wú)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(jī)器人焊接系統(tǒng)制造方面的經(jīng)驗(yàn)以及其一貫使用最佳質(zhì)量的組件，各種用戶如愛科集團(tuán)就可可靠地獲得具有可靠工藝的整個(gè)系統(tǒng)?！?/p>

在愛科它們能淋漓盡致地證明此觀點(diǎn)。這兩個(gè)系統(tǒng)中更新的一款已經(jīng)投入工作不到兩年時(shí)間，盡管有大量的多班次工作，但在這些時(shí)間內(nèi)還從未出現(xiàn)過(guò)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(kuò)展至最大長(zhǎng)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(shì)：“在任何時(shí)候我們都可將完整的焊接方案和夾具從一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng)中，這樣就提供了額外的靈活性。

另外，存儲(chǔ)和備品備件保存也非常方便。如果一個(gè)系統(tǒng)上發(fā)生事故，則我們能在損失任何時(shí)間的情況下在另一個(gè)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(kù)卡焊接機(jī)器人是愛科集團(tuán)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(jī)器人制造商聯(lián)姻，而庫(kù)卡是世界上最好的焊接機(jī)器人制造商之一，其能讓客戶對(duì)制造商的規(guī)格說(shuō)明變得對(duì)我們非常明確和簡(jiǎn)單?！?/p>

愛科集團(tuán)質(zhì)量保證部對(duì)焊接系統(tǒng)的高性能表示肯定。愛科集團(tuán)對(duì)于Robolution的通用單元和庫(kù)卡機(jī)器人感到完全滿意。

“庫(kù)卡機(jī)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(duì)庫(kù)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(kù)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(jī)器人單元

案例精選：

每年有超過(guò)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(wú)限變化多樣，這對(duì)于生產(chǎn)則意味著必須處理特小的批次尺寸和無(wú)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(wú)問題應(yīng)對(duì)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(dòng)化程度但并不是完全自動(dòng)化的智能系統(tǒng)來(lái)完成生產(chǎn)任務(wù)：

“由于我們堅(jiān)定地相信我們寬廣的生產(chǎn)范圍將超出完全自動(dòng)化系統(tǒng)的能力，并且這將負(fù)面影響再加工時(shí)間，所以我們將直接采用混合系統(tǒng)。組合使用機(jī)器人輔助操作和手動(dòng)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(wú)可否認(rèn)地?——這工作分項(xiàng)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(kù)卡的兩臺(tái)KR 150 R3300 prime K型工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行所有必須生產(chǎn)步驟：凸焊、點(diǎn)焊、裝卸、沖壓、成型和最終的放置。

當(dāng)置換平臺(tái)一側(cè)的操作員正忙于裝載和夾持時(shí)，另一側(cè)已開始其工作：第一步，兩臺(tái)KR QUANTEC PRIME機(jī)器人啟動(dòng)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(hào)機(jī)器人實(shí)施凸焊，此工藝提供了決定性的優(yōu)勢(shì)，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(shí)與外導(dǎo)軌相連接。

而安裝在底座上的2號(hào)機(jī)器人同時(shí)將開放的U型導(dǎo)軌點(diǎn)焊到門板的底面上，此過(guò)程所花的時(shí)間比凸焊短，因此當(dāng)1號(hào)機(jī)器人仍然在焊接時(shí)，2號(hào)機(jī)器人就已經(jīng)利用St?ubli Connectors公司的刀具自動(dòng)切換系統(tǒng)將其焊槍切換為真空機(jī)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(hào)機(jī)器人就會(huì)抓取門板并將其移動(dòng)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(jī)上的機(jī)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(jī)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?cè)诖斯ぷ髡咎帥]有出現(xiàn)任何廢品?！痹跊_壓之后，機(jī)器人將門板移動(dòng)到壓力機(jī)處，此壓力機(jī)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(jī)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(jìn)一步的重新加工。此機(jī)器人系統(tǒng)可生產(chǎn)長(zhǎng)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(yùn)超大尺寸的門板對(duì)于KR QUANTEC PRIME機(jī)器人來(lái)說(shuō)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(jī)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(guò)程中溫度只會(huì)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(duì)生產(chǎn)工程方面的無(wú)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(dòng)時(shí)，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(zhǎng)度和寬度。而使用了機(jī)器人控制器的情況就相當(dāng)不同。

KR C4不僅計(jì)算機(jī)器人動(dòng)作，包括碰撞監(jiān)測(cè)，而且還計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)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(duì)每個(gè)門板所有這些操作都不斷的重復(fù)執(zhí)行。

KUKA KR C4機(jī)器人因有著高級(jí)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(huì)存儲(chǔ)任何參數(shù)，而是將參數(shù)保存在機(jī)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(tái)、沖孔機(jī)和壓力機(jī)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(kù)卡的現(xiàn)代機(jī)器人還提供了出色的經(jīng)濟(jì)性，而這一點(diǎn)正是Klaus Schafranietz感到特別滿意的地方：“利用新的機(jī)器人單元，我們能為每個(gè)可直接安裝的門板實(shí)現(xiàn)90s的周期時(shí)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(zhǎng)。”

庫(kù)卡機(jī)器人特技表演：

四、農(nóng)業(yè)機(jī)械用工業(yè)機(jī)器人工作站

案例精選：

機(jī)器人焊接系統(tǒng)由含有兩個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的工作站組成，兩個(gè)機(jī)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(gè)機(jī)器人系統(tǒng)可在地面導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上移動(dòng)，配備有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)-轉(zhuǎn)環(huán)-提升定位器。夾持直徑、夾持高度和長(zhǎng)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(diǎn)(TCP)校準(zhǔn)是自動(dòng)實(shí)施的，以便能確保一貫的高應(yīng)用質(zhì)量。每個(gè)機(jī)器人上方都設(shè)置有將過(guò)濾空氣返回至車間中的抽氣煙道。

同時(shí)，系統(tǒng)還提供了允許兩個(gè)機(jī)器人切削加工同一零件或在一個(gè)工作站處分離多個(gè)零件的優(yōu)勢(shì)。使用了兩個(gè)尤其適用于中等有效負(fù)荷的KUKA KR 30 L16機(jī)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(jī)器人是用于精確焊接工作實(shí)施的理想選擇。

得益于較長(zhǎng)的關(guān)節(jié)機(jī)械臂和較長(zhǎng)的連接機(jī)械臂，這些機(jī)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(jī)器人能用作地面安裝或屋頂安裝，也是用于個(gè)體系統(tǒng)布局的理想選擇。

使用KUKA.Touch Sense軟件還能使得針對(duì)工件形狀或位置上的偏差進(jìn)行補(bǔ)償成為可能，這樣能確保工件上的運(yùn)動(dòng)路徑與主輪廓準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)。KUKA.Arc Sense軟件利用電弧穿越傳感器實(shí)現(xiàn)縫隙跟蹤。

實(shí)施這種機(jī)器人自動(dòng)化解決方案能帶來(lái)明顯的生產(chǎn)率提升：在焊接以及裝卸過(guò)程中縮短了周期時(shí)間，從而使得制造時(shí)間縮短超過(guò)50%。

終端客戶和集成商都被基于機(jī)器人的解決方案所折服，并且不會(huì)排除進(jìn)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(jì)劃在Horsch公司生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)施進(jìn)一步自動(dòng)化裝備的可能，”SMT Systemtechnik有限公司的員工Kristina Schreider補(bǔ)充道。（文章來(lái)源：金屬加工）