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操作機(jī)

點(diǎn)焊機(jī)器人性能的提升

發(fā)布日期:2022-04-26 點(diǎn)擊率:84

點(diǎn)焊是汽車生產(chǎn)線必不可少的焊接方法之一,使用數(shù)量雖因產(chǎn)量而有所不同,但為成功組裝汽車車身,平均每條生產(chǎn)線上活躍著200~300臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人。近年來(lái)用戶為實(shí)現(xiàn)成本最小化,致力于建設(shè)以縮短生產(chǎn)線長(zhǎng)度、減少工序數(shù)和減少機(jī)器人臺(tái)數(shù)為目標(biāo)的生產(chǎn)線。面對(duì)此類需求,機(jī)器人廠商首先應(yīng)當(dāng)考慮以機(jī)器人的高速化來(lái)應(yīng)對(duì)。

點(diǎn)焊機(jī)器人的高速化可在用戶構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)幫助其減少機(jī)器人的使用臺(tái)數(shù)。如機(jī)器人速度提升20%,每臺(tái)機(jī)器人的打點(diǎn)數(shù)就會(huì)增加20%,那么在原本由100臺(tái)機(jī)器人構(gòu)成的汽車車身焊接生產(chǎn)線上,從工作量考慮只需要80臺(tái)機(jī)器人即可,因此用戶減少了 20臺(tái)機(jī)器人的使用成本及能源損耗。但由于動(dòng)作范圍的原因機(jī)器人要分開打點(diǎn),因此必須擴(kuò)大機(jī)器人的動(dòng)作范圍,特別是手臂軸的動(dòng)作范圍。

此外為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線長(zhǎng)度的縮短和工序數(shù)的減少,必須在維持高速化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高密度機(jī)器人布局。為此更加需要機(jī)器人具備布局的柔軟性,即設(shè)置的高自由度、低干涉的機(jī)器人形態(tài)。同時(shí),為維持高密度的生產(chǎn)線配置,也需要同時(shí)提升機(jī)器人的維護(hù)性。

為此,安川機(jī)器人圍繞高速化(含通電的點(diǎn)焊動(dòng)作)、機(jī)器人本體小型化(增加負(fù)載重量和擴(kuò)大動(dòng)作范圍)及提高維護(hù)性等理念進(jìn)行了相關(guān)機(jī)器人的開發(fā)。而新型點(diǎn)焊機(jī)器人MOTOMAN-MS165/210(以下簡(jiǎn)稱MS165/210)具備的特征可應(yīng)用于與汽車相關(guān)的領(lǐng)域中,并可為用戶在使用過程中提升優(yōu)勢(shì)。

MS165/210為點(diǎn)焊用機(jī)器人MOTOMAN-ES165D/200D(以下簡(jiǎn)稱ES165D/200D)的升級(jí)機(jī)型。以最適合點(diǎn)焊為關(guān)鍵進(jìn)行開發(fā)的原機(jī)型ES165D/200D,將點(diǎn)焊用管線包內(nèi)置于機(jī)器人內(nèi)部,為設(shè)備的高密度設(shè)置作出了相應(yīng)的貢獻(xiàn)。而此次開發(fā)的MS165/210,與ES165D/200D同樣將管線包置于機(jī)器人內(nèi)部,是適合于設(shè)備更小型化且密度配置更高的點(diǎn)焊機(jī)器人(如圖)。

點(diǎn)焊機(jī)器人的高速化用可通過各種切入點(diǎn)推進(jìn)并實(shí)現(xiàn),如控制最佳化、機(jī)器人基本性能的提升和振動(dòng)減少這三項(xiàng)特點(diǎn)。作為點(diǎn)焊機(jī)器人特有的伺服電焊槍和延時(shí)控制可通過伺服點(diǎn)焊槍的最佳動(dòng)作、加壓控制的切換速度和延時(shí)及通信的最佳化,減少不必要的控制時(shí)間,實(shí)現(xiàn)每處打點(diǎn)時(shí)間的降低。在基本性能高速化方針的基礎(chǔ)上,還準(zhǔn)備了無(wú)傳感器學(xué)習(xí)控制,即示教后執(zhí)行一次程序,此時(shí)由配備在機(jī)器人各軸上的伺服電動(dòng)機(jī)識(shí)別頂端的振動(dòng),并實(shí)現(xiàn)了對(duì)加減速時(shí)間及振動(dòng)的最佳化。

通過無(wú)傳感器化,用戶可省去繁瑣的傳感器安裝,只需重復(fù)運(yùn)行程序,便可得出最適合的加/減速,從而使高速化更加明顯。在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí),機(jī)器人的高速化使每一臺(tái)機(jī)器人的打點(diǎn)數(shù)增加,提升了節(jié)拍內(nèi)生產(chǎn)效率,而增加打點(diǎn)數(shù)導(dǎo)致點(diǎn)焊槍姿勢(shì)的獲取成為了一個(gè)重要的課題。配備伺服點(diǎn)焊槍的機(jī)器人在示教時(shí)不獲取槍的姿勢(shì)而直接改變布局的情況時(shí)有發(fā)生,這種不獲取打點(diǎn)姿勢(shì)的方式,使高速化的意義銳減。

此次安川開發(fā)的MS165/200相比原來(lái)的機(jī)型在小型化方面具有革新性的改變,主要是將原來(lái)的彈簧墊圈式的平衡器變更為充氣式平衡器,且采用了流線型手臂。考慮到充氣式平衡器的形狀、可靠性及維護(hù)的作業(yè)性,通過使用充氣式平衡器,實(shí)現(xiàn)了最小旋轉(zhuǎn)干涉半徑從R608mm縮小約100mm,縮小至R515mm左右。

考慮到汽車制造廠商左右對(duì)稱的零部件較多,單側(cè)示教完成之后使用鏡像變換生成另一側(cè)的動(dòng)作。此時(shí),由于手臂自身受到單側(cè)超程的影響,也會(huì)發(fā)生與治具或柱子間的相互干涉。為解決這個(gè)課題,安川采用了將機(jī)械臂設(shè)置于中心,避免超程的發(fā)生,并使機(jī)器人寬度最小化的構(gòu)造。關(guān)于機(jī)器人的底座將伺服點(diǎn)焊槍用配線包在機(jī)器人第一軸回轉(zhuǎn)的處理方式變更為第一軸內(nèi)部處理方式,底座的面積減少了44%。

設(shè)備成本最小化的關(guān)鍵如前所述為機(jī)器人臺(tái)數(shù)的減少和工序的縮短。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),除機(jī)器人自身的改變外,其周邊設(shè)備配合的系統(tǒng)構(gòu)建也十分重要。與焊接品質(zhì)相關(guān)的要點(diǎn)除加壓力、電流值和通電時(shí)間外,還有電極頂端形狀。這是由于反復(fù)焊接會(huì)導(dǎo)致電極頂端變形,工件的電流直徑(電流密度)的變化會(huì)直接影響焊接品質(zhì)。所以一般的處理方法是點(diǎn)焊中每數(shù)十次打點(diǎn)后用修磨器切削電極,調(diào)整電極頂端。安川在修磨器的驅(qū)動(dòng)源中使用伺服電動(dòng)機(jī),由機(jī)器人控制柜來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制,防止切削不足,同時(shí)能夠自動(dòng)檢測(cè)出異常的伺服電極修磨器也投入了市場(chǎng)。

通過修磨器的伺服化,可以檢測(cè)出驅(qū)動(dòng)修磨器時(shí)的電機(jī)力矩。同時(shí),使用伺服槍,可在切削完成后檢出電動(dòng)機(jī)位置的變化。由此可以通過修磨器無(wú)負(fù)載時(shí)和切削時(shí)力矩的變化及電動(dòng)機(jī)位置的變化,判斷切削動(dòng)作是否正常完成。

此外,從無(wú)負(fù)載時(shí)力矩的變化中可檢出修磨器驅(qū)動(dòng)系的異常,從切削時(shí)力矩的變化也可檢測(cè)出修磨器刀刃的磨損及加壓力不足等異常情況。還可以在切削的同時(shí)檢測(cè)電極位置,指定最低需要切削量,有效降低交換電極的頻率。通過引進(jìn)更加智能的設(shè)備和功能,可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的生產(chǎn)。在維持生產(chǎn)線運(yùn)作的基礎(chǔ)上盡力減少不必要消耗,對(duì)于今后的系統(tǒng)構(gòu)建也必不可少。

點(diǎn)焊的成本最小化系統(tǒng)構(gòu)建還將持續(xù),特別是配合新興國(guó)產(chǎn)量變動(dòng)的生產(chǎn)線的構(gòu)成變得非常重要。如原來(lái)以100的成本對(duì)應(yīng)100的生產(chǎn)量,今后則需要由25的成本對(duì)應(yīng)25的生產(chǎn)量。這是由于新興國(guó)家與發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)量不同所致。作為機(jī)器人廠商,根據(jù)這一狀況來(lái)提供解決方案十分重要。

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