激光跟踪焊接机器人系统技术方案.docx

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激光跟踪焊接机器人系统技术方案

RUSERredactedonthenightofDecember17,2020

激光跟踪焊接机器人系统技术方案

顺开机械手弧焊工作站

技术方案

沈阳新松机器人自动化股份有限公司

2009年7月

第一章方案概述

1.方案设计依据

甲方所提出的要求以及图片；

2.项目条件和要求

焊接工件名称：

箱体总成最大1000mm*1000mm*1800mm（W*L*H）（长度、宽度和高度均有变化）。

材料：

不锈钢；厚度：

δ＝3mm；

焊接方法：

机器人MAG焊接方式；

设备规划：

配置1套机器人及MAG焊接系统、1套机器人滑台、1台单轴变位机，1套机器人焊接夹具，激光检测和跟踪系统等。

具体见设备布局参考图。

第二章焊接工艺分析

1.箱体工序划分：

工序1、人工点固工件（组焊夹具甲方设计制造，甲方自备焊接设备，箱体共4个部件）；

示图：

工序2、人工将工件装在变位机夹具上，机器人焊接。

焊接完成后人工卸件。

示图：

机器人焊接如图所示的焊缝

2.焊接工艺（MAG）：

1）焊丝直径选用ΦΦ1.0mm；

2）机器人MIG焊接的平均焊接速度取：

6-8mm/秒；

3）每条焊缝的机器人焊接辅助时间，即机器人平均移动时间取：

3秒（包括机器人变换姿态、加减速、空程运动时间，及焊接起弧、收弧时间）；

第三章系统总体方案

1.方案总体介绍

本方案采用KUKAKR16L/6机器人和弗尼斯的TPS4000焊接系统，通过sevorobot的DIGI-I激光传感器检测焊缝的位置进行焊接，并增加激光跟踪系统随时对焊接进行修正。

机器人夹具放在单轴变位机上，机器人安装在外部轴滑台上，保证焊接的姿态。

经过仿真：

目前需用的机器人基本上可以满足最长1800的焊接。

关于夹具能适应多品种的问题：

目前认为一套夹具可以通用，由于工件宽度及高度变动范围太大，为了适应有些型号的工件焊接，需要手工更换夹具上的部分底座。

2.

设备布局参考图

平面布局图

设备按1套机器人夹具制造，在电控系统上按照2套夹具的输入输出数量预留接口。

第四章系统设备配置表

序号

名称和规格

数量

备注

弧焊机器人系统

1）本体:

KR16L/6

2）控制柜:

KRC

3）示教盒（中文英文双语显示,、电缆长度：

10m）

4）供电电缆（本体控制柜，长度：

5m）

1套

KUKA

焊接系统

1）焊接电源TPS4000（输入AC380V）

2）防碰撞传感器（TBI）、焊枪（TBI）、校枪规

3）焊枪同轴电缆、装配支架

4）送丝机构、电缆及安装基座

5）+/-极电源电缆（5m）

6）焊机接口控制电缆

7）气管、气体流量表

1套

福尼斯

焊枪清理器

1套

TBI

DIGI-I激光检测和跟踪系统

1套

SERVO-ROBOT

外部轴滑台

1）电机、伺服包进口

2）其它新松配套

1台

KUKA

新松

单轴变位机

3）电机、伺服包进口负载1500kg

4）其他新松配套

1台

KUKA

新松

机器人焊接夹具

1）气动夹紧机构

2）焊接气箱工件（最长1800mm）。

1付

沈阳新松

控制系统（OMRON-PLC）

1付

沈阳新松

工位操作台

1）2个操作盒、1个操作台、配有启动、急停按钮

1套

沈阳新松

周边设备

1）机器人安装座

2）变位机安装钢板

3）电缆支架、走线防护槽、接口箱

1套

沈阳新松

安全围栏

钢结构安装立柱、安全围栏、安全门、三点检测光栅用于安全防护

1套

沈阳新松

其它附件（气源系统，气管，电缆，气管接头，膨胀螺栓）

1套

沈阳新松

第五章设备配置说明

1.机器人系统KR16L/6

本系统所选用的KR16L/6机器人是德国KUKA的机器人，包括机器人本体，机器人控制柜（KRC2），示教盒（KCP）三部分及供电电缆。

1）机器人本体参数：

KR16L/L机器人本体照片

KR6C性能参数

负载

6公斤

运动轴数

6

重复精度

小于±0.1mm

控制器

KRC2

自重

240公斤

每个轴的运动参数

运动范围

运动速度

轴1

+/-185°

156°/s

轴2

+35°/-155°

156°/s

轴3

+154°/-130°

156°/s

轴4

+/-350°

335°/s

轴5

+/-130°

355°/s

轴6

+/-350°

647°/s

最大工作半径

1911mm

空间最大旋转角度

±185o

KR16L/6机器人本体外形尺寸及运动范围

2）机器人控制器KRC2

控制柜外观示意图

KRC2性能参数

处理器

库卡（工业）计算机

操作系统

微软WINDOWSXP

编程及控制

库卡VKCP

设计生产标准

DINEN292,DINEN418,DINEN614-1,DINEN775,

DINEN954,DINEN50081-2,DINEN50082-2,DINEN60204-1

保护等级

IP54

工作环境温度

0°～50°（无需外加空调系统）

控制轴数

8-11个

自重

178公斤

输入电源

3x400V-10%∽3x415V+10%,49-61赫兹

负载功率

4KVA（最大8KVA）

保护熔断器

32A，3只（慢熔型）

与外围设备通讯接口

EtherNet,CANBUS（Interbus,profibus作为可选项）

至机器人电缆总成

7米（可加长到15米,或25、35、50米）

噪音等级

（根据DIN45635-1）67dB

3）KUKA编程控制器KCP

KCP性能参数

尺寸（长x高x厚）：

330x260x35mm

保护等级：

IP54

显示屏：

640x480，256色LCD彩显，VGA模式，

6D空间鼠标，使示教动作容易操作

4种工作模式切换旋钮，方便操作与安全

3位人体学始能开关

　三位使能开关

中/英/德多种语言菜单切换容易

10米控制电缆

开始/停止/紧急停止按钮

通过Canbus与PC通讯

库卡工业机器人优点描述：

（1）标准六轴工业机器人本体：

合理的机械结构和紧凑化设计

6个自由度AC伺服马达

绝对位置编码器

所有轴都带有抱闸

特定的负载和运动惯量的设计，使得速度和运动特性达到最优化

臂部的附加负载对额定负载没有运动限制

本体和控制器之间7m长电缆,并可根据需要进行扩展

特点描述：

旋转范围大，工作效率更高

模块化的机械结构设计，任何部分都可迅速更换

高精度电子零点标定

可调机械手臂，更大的活动空间和柔韧性

高速运动曲线中动态模型的优化，加速性能高于普通机器人25%，更利于提高系统寿命、优化工作节拍

（2）KUKA机器人控制器KRC2

标准的工业控制计算机PENTIUMⅡ处理器

基于Windows平台的操作系统，可在线选择多种语言（包括中文）

支持多种标准工业控制总线，包括：

Interbus、Profibus、Devicenet、Canbus、Controlnet、EtherNet、RemoteI/O等

标准的ISA、PCI插槽，方便扩展。

可直接Intrnet，实现远程监控和诊断。

采用高级语言编程

标准的控制软件功能包，可适应于各种应用

6D运动控制鼠标，方便运动轨迹的示教

断电自动重启，不需重新进入程序

系统设示波器功能，可方便进行错误诊断和系统优化

软件可自动更新和升级

KUKA标准的工业控制PC

基本配置：

CPU：

GHZ

内存：

256MBRAM

硬盘：

20G

串口：

COM1、COM2、COM3，9针或15针

标准并口和打印机接口

主板：

标准工业控制计算机主板，含PCI、ISA插槽

USB接口

标准CD-ROM和软驱

标准显卡，可外接显示器

优点：

开放性好，能够直接和多种功能卡直接插接，方便扩展，通用性好

程序可方便进行备份及恢复，而且可在短时间内完成

可直接外接显示器、鼠标和键盘，方便程序的读写

可随时进行系统的更新

大容量硬盘对程序指令基本无限制，并可长期存储相关操作和系统日志

支持多种总线协议，与总线接口板连接方便，即插即用

一旦出现系统错误，可在最短时间内恢复

可方便进行联网，易于监控和管理

拆卸方便、易于维护

2.

焊接系统

焊接系统采用福尼斯的TPS4000，介绍如下：

TPS4000

TPS4000——焊接历史上里程碑式的产品，它是全数字化微处理器监控的逆变电源。

在这款新型设备众多特点中，尤其突出的是它能适用于多种焊接方法，以及能够满足多种多样的焊接任务。

TPS4000，最大焊接电流400A，能够满足最苛刻的工业要求。

它主要应用于：

汽车及其零部件制造、仪器仪表制造、化工工程、机械工程、铁路车辆以及船舶工业等领域。

焊接方法：

手工焊（MMA）

MIG/MAG高性能焊接

MIG/MAG脉冲电弧焊

TIGDC焊

推荐的母材：

铝及铝合金

特殊材料

不锈钢

碳钢

推荐的应用领域：

工业设备的制造及安装

维修和补焊

航空航天工业

板材的加工

机器人焊接

汽车及其辅助工业

铁路车辆及其附属设备的制造

船舶工业及海洋工程

特殊车辆及设备的制造

功能列表（摘录）

常用的：

4轮驱动

防粘功能

自动削球功能

连续的焊接电流调整

数字化焊接程序

能量保存逆变技术

人性化的焊枪支架（选配件）

JOB模式

提起引弧功能

微处理器控制

推拉丝操作（选配件）

远程控制单元

机器人接口，数/模转换口（选配件）

无飞溅引弧（选配件）

S—，CE—标准

一元化操作

双脉冲（选配件）

温控风扇

用户自定义功能按钮

从数据库调用焊接程序（选配件）

缓速送丝机构

无电流和气体送丝

操作模式：

2—步/4—步模式

铝焊起弧程序（特殊4步）

点焊

显示参数：

板厚

电弧长度

中间态电弧

保持功能

JOB序号

手工操作模式

焊脚尺寸

马达电流

操作模式

错误代码

焊接电流（实际值/预设值）

焊接电压（实际值/预设值）

焊接速度

送丝速度

可调参数：

电弧长度校正

回烧时间

电弧推力校正

弧坑电流

气体预流时间

气体过流时间

热起弧

连续调节焊接电流

技术数据：

TPS4000技术数据

主电压±15%50/60Hz3×400V

焊接电流范围MIG/MAG3—400A

焊接电流范围TIG3—400A

焊接电流范围MMA10—400A

焊接周期（40°C，10分钟）50%暂载率，400A

焊接周期（40°C，10分钟）100%暂载率，320A

尺寸（L×W×H）625/290/475mm

重量35,2Kg

保护等级IP23

标准与安全认证CE，CSA，S

3.变位机

变位机作为机器人系统的外部轴，和机器人系统协调运动。

具体的参数如下：

单轴变位机

　示意图

负载

1500Kg

回转速度

回转角度

360°

4.

激光传感器

加拿大Servorobot激光跟踪传感器是目前世界上最先进的跟踪传感器，可实现6-D跟踪，与kuka机器人有良好的接口。

其详细性如下：

5.安全防护

系统设有安全围栏以及安全门，防止人员的进入。

在操作工位设置安全光栅，防止系统的意外启动以及系统工作时对人员的伤害。

安全门和安全光栅均和机器人进行连锁。

第六章项目启动条件与要求

1.项目启动条件

甲乙双方签订正式的《合同》和《技术协议》；

乙方收到甲方的第一笔合同预付款；

甲方将工程设计所需的技术资料交付给乙方；

2.对现场环境的基本要求

环境温度：

0～45℃；

相对湿度：

20%～80%RH；

振动：

振动加速度小于0.5g；

电源：

三相380V，电压波动范围：

+10%、-15%，频率：

50/60HZ；

单套机器人系统控制柜容量：

10KVA，焊接用电源容量：

22KVA；

每个机器人工作站配一个独立的空气开关，以供工作站电控柜配电用。

机器人控制器和焊机电源须从电控柜中分别引出。

焊机与系统控制器必须分开接地，接地电阻小于100Ω；

压缩空气需滤除水气、杂质，且要求压力>；

工作现场无腐蚀性气体；

车间地基：

常规水泥地面处理，设备安装底座可采用膨胀螺栓与地面固定；

3.MAG焊接对焊接工件的基本要求

零件表面应无油、无锈、无污物；

焊缝处工件间隙小于0.5mm；

零件上不应该有影响定位及涂胶的毛刺。

4.调试及现场配合要求

甲方应在设备验收前后，免费向乙方提供设备调试所需的全套试件。

甲方应在设备发往甲方现场前，按照布局要求，完成包括水电气等动力设备的场地准备工作。

当设备到达甲方指定现场后，甲方负责安排现场设备卸车及相应的人员配合。

乙方负责提供系统设备的位置图，并辅助甲方进行现场设备的地面固定工作。

乙方提供土建规划，甲方负责施工。

第七章项目服务承诺

为确保该项目从设计规划到现场应用的顺利进行，我公司将按照以下项目管理操作保障措施，完成该项目的交钥匙工程：

1）制定严格的项目进度计划

包括：

设计、采购、加工、装配、调试、验收周期。

2）图纸审核

详细设计方案确定后，用户须对场地及物流布置图纸进行审核并确认，乙方负责实施的正确性。

3）设备的生产、调试与验收

严格按照设计图纸进行生产，确保加工和装配质量，整体设备须经过在乙方调试现场的预验收和用户使用现场的终验收。

4）设备的包装运输

设备运输为货车陆路运输方式，并按照合同有关要求，包装中采取防潮、防震措施，以适应市内运输和分体吊装需要。

5）验收文件

在设备经预验收后，乙方负责提供：

设备安装图，夹具总图，系统电器原理图，备件易损件清单文件各2套。

6）技术培训

设备在运往用户现场安装调试前后，乙方负责对用户操作人员、维护人员进行两次技术培训，最终达到用户有关人员能够正确掌握该设备的使用。

7）售后服务

对于设备出现非人为造成的技术故障，乙方在工作时间接到用户传真（或电话）的4小时内，做出快速响应。

当必要时，24小时内到达用户现场。

乙方所提供的设备的质保期为12个月，即从工程项目通过甲方和乙方的终验收后算起。

在质保期内，乙方负责对非人为造成的设备故障进行免费维修，超过质保期后，乙方只收取技术服务的成本费。

8）保密要求

双方对任何一方提供的资料、技术文件负有保密的责任，未经对方许可不得泄露给第三方。

第八章设备交付周期及验收标准

1.设备交货期

满足上述项目启动条件，个月完成机器人焊接单元的设备发货。

2.预验收合格标准：

1）设备数量齐全、外观完好，符合《合同》和《技术协议》的有关规定；

2）设备中主要材料、零部件、外购件、关键件符合《技术协议》的有关规定；

3）设备配置和功能满足《技术协议》中的有关规定；

4）预验收合格后，双方签定验收纪要。

3.终验收合格标准：

1）设备数量齐全、完好,符合《合同》和《技术协议》的有关规定；

2）乙方调试人员焊接出符合焊接质量要求的产品。

3种产品各焊接2件，其余产品甲方自行调试。

3）设备连续正常工作、无故障运行3个工作日以上；

4）设备下厂三个月内，因甲方原因（如不具备生产条件、没有可生产工件等）不能进行终验收工作，则乙方即示该设备通过了甲方验收，甲方即应为乙方办理验收手续，并根据合同进行付款结算；

5）终验收合格后，双方签定验收纪要；