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激光跟踪焊接机器人系统技术方案.docx

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;

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