从工业机器人焊接单元到工业机器人焊接系统

从工业机器人焊接单元到工业机器人焊接系统

作者：H.-J. Warnecke, H. Gzik and W. Utner

发表来源：IPA.邮政信箱800469，Nobelstrasse12，D-700斯图加特80，德意志联邦共和国

在过去的几年中,我们已经在机器人焊接零件的制造工业方面目睹了一场轰

轰烈烈的高潮，特别是在小型和中型公司。在急剧增加的工业机器人柔性自

动化中，值得注意的是更短的产品周期，缩小批量大小和稳步上升的工资成

本水平。而到现在为止，单一的工业机器人自动化焊接制造已普遍应用于封

闭的工作区，由操作者进行手动加载和卸载。现如今的趋势则是发展能够被

识别的conwlex系统。通过把集中单独的材料和信息流站点联系到一起，使

得在一个中心下载和卸载，而且具有一个集成的存储设施成为了可能。

一：引言

机器人在应用的主要领域使用数字的调查结果说明了图1和下面图片的浮现：在德意志联邦共和国的2,458个单位安装中最常见的机器人应用是点焊。然而，在高度集中的汽车业停滞不前的增长率似乎指向这个区域已经饱和。相比之下，采用工业机器人连续轨迹的焊接已经显示出强劲的增长，自1983年以来，上述所有提到的改进机器人技术的发展，特别是进一步加强在连续路径控制的进步，在1,781个工业焊接机器人安装中，多达447是去年安装的。对比1985年相对增加了35 ％，尽管过去取得的成就指出在没有传感器系统的帮助下很难有什么收获。

我们可以预测前述的电焊情况可以对连续点焊预期会有一个有利的影响。事实上，德意志联邦共和国四分之三在焊接作业属于电弧焊的范畴推动了这种情况的发生。

二．最先进的连续轨迹焊工业机器人

工业机器人工作站到目前为止执行是由一个非常统一的设计区别。图2示出工业机器人焊接系统的关键部件。

图1

核心要素是工业机器人，它适应市场中的各种设计类型。有种是建立了自己的连续路径焊之一，但是，是垂直铰接臂机器人。同时在高灵敏操作时，它以较高的速度执行动作，至少有五个或者经常有六轴联动，这样保证有效的进行以下上午复杂运动，三维的接缝运行，即使指定的指定的焊枪姿态。

截至目前，工业机器人已经安装主要是作为独立的单位，但是，在最近出现了一个比较明显的趋势，那就是考虑架空设备更好地利用工作区和改进接缝处的可访问性。这样的调查由弗劳恩霍夫生产工程研究所和IPA，斯图加特，1984年执行。与此平行，同比增长是明显的，在使用移动的工业机器人方面（图4），它基本上用于扩大工作范围。

图3：立式焊接机器人安装在德国的分布

工业机器人工作站的第二要素是对工件定位装置。最流行的选择是两轴装置，它与数控配合可以在待加工区的所有地方进行焊接加工。然而，在许多情况下旋转工作台有4个或者8个位置就足够（指数是90或者45~）。两轴设备的应用范围对重量的要求比对工件的尺寸小。因此，特别是在长工件的情况下，所谓横向可逆夹具中经常采用的工件保持在两个面板之间，并通过只有一个轴转动。

取决于工件的待焊接的范围内，目前这里有两优先的基本布局。第一个是固定的工业机器人由一个或多个工作站包围其工作区域，它可以达到其内底通过旋转垂直轴。第二个是带有跟踪型结构的工业机器人。在后一种情况下，在最大加工范围范围上有较大优势，特别是在最大可行的工件尺寸和可组合的工作站的数量上。

通过举例的方式，图5示出了几个系统的安排，其中的主要区别特征是站的数量。单站的解决途径不受重视是因为经济上的原因。在这种情况下，有效地利用时间将大量减少，因为会发生的所有设置，装载和停药时间都出现在系统时间内，使它不可能经济地运行。

可以这么说，有两个站作为备选方案1和2的布局表示标准的系统。这里是可能要么加载第二站与各个部分或在工业机器人的生产时间来重新设置它，即在自动焊接周期。这种方法既没有工业用机器人也没有操作员（在手动加载的情况下）具有较长的等待时间。但是，这个一个前提条件对焊接，下载，卸载都是有好处的。

图4。安装在德国固定式和移动式焊接机器人分布

操作者和工业机器人一个更大的区别是获得更多焊接台数量的能力。以此同时，这也会使得它可以整合非常不同的布局站，从而提高双方的短期和长期的灵活性。

当选择一个特定的情况下，不仅是技术最适合的布局，而且也经济学 - 组织方面必须加以考虑。在此之前的投资，必须有面向实际应用和它接受所有附带条件及其各自的比重帐户的良好接地规划。

三．机器人焊接的发展趋势

对安装的焊接机器人工作站其工件的加工范围的分析显示，到目前为止，工业机器人的高柔韧性被利用的程度有限。只处理选定的工件的焊接机归类为专门焊接机，它适合加工比较大的批次。用户选择焊接机器人的主要原因不在于他们的灵活性，相比人工焊接，而在于它是否可以在明显缩短循环时间，特别是它可以减少非生产性时间配额。

图5，焊接机器人工作站的代替系统

不过，对于多样性更大的工件来说这一趋势来的比较迟。而在1982年，95％的系统都还在处理中小于10个不同的工件，这一数字在1984年下降到50％以下。在另一方面，用于处理一个略微更宽范围的工件的系统的数量上升的比较多。在1984年首次的应用情况下，值得注意是在小和中等大小的批次中已知的焊接数量超过50的工件的比例。

需要重新设置这是焊接自动化日益重要的一个问题。取决于的焊接复杂程度，设置时间可以快速运行到几个小时，特别是在小批量的情下，如果在组织与技术领域没有或不恰当的应对措施，必然的结果是整个工厂停工。因此存在的系统的可用性下降如此之低，经济的制造变得不可能。这绝对是至关重要的，因此，要防止这种情况出现。这可以实现，例如，通过协调周期和不同工件的设置时间，通过安装足够数量的焊接站和操作人员，这可以很好地看着作为比喻由生产向自动化加工的三元电池材料流动。后一步是，要求有标准化的输送辅助工具和自动运输系统，使操作者完全从系统中设置，加载和撤退行动释放出来。除了减少非生产时间相应配额，中央夹紧的安装和设置站空间上与焊接系统分离有助于一个人文主义的焊工工作环境。这些自主焊接单元有进一步的优势了。例如，通过将一个适当大小的缓冲器放在信元的前面和的后面，它能够消除休息时间以及制造延伸到无人值守的第三个轮班。另一种为大缓冲区是有目的设计的储存。在这种情况下焊接单元经由调试线路连接，制造控制中心指定的顺序序列直接连接到存储上。在考虑到有这样的大容量储存，实现自动操作焊接车间是有可能。

在钣金件的预制生产中，这种储存到储存的生产方式已经越来越被广泛的采用。这里的系统已经实现，其中，通过数字控制的剪切机，冲压/剪切和弯曲机的方法，制成的片材金属部分是自动从坯料制造出来的的，并在生产的任何

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