四类典型的机器人智能焊接解决方案
目前在国际机器人行业，四大家族的品牌影响力是雷打不动的地位，有可能的变化就是这四大家族的前后顺序发生一些变换而已。但是，就是四大机器人家族，也在不断地加大研发力度，提升产品的智能化和自动化水平，巩固或扩大企业的市场地位。现在向大家介绍一下当前最火的机器人企业之一——KUKA。
KUKA机器人当前最具市场主导地位的行业是汽车制造，除此之外，它在农业机械、电梯、PC、工程机械、轨道交通等等众多领域也具有非常强大的智能解决能力。不信，下面就重点为大家介绍几种KUKA机器人的智能化焊接解决方案，供大家品读。
一、可将多种焊接工艺融合一体形成紧凑型多功能单元
案例精选：
通用单元将一台KR 6-2型KUKA机器人集成于一个H形平台的中央，利用一个回转平台，使生产过程中始终有一个焊接夹具在工作状态，同时第二个夹具由操作员装入工件，这样操作员的操作对节拍没有影响。
该单元也可以用于别的场合：既可以单独用一个机器人作为一个非常紧凑的机器人焊接单元使用，也可以配合其他机器人使用，后者可以揉合不同的机器人焊接工艺。
首先，操作员将工件装载到焊接夹具上并且启动系统，回转平台将夹具在机器人下方旋转180度至其焊接区，配有Fronius CMT焊枪的KUKA KR 6-2伸入到夹具中开始焊接工件。
接下来，第二台机器人，型号为KR 210 R2700 extra，配有X100气动伺服机器人焊钳，也移动至夹具中用点焊将各工件焊接到一起。
焊接完成后，H型回转平台旋转，将第二个新装载的夹具送入机器人的工作空间。平台的旋转将第一个夹具移回到操作员的工作空间，夹具以气动方式打开，操作员可将焊接好的零件取出。
操作员装载/卸载工件的工作不会对节拍产生影响。把机器人安装在H形平台上的布置提高了机器人在夹具工作区内执行焊接时的可达性。安装在平台上的KR 6-2型KUKA机器人以其6kg的低负载和1600mm的工作半径完美地匹配了标准弧焊任务。
机器人腕部的流线型设计确保机器人具有最小的破坏性轮廓线和最高的运动自由度。因此这位焊接专家能够轻松到达工件上的所有焊接位置。KR 210 R2700 extra机器人能以很高的精度和速度执行点焊任务。
与其他KR QUANTEC系列机器人一样，其特点是极低的空间要求和广泛的潜在应用范围。210kg的有效负荷和2926mm的可达距离，使其成为通用单元中点焊工艺的不二之选。
此外，该型号的六轴机器人可以轻松执行搬运或机加任务。这两种机器人确保了机器人单元可以获得完美和可测量的焊接效果。
二、汽车制造创新型机器人焊接系统
应用案例：
德国爱科集团是一家开发和制造汽车技术、园林机械和航空领域创新产品的企业，在汽车制造领域，这家企业主要从事了耐用的AL-KO拖车轴和针对欧洲市场的组件的生产业务。在汽车制造行业，零部件上的焊缝会承受非常高的动态荷载，其中拖车轴的质量尤为重要，因此拖车轴的焊接就成为焊接技术中最具有挑战性的任务之一。
为了在保证最高零部件质量的同时保证无限的灵活性，就必须采用可靠的焊接工艺和最先进的生产技术。爱科集团依靠领先系统集成商Robolution的两个相同的焊接单元生产商用拖车轴用摇臂、防盗装置及各种附加组件。
爱科集团的生产计划师Andreas Jehle总结了他们决定采用Robolution系统和库卡焊接机器人的原因：
“这些工作站处的生产主要为小批量，批次大小在10~500个零件的范围内，变体数量巨大。利用Robolution带有两个不同的专用定位器的通用单元可带来令人难以置信的灵活性，而使用KUKA KR 16可确保出色的质量和生产率——这对于我们公司的要求配置来说是完美定制的组合。”
实际上，得益于5轴定位器和一种连接到系统长度方向面的额外专用定位器TurnFix，创新型的单元实现了令人难以置信的短的非生产时间。“系统智能地配置了轨道式定位器及TurnFix，这意味着可以在不中断焊接过程的情况下在两个工作站处装载工件。
有了这种配置，库卡机器人已经被证明可始终处于繁忙状态，而几乎无任何非生产时间。尽管需要连续装载，但KR 16设备能提供出色的性能。这些六轴机器人快速、精确并且能产生出色的焊接结果——而这些结果正是作为高质量车轴制造商的爱科集团具有决定性重要性的标准。”
Andreas Jehle表示。爱科集团并不将非生产性材料作为存货保存。将要被下订单的生产会被作为当天的订单进行准备生产，对于这两种焊接单元，这意味着它们随时都是可用的。如果系统在很长时间内都没有工作，则这就会自动阻碍整个车轴生产的进行，结果就毫无疑问产生停机时间。
Robolution的销售主管Thomas Büttner解释了系统是如何为获得最高可用性而被微调的：
“系统总体可用性必须高于98%，将系统中所有组件的可用性相乘，意味着只能通过一贯使用市场上可获得的最佳产品来实现此目标。毫无疑问，系统概念方案也必须是正确的。由于Robolution拥有多年的机器人焊接系统制造方面的经验以及其一贯使用最佳质量的组件，各种用户如爱科集团就可可靠地获得具有可靠工艺的整个系统。”
在爱科它们能淋漓尽致地证明此观点。这两个系统中更新的一款已经投入工作不到两年时间，尽管有大量的多班次工作，但在这些时间内还从未出现过重大事故。目前，系统中只保存了不到100种适用于各种零件形状的不同方案。在大多数情况下，只需在5min内就可切换至另外一种零件形状。
零件范围从各种小型零件扩展至最大长度为800mm的零件。而两种系统配置相同，这也被Andreas Jehle视作是每日生产中的主要优势：“在任何时候我们都可将完整的焊接方案和夹具从一个系统转移到另一个系统中，这样就提供了额外的灵活性。
另外，存储和备品备件保存也非常方便。如果一个系统上发生事故，则我们能在损失任何时间的情况下在另一个系统上完成特别紧迫订单中的产品焊接，但是到目前为止我们还不需要依靠此应急策略。”
在系统中使用库卡焊接机器人是爱科集团的明确规定，并且此决定是正确的，Thomas Büttner认为：“Robolution是系统集成商，并且没有与任何一家机器人制造商联姻，而库卡是世界上最好的焊接机器人制造商之一，其能让客户对制造商的规格说明变得对我们非常明确和简单。”
爱科集团质量保证部对焊接系统的高性能表示肯定。爱科集团对于Robolution的通用单元和库卡机器人感到完全满意。
“库卡机器人的性能和可仿效的编程令我们印象深刻，我们的员工到目前为止对库卡控制器非常熟悉，非常感谢此款控制器提供的各种可能。另外，我们认为Robolution和库卡提供的服务非常周到，” Andreas Jehle总结到。
三、电梯门生产的高度灵活的机器人单元
案例精选：
每年有超过80,000块电梯门板由慕尼黑的Meiller Aufzugtüren工厂生产，并且门板的尺寸无限变化多样，这对于生产则意味着必须处理特小的批次尺寸和无限的不同变化产品，鉴于这些因素的存在，就必须开发出能毫无问题应对所涉及要求的挑战的生产系统。
工厂负责人Klaus Schafranietz使用具有很高的自动化程度但并不是完全自动化的智能系统来完成生产任务：
“由于我们坚定地相信我们宽广的生产范围将超出完全自动化系统的能力，并且这将负面影响再加工时间，所以我们将直接采用混合系统。组合使用机器人辅助操作和手动操作已经被证明是高度有效的，每周可生产大约1,500块门板。”
无可否认地¬——这工作分项分配有些不均匀，操作员的工作仅限于金属板和型材的载入以及零件的夹持，而库卡的两台KR 150 R3300 prime K型工业机器人执行所有必须生产步骤：凸焊、点焊、装卸、冲压、成型和最终的放置。
当置换平台一侧的操作员正忙于装载和夹持时，另一侧已开始其工作：第一步，两台KR QUANTEC PRIME机器人启动所需的焊接，安装在为获得最大可达距离的底座上以及配备有专用焊枪1号机器人实施凸焊，此工艺提供了决定性的优势，即可一次性执行两次焊接：这样，KR QUANTEC PRIME就能将外部壳体的顶部和底部同时与外导轨相连接。
而安装在底座上的2号机器人同时将开放的U型导轨点焊到门板的底面上，此过程所花的时间比凸焊短，因此当1号机器人仍然在焊接时，2号机器人就已经利用Stäubli Connectors公司的刀具自动切换系统将其焊枪切换为真空机械爪，从而转变为装卸专家。
一旦完成所有凸焊焊缝，则2号机器人就会抓取门板并将其移动到冲压站，在此处将各排孔洞冲压到门板中。Klaus Schafraniet总结了这里重要的一些因素：“门的下导向件随后将被转入冲孔中，而这里所需的精度为2/10mm，将门板定位在冲孔机上的机器人就专门负责确保达到这一精度。
我们的KR QUANTEC PRIME机器人能快速、可靠和以最高精度完成此工作——尽管所要求的精度非常高，我们在此工作站处没有出现任何废品。”在冲压之后，机器人将门板移动到压力机处，此压力机将在某一角凸出的金属板部分稍微压缩，以排除掉导致伤害的可能。
当将门板放置于托盘上后，机器人的工作就结束了，在这一阶段门板可直接安装而不需要进一步的重新加工。此机器人系统可生产长度最大为3,500mm以及重量约为90kg的门板。得益于其最高为150kg的装载能力以及3301mm的可达距离，搬运超大尺寸的门板对于KR QUANTEC PRIME机器人来说都不是问题。
“利用新的系统，我们不仅可以达到最高的灵活性，而且还设置了生产质量的基准。KR QUANTEC PRIME焊接机器人以及使用的焊接工程技术确保完美焊缝以及精确确定的能量输入，门板在焊接过程中温度只会稍微升高，我们几乎不再遇到任何热变形、形变或旋转偏差，”Schafranietz总结道。
为了应对生产工程方面的无限变化，Meiller Aufzugtüren公司一贯使用具有各种参数设置的切削加工方案。当系统启动时，操作员只需要选择好材料——不锈钢、镀锌钢或热浸镀锌钢——以及门板的长度和宽度。而使用了机器人控制器的情况就相当不同。
KR C4不仅计算机器人动作，包括碰撞监测，而且还计算出每个点焊缝的参数和位置、所需的冲孔操作的次数和位置以及夹具的位置，而对每个门板所有这些操作都不断的重复执行。
KUKA KR C4机器人因有着高级性能而在此任务方面令人印象深刻。此高性能控制器能轻易处理大量不同的方案以及各种复杂的控制任务。因此，PLC中不会存储任何参数，而是将参数保存在机器人控制器中。
西门子的PLC以及其基于WinCC的可视化系统只用于数据输入、状态指示以及置换平台、冲孔机和压力机等外围设备的控制。
总之，此系统不仅能提供令人印象深刻的灵活性、质量和操作便捷性，而且由于采用了库卡的现代机器人还提供了出色的经济性，而这一点正是Klaus Schafranietz感到特别满意的地方：“利用新的机器人单元，我们能为每个可直接安装的门板实现90s的周期时间。与老的龙门系统相比，这相当于令人难以置信的300%的增长。”
库卡机器人特技表演：
四、农业机械用工业机器人工作站
案例精选：
机器人焊接系统由含有两个机器人系统的工作站组成，两个机器人系统以倒置的状态安装在C型龙门支柱上。这两个机器人系统可在地面导向机构上移动，配备有两个旋转-转环-提升定位器。夹持直径、夹持高度和长度都为5m。
除此之外，也可装卸重量最大为4,500kg的工件。刀具中心点(TCP)校准是自动实施的，以便能确保一贯的高应用质量。每个机器人上方都设置有将过滤空气返回至车间中的抽气烟道。
同时，系统还提供了允许两个机器人切削加工同一零件或在一个工作站处分离多个零件的优势。使用了两个尤其适用于中等有效负荷的KUKA KR 30 L16机器人。在可达距离最大为3,102mm和定位精度为0.07mm的情况下，这些机器人是用于精确焊接工作实施的理想选择。
得益于较长的关节机械臂和较长的连接机械臂，这些机器人具有非常大的工作行程，以便能创造更多新的生产可能。这些机器人能用作地面安装或屋顶安装，也是用于个体系统布局的理想选择。
使用KUKA.Touch Sense软件还能使得针对工件形状或位置上的偏差进行补偿成为可能，这样能确保工件上的运动路径与主轮廓准确对应。KUKA.Arc Sense软件利用电弧穿越传感器实现缝隙跟踪。
实施这种机器人自动化解决方案能带来明显的生产率提升：在焊接以及装卸过程中缩短了周期时间，从而使得制造时间缩短超过50%。
终端客户和集成商都被基于机器人的解决方案所折服，并且不会排除进一步应用：“我们始终保持着与我们客户的联系，以便介绍我们提供的系统的优化和创新。我们也计划在Horsch公司生产过程中实施进一步自动化装备的可能，”SMT Systemtechnik有限公司的员工Kristina Schreider补充道。（文章来源：金属加工）