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
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Φ0.8-Φ1.0mm；
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：
2.0GHZ
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：
TPS 4000
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：
Ø 手工焊（MMA）
Ø MIG/MAG高性能焊接
Ø MIG/MAG脉冲电弧焊
Ø TIGDC焊
推荐的母材：
Ø 铝及铝合金
Ø 特殊材料
Ø 不锈钢
Ø 碳钢
推荐的应用领域：
Ø 工业设备的制造及安装
Ø 维修和补焊
Ø 航空航天工业
Ø 板材的加工
Ø 机器人焊接
Ø 汽车及其辅助工业
Ø 铁路车辆及其附属设备的制造
Ø 船舶工业及海洋工程
Ø 特殊车辆及设备的制造
功能列表（摘录）
常用的：
Ø 4轮驱动
Ø 防粘功能
Ø 自动削球功能
Ø 连续的焊接电流调整
Ø 数字化焊接程序
Ø 能量保存逆变技术
Ø 人性化的焊枪支架（选配件）
Ø JOB模式
Ø 提起引弧功能
Ø 微处理器控制
Ø 推拉丝操作（选配件）
Ø 远程控制单元
Ø 机器人接口，数/模转换口（选配件）
Ø 无飞溅引弧（选配件）
Ø S—，CE—标准
Ø 一元化操作
Ø 双脉冲（选配件）
Ø 温控风扇
Ø 用户自定义功能按钮
Ø 从数据库调用焊接程序（选配件）
Ø 缓速送丝机构
Ø 无电流和气体送丝
操作模式：
Ø 2—步/4—步模式
Ø 铝焊起弧程序（特殊4步）
Ø 点焊
显示参数：
Ø 板厚
Ø 电弧长度
Ø 中间态电弧
Ø 保持功能
Ø JOB序号
Ø 手工操作模式
Ø 焊脚尺寸
Ø 马达电流
Ø 操作模式
Ø 错误代码
Ø 焊接电流（实际值/预设值）
Ø 焊接电压（实际值/预设值）
Ø 焊接速度
Ø 送丝速度
可调参数：
Ø 电弧长度校正
Ø 回烧时间
Ø 电弧推力校正
Ø 弧坑电流
Ø 气体预流时间
Ø 气体过流时间
Ø 热起弧
Ø 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>0.4Mpa；
✧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，4.5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；
6）
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