焊接機器人工作站實訓系統
欄目分類：柔性制造與工業4.0 發布日期：2018-04-08 瀏覽次數：次
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ZRJQR-HJ焊接機器人工作站實訓系統
一、方案簡介
焊接由一臺工業機器人、焊接變位機工作臺和全數字焊機及配套焊槍、自動送絲機、清槍剪絲站組成，同時工作站可配套一間教學安全護欄或安全房，以及除塵設備，可以在實現教學時保證學生安全和良好的教學環境。該焊接，同時配置了一套軌跡學習模塊，用于各種軌跡的練習。通過本焊接機器人工作站，可實現對焊接機器人系統的構成和基本操作的教學，軌跡示教教學。
學習如何搭建焊接機器人系統和相關維護排錯技能、焊接軌跡在線示教編程、焊接軌跡在線語言編程、焊接軌跡離線編程，配合變位機工作臺實現復雜空間焊接軌跡應用，可在實現基本教學的基礎上完成更加綜合的教學內容。機械機構采用型材組焊裝配結構，具有良好的剛度/重量比，同時具備使用、維護、調試方便，設備整體布局合理、美觀。氣路、控制和機器人手臂等核心部分均采用國內外知名品牌產品，性能可靠。
系統參數：
工作電源：單相三線 220V（±10%），三相交流電 380V（±15%），50Hz 工作環境：溫度-10℃～+40℃，相對濕度≤85%（25℃）
整機容量：<3.0KW 外圍尺寸：3m * 3m 可選配件：激光跟隨器
2、監控錄像系統
在安全護欄或安全房的 4 個對角上，增加攝像裝置。可以遠程實施監控到單元運行等實時狀態，視頻錄像機實時對單元運行視頻進行錄制存貯，形成在線教材或視頻教材內容；老師或管理人員可以遠程監測到實時加工狀態，并且可以實時指導學生教學。
二、 工作站介紹
1、工業機器人選用8Kg 負載的多用途機器人。采用 EtherCAT 總線設計的多用途機器人，運行速度快，精度高。特別適用于焊接，上下料應用。
2、焊接機
選用山東奧太的NBC-350 的機器人專有焊接機。NBC-系列逆變式 CO2 氣體保護焊機是一種用于CO2 氣體保護焊的高性能通用半自動電焊機。可使用Φ1.0～Φ1.6 直徑實芯及藥芯焊絲焊接低碳鋼.低合金鋼構件。該系列逆變焊機具有合理的靜外特性及良好的動態性能。該系列逆變焊機性能特點如下：
1.逆變技術可以保證焊接電壓在電網電壓波動及電弧長度變化的情況下高度平穩，電弧自調節能力強，焊接過程穩定。
2.焊接飛濺小，金屬熔敷率高。
3.焊縫成型好，焊接變形小。
4.采用強脈沖引弧，引弧成功率高。
5.收弧時具有消球功能。
6.自鎖功能在大規范長焊縫焊接是時可降低焊工勞動強度。
7.送絲電路采用高穩定電源，送絲平穩。
8.送絲裝置接口獨立，便于拆裝加長電纜。選用山東奧太的NBC-350 的機器人專有焊接機。NBC-系列逆變式 CO2 氣體保護焊機是一種用于CO2 氣體保護焊的高性能通用半自動電焊機。可使用Φ1.0～Φ1.6 直徑實芯及藥芯焊絲焊接低碳鋼.低合金鋼構件。該系列逆變焊機具有合理的靜外特性及良好的動態性能。該系列逆變焊機性能特點如下：
1.逆變技術可以保證焊接電壓在電網電壓波動及電弧長度變化的情況下高度平穩，電弧自調節能力強，焊接過程穩定。
2.焊接飛濺小，金屬熔敷率高。
3.焊縫成型好，焊接變形小。
4.采用強脈沖引弧，引弧成功率高。
5.收弧時具有消球功能。
6.自鎖功能在大規范長焊縫焊接是時可降低焊工勞動強度。
7.送絲電路采用高穩定電源，送絲平穩。
9.體積小，重量輕，便于移動。
10.節能省電，使用費用低，對電網容量要求低。
該系列焊機的制造符合標準 GB15579.1-2004 《弧焊設備第一部分：焊接電源》。
3、弧焊工藝包
弧焊軟件工藝包，具有以下特性：
1.弧焊功能包的應用，可以在示教器上顯示并控制焊接參數并修改；
2.模塊化的焊接程序邏輯關系，引導您快捷編程，簡單易懂；
3.提供豐富的命令，例如動作命令——直線、圓弧、點對點差補、直線插補、圓弧插補、直線+擺動、圓弧+擺動差補等。可以通過界面操作，編程人員只要將相關參數填進即可，簡單易學。
4.機器人控制器利用I/O 或總線與焊接電源和清槍剪絲等裝置進行信號及數據交換，可采用模擬量或數字量。
5.完善的異常處理。例如，由于電源或送絲機故障，系統中斷了焊接過程；在排除了故障后，可選擇“繼續上次焊接”功能，那么機器人會自動回到上次停止的位置繼續焊接。
6.弧焊軟件包中可輕松調用焊機的專家系統數據和機器人運動數據，形成樣板焊縫。可根據具體情況對專家數據庫的具體參數進行修改。弧焊軟件工藝包，具有以下特性：
1.弧焊功能包的應用，可以在示教器上顯示并控制焊接參數并修改；
2.模塊化的焊接程序邏輯關系，引導您快捷編程，簡單易懂；
3.提供豐富的命令，例如動作命令——直線、圓弧、點對點差補、直線插補、圓弧插補、直線+擺動、圓弧+擺動差補等。可以通過界面操作，編程人員只要將相關參數填進即可，簡單易學。
4.機器人控制器利用I/O 或總線與焊接電源和清槍剪絲等裝置進行信號及數據交換，可采用模擬量或數字量。
5.完善的異常處理。例如，由于電源或送絲機故障，系統中斷了焊接過程；在排除了故障后，可選擇“繼續上次焊接”功能，那么機器人會自動回到上次停止的位置繼續焊接。
4、帶防撞功能的焊槍
槍體外套管是由一整塊特質高鋼性不銹鋼通過 CNC 設備整體加工而成，非常強壯，同時和內層槍管之間留有足夠空間，當配合高吸能防碰撞工作時，即使發生碰撞也不用重新校槍，機器人 TCP 點基本不變，這樣就節約了大量的機器人停機維護時間。
機器人焊槍創新地采用兩路保護氣設計，外層通道的保護氣成軸向氣流，而內層通道的保護氣成徑向氣流，在噴嘴內混合形成層流狀保護。
| 冷卻方式 | 雙路循環水冷 |
| 暫載率 | 100％ 500A（10 分鐘考核周期） |
| 混合氣時電流 | 370－500A |
| 焊絲直徑 | 0.8-1.6mm |
| 氣體消耗量 | 6L/min 起 |
| 氣體導管 | 兩條，用于保護氣和壓縮空氣通路 |
| 重量 | 約為 0.70 公斤 |
|
焊槍依靠防碰撞預載彈簧實現準確定位，并帶有彈簧緩沖裝置及噴嘴電流檢測裝置，在碰撞發生時機器人立 即停止運行；由于碰撞脫離機構的屈從設計，碰撞發生后不需要對焊槍重新校驗。 |
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| 技術參數 |
|
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| 結構 | 全機械 | |
| 軸向釋放壓力 (Fz)： | 550N | |
| 橫行釋放扭矩： | 18.2Nm | |
| 觸發后復位方式： | 自動 | |
| 安全開關： | 常閉型，最大 24V/1A | |
| 送絲按鈕開關： | 常開型，最大 24V/1A | |
| 重復定位精度： | 在距離法蘭 300 毫米處測量，偏差范圍在+/-0.01 毫米內 | |
本案配備自動清槍噴油裝置是由本公司自主研發、制造的高效自動化產品，該清槍剪絲由機器人聯動控制，按程序設定定時清理焊槍噴嘴內焊接飛濺，并向噴嘴內部噴射硅油，避免焊接時飛濺的牢固粘附。整體保證機器人系統長時間連續無監視運轉。該自動清槍剪絲裝置由清槍站、剪絲機構和噴硅油單元三部分組成。其結構如下圖：
1.清槍站
清槍站采用三點固定方式，將焊槍噴嘴固定于與鉸刀同心位置，鉸刀轉動的同時上升，將噴嘴上粘附的焊渣飛濺清理干凈。精確高效的清槍站用于機器人焊接。
2.剪絲機構
剪絲機構能夠保證焊絲的剪切質量，并能提供最佳的焊接起弧效果和焊槍 TCP 測量的精確程度。
3.噴硅油單元
噴硅油裝置采用了雙噴嘴交叉噴射，使硅油能更好地到達焊槍噴嘴的內表面，確保焊渣與噴嘴不會發生死粘連，由此能有效的減少焊槍噴嘴的清理次數和延長其使用壽命。
6、變位機
選用 300Kg 級的 HB 系列高精度變位機。HB 型高精度雙軸變位機，主要實現工件焊接過程的翻轉和回轉兩軸變位動作，以便獲得最佳的焊接位置。
HB 型結構，由座式翻轉機構和回轉機構組成，其中座式翻轉機構為翻轉主驅動機構，可實現工件翻轉到任意位置的可靠自鎖。回轉機構采用交流伺服驅動，任意位置可停，也可連續轉動實現環縫的焊接。
雙軸變位機的翻轉和回轉遠動均采用交流伺服電機經高精度低背隙減速器驅動（機器人外部清槍站采用三點固定方式，將焊槍噴嘴固定于與鉸刀同心位置，鉸刀轉動的同時上升，將噴嘴上粘附的焊渣飛濺清理干凈。精確高效的清槍站用于機器人焊接。
2.剪絲機構
剪絲機構能夠保證焊絲的剪切質量，并能提供最佳的焊接起弧效果和焊槍 TCP 測量的精確程度。
3.噴硅油單元
噴硅油裝置采用了雙噴嘴交叉噴射，使硅油能更好地到達焊槍噴嘴的內表面，確保焊渣與噴嘴不會發生死粘連，由此能有效的減少焊槍噴嘴的清理次數和延長其使用壽命。
6、變位機
選用 300Kg 級的 HB 系列高精度變位機。HB 型高精度雙軸變位機，主要實現工件焊接過程的翻轉和回轉兩軸變位動作，以便獲得最佳的焊接位置。
HB 型結構，由座式翻轉機構和回轉機構組成，其中座式翻轉機構為翻轉主驅動機構，可實現工件翻轉到任意位置的可靠自鎖。回轉機構采用交流伺服驅動，任意位置可停，也可連續轉動實現環縫的焊接。
軸），從而帶動工件作翻轉、回轉動作，重復定位精度高。通過外部軸協調控制軟件與機器人協調控制，作為機器人系統的第 7 軸/8 軸使用。該變位機外部軸主要包交流伺服電機、伺服包、電機電纜及外部軸控制軟件等。
7、保護罩
采用深色有機玻璃，開始焊接前，通過 IO 控制氣缸，把保護罩升起，防止飛濺及光線。當完成焊接時，則降下保護罩，方便觀察工件。
8、軌跡學習模塊
提供 2 個軌跡學習模塊。平面軌跡模擬模塊與空間曲線軌跡模擬模塊，用于在焊接前，先練習軌跡操作功能。
三、 離線編程軟件
1、軟件概述
RobotBuilder 是一套功能強大的機器人離線編程仿真軟件。RobotBuilder 可從 CAD 模型獲取工件軌跡，優化后自動生成機器人代碼。并可直接倒入目標機器人中運行，也支持目標機器人語言直接編程。從模型到執行代碼一站式解決。通過集成的 3D 仿真功能，建立一個與實際環境相同的虛擬開發環境，并集成了豐富的工藝應用工具包。RobotBuilder 是一套解決機器人系統設計、仿真、離線編程的工具，能夠適應各種機器人。
產品特點
1.具有離線編程功能，能夠直接生成各種品牌機器人的代碼。
2.支持多種格式的三維 CAD 機器人模型倒入。
3.軌跡生成可基于CAD 數據，簡化軌跡生成過程，提高精度，可利用實體模型、曲面或曲線直接生成運動軌跡。
4.包含豐富的工藝應用工具包，如打磨、噴涂、焊接等。
5.包含豐富的軌跡調整優化工具包，如碰撞檢查、工業機器人可達性、姿態奇異點、軸超限、節拍估算、軌跡自動調整優化等功能。
6.提供工業機器人虛擬示教器、虛擬示教、自動生成仿真運動視頻。RobotBuilder 是一套功能強大的機器人離線編程仿真軟件。RobotBuilder 可從 CAD 模型獲取工件軌跡，優化后自動生成機器人代碼。并可直接倒入目標機器人中運行，也支持目標機器人語言直接編程。從模型到執行代碼一站式解決。通過集成的 3D 仿真功能，建立一個與實際環境相同的虛擬開發環境，并集成了豐富的工藝應用工具包。RobotBuilder 是一套解決機器人系統設計、仿真、離線編程的工具，能夠適應各種機器人。
產品特點
1.具有離線編程功能，能夠直接生成各種品牌機器人的代碼。
2.支持多種格式的三維 CAD 機器人模型倒入。
3.軌跡生成可基于CAD 數據，簡化軌跡生成過程，提高精度，可利用實體模型、曲面或曲線直接生成運動軌跡。
4.包含豐富的工藝應用工具包，如打磨、噴涂、焊接等。
5.包含豐富的軌跡調整優化工具包，如碰撞檢查、工業機器人可達性、姿態奇異點、軸超限、節拍估算、軌跡自動調整優化等功能。
7.支持外接真實示教器，通過實際示教器，可控制虛擬機器人，增強體驗感。
8.具有機器人外部軸運動，能夠實現 7、8 軸的離線編程功能。
9.支持機器人的虛實同步，虛擬機器人與實際機器人同步運行。
10.支持多臺機器人同時仿真，支持復雜應用。
2、示教器編程
RobotBuilder 支持外接真實示教器。通過真實示教器，可控制虛擬 3D 機器人，增強體驗感。并且可以通過示教器，編程真實的機器人程序，控制虛擬的機器人本體運動。使每個學員在初期，可以大膽的練習機器人操作，而不用擔心損害機器人。同時又與實際機器人相同的操作體驗。
3、軌跡學習考核
在離線編程軟件里，增加了軌跡學習考核功能。利用外接真實示教器，學員可以對平面軌跡仿真模塊，空間曲線軌跡仿真模塊，進行的軌跡操作。而軟件自帶的考核功能，可以評估學員的軌跡學習情況。只有達到優秀的學員，才允許操作實際的工具機器人。
4、離線編程焊接
把實際需要焊接的工件，導入到 RobotBuilder 軟件里。通過離線編程功能，可提取工件的焊接軌跡吧，并在軟件里仿真。通過仿真修改存在的問題，對于確認后工件運動軌跡，可生成不同品牌的機器人代碼。把這些代碼 copy 到實際機器人，就能完成真實的焊接。
四、實驗建議
1. 機器人焊接基本技術理論及基本操作技能；2. 機器人焊接運動軌跡的優化；
3. 機器人焊接的編程操作及焊接技術參數設置；
4. 不同厚度鋼材料的焊接實驗；
5. 焊接機器人及焊接系統的維護與故障維修實驗；
6. 焊接機器人的日常檢驗及保養。
7. 機器人與工件模型導入到離線編程軟件；
8. 離線編程軟件的機器人應用場景建立；
9. 離線編程軟件的工件軌跡生成；
10. 離線編程軟件的后置代碼生成；
11. 離線編程軟件的真實示教器編程操作；
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