重型車輛的制造以及操作都可能存在危險(xiǎn)。美國一家駕駛室和翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家發(fā)現(xiàn)機(jī)器人伺服點(diǎn)焊系統(tǒng)不僅速度快，而且可以將潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)和重復(fù)運(yùn)動風(fēng)險(xiǎn)最小化。
說起車輛遇險(xiǎn)，我們往往容易想到工程、林業(yè)和礦山等場地，但是你能想到往返于美國大街小巷、住宅小區(qū)和商業(yè)停車場的垃圾車也會遇險(xiǎn)嗎?在谷歌上搜索“垃圾車翻車事故”，會出現(xiàn) 15 頁搜索結(jié)果，還能看到最近一年內(nèi)事故的相關(guān)情況。
位于明尼蘇達(dá)州羅切斯特的 Crenlo 公司專門為上述及其他行業(yè)制造重型貨車駕駛室和翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)(ROPS)，具有非常嚴(yán)苛的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
1951 年，Crenlo 為卡特皮勒生產(chǎn)了拖拉機(jī)駕駛室，那是他們的首個(gè)訂單，其后便在先進(jìn)制造技術(shù)上不斷投資。Crenlo 目前在羅切斯特有兩個(gè)工廠，建筑面積為 55000 平方米，占地面積 17 公頃。兩個(gè)工廠共有725名員工和23臺工業(yè)機(jī)器人，承擔(dān)壓機(jī)操作、機(jī)器操作和電弧焊接等工作。其中 22 臺機(jī)器人來自 ABB，分別在不同的年份添置，最早一批 ABB 機(jī)器人已經(jīng)使用了 24 年。
盡管機(jī)器人和其它自動化系統(tǒng)的使用很普遍，但有很多過程 Crenlo 是手動操作的，最典型是那些需要密集操作的過程，如具有復(fù)雜幾何形狀的零件。
最近，有一種新型垃圾車需要制造駕駛室，那么問題來了，Crenlo 當(dāng)前所擁有的任何工藝都無法完全適用于這一新型駕駛室。
“這些新型駕駛室需要 2000 個(gè)點(diǎn)焊” Crenlo 的機(jī)器人和焊接工程經(jīng)理 Jeff Petersen 說。“我們在一些較小的駕駛室構(gòu)件上做了一些初步的手工點(diǎn)焊測試，很快就發(fā)現(xiàn)，這將是一個(gè)非常密集的手動操作過程?！?/FONT>
Crenlo 曾考慮安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)，但由于卡車駕駛室的復(fù)雜性，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)認(rèn)為該系統(tǒng)難以完成足夠的焊接點(diǎn)數(shù)量，成效一定不會理想。一步完成 2000 個(gè)焊接點(diǎn)已經(jīng)成為一條行不通的道路，首席工程師 Petersen 和 Brent Sharpman 進(jìn)一步分析，最終得出一條可行的結(jié)論：如靈活的駕駛室結(jié)構(gòu)果駕駛室可以在焊接過程中重新定位，機(jī)器人就可完成足夠的焊接點(diǎn)。
這個(gè)想法面臨的挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)一個(gè)能有效地重新定位機(jī)器人但又不過于復(fù)雜或成本太高的系統(tǒng)。
“在經(jīng)過一段時(shí)間的苦苦掙扎后，終于迎來了一縷曙光，我們認(rèn)為真正巧妙的想法是用固定在地板中的固定裝置轉(zhuǎn)動零件，有點(diǎn)像轉(zhuǎn)動大餐盤，以受控的方式轉(zhuǎn)動駕駛室，從而使機(jī)器人能夠焊接盡可能多的焊接點(diǎn)?！?Petersen 說。
“我們將想法告訴了 ABB，伺服機(jī)和機(jī)器人伺服點(diǎn)焊系統(tǒng)的概念首次浮出水面。經(jīng)過進(jìn)一步的研究和審查，我們決定采取這種方法?！?/FONT>
伺服機(jī)基本上是一臺耦合到傳感器的電機(jī)，傳感器通過減速齒輪箱提供反饋，允許精確的位置控制。機(jī)器人伺服焊接采用電機(jī)和編碼器作為第七軸來控制焊嘴的打開和關(guān)閉。當(dāng)火炬從一個(gè)焊接點(diǎn)移到另一個(gè)焊接點(diǎn)時(shí)，焊嘴是關(guān)閉的，對每個(gè)點(diǎn)焊，只打開到所需的大小。
為 Crenlo 開發(fā)系統(tǒng)時(shí)，使用了兩個(gè)伺服機(jī)，一個(gè)伺服機(jī)控制焊接設(shè)備，另一個(gè)安裝在地板中的全伺服定位器用于轉(zhuǎn)動安置卡車駕駛室的平臺。一個(gè) ABB IRC5 控制器控制三個(gè)主要系統(tǒng)要素：IRB 6650 機(jī)器人的運(yùn)動、點(diǎn)焊設(shè)備的操作和定位器的運(yùn)動，以便卡車駕駛室將每個(gè)焊接點(diǎn)理想的位置向機(jī)器人對準(zhǔn)。
“該系統(tǒng)提供了一個(gè)受控且精密的零件運(yùn)動?！痹谠擁?xiàng)目中與 Petersen 和 Crenlo 一起工作的ABB經(jīng)理Dave Minkebige說，“除了地面定位器上的駕駛室與機(jī)器人的協(xié)調(diào)運(yùn)動，伺服點(diǎn)焊還有很多其它好處，比如節(jié)拍時(shí)間比氣動焊槍快 30%，改進(jìn)了焊接工藝控制，降低了運(yùn)營成本，延長了焊嘴壽命?！?/FONT>
典型的氣動焊槍的焊嘴壓力控制范圍在正負(fù)10%以內(nèi)，這是由工廠氣源直接決定的。正確調(diào)節(jié)的伺服焊槍的噴嘴壓力控制范圍在正負(fù) 2% 以內(nèi)或者更精確。舉例來說，假如一個(gè)焊接工藝要求 1000 磅的焊嘴壓力，氣動焊槍輸出的壓力在 900 至 1100 磅范圍內(nèi)，而伺服焊槍輸出的壓力在 980 至 1020 磅范圍內(nèi)。
除成本收益外，更精確的壓力輸出使焊接參數(shù)得到了更加嚴(yán)格的調(diào)節(jié)，從而焊接工藝更易控制，焊點(diǎn)質(zhì)量總體提高。
“管理層對該項(xiàng)目一直不予推行，直到他們后來清楚意識到固定駕駛室其實(shí)不需要那么復(fù)雜。” Petersen 說，“實(shí)際上駕駛室只需用銷子固定在轉(zhuǎn)盤底部。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的相對簡易性顯現(xiàn)出來時(shí)，它才逐漸獲得了整個(gè)團(tuán)隊(duì)的支持。”
大家的認(rèn)可和支持也算是水到渠成。當(dāng)系統(tǒng)最初安裝時(shí)，它能夠完成 2000 個(gè)點(diǎn)焊中的 488 個(gè)，剩下不能完成的焊接點(diǎn)是固定駕駛室時(shí)被擋住的小部件或接頭。
通過項(xiàng)目中經(jīng)驗(yàn)的累積，不斷尋找移動機(jī)器人和移動駕駛室的特有路徑，伺服點(diǎn)焊系統(tǒng)現(xiàn)在能夠在一個(gè)節(jié)拍中直接在駕駛室上焊接大約 600 個(gè)點(diǎn)。這種加工方法在點(diǎn)焊行業(yè)可謂是真正獨(dú)具特色。
許多機(jī)器人無法在駕駛室上直接完成的焊接點(diǎn)，可由另一工作站上的機(jī)器人以批處理的方式完成。
“在駕駛室上完成 600 個(gè)焊接點(diǎn)需要 14.5 分鐘，” Petersen 說?！叭绻斯ず附樱覀冞€真不知道要多久。但為了進(jìn)行比較，我們最初測試的車頂加強(qiáng)件有98個(gè)焊接點(diǎn)，兩人用了 90 分鐘才焊完，而機(jī)器人只用了 3 分 10 秒，而且不需考慮人體工學(xué)問題?！?/FONT>
機(jī)器人點(diǎn)焊還帶來了許多其他附加益處。沒有什么比安全更重要，機(jī)器人焊接幾乎消除了焊工在手工焊接中可能遭受的安全隱患和持久重復(fù)動作的煩惱。
為了靠近焊接點(diǎn)，在駕駛室內(nèi)部和周圍扛著焊接設(shè)備彎腰爬來爬去是不可避免的，長期如此勞作會給身體帶來難以承受的壓力。幸運(yùn)的是，機(jī)器人可以完成大部分難焊的焊接點(diǎn)，留給焊接工人的是比較符合人體工學(xué)的位置。“Crenlo 長期以來都愿意將工業(yè)機(jī)器人引入他們的生產(chǎn)車間，產(chǎn)生積極的收益。這次雖說是新技術(shù)，但他們很開明地引入了機(jī)器人伺服單元?！盡inkebige 說，“在手動處理非常困難的情況下采用此操作，有效地減少了節(jié)拍時(shí)間，大大提高了焊接質(zhì)量和一致性，并提供了將來應(yīng)對不同駕駛室結(jié)構(gòu)的柔性。”
Petersen 總結(jié)道：“我們認(rèn)為每個(gè)節(jié)拍 600 個(gè)焊接點(diǎn)是對我們資源的巨大利用，因?yàn)榈湫偷钠圏c(diǎn)焊系統(tǒng)每個(gè)節(jié)拍只能完成 10 到 12 個(gè)焊接點(diǎn)。我們一天能完成八到九個(gè)駕駛室的焊接，外加幾個(gè)組件，而且質(zhì)量很好，不需要焊工在駕駛室內(nèi)爬來爬去。”
（轉(zhuǎn)載）
