T&W Stamping – 協(xié)作式機(jī)器人優(yōu)化電阻焊應(yīng)用
優(yōu)傲機(jī)器人自動(dòng)化高難度電阻焊作業(yè)，生產(chǎn)效率提高40%
01 短篇案例
俄亥俄州的T&W Stamping打算自動(dòng)化其鈑金加工業(yè)務(wù)中的一項(xiàng)勞動(dòng)密集型工序——管理電阻焊機(jī)。焊機(jī)的電磁脈沖會影響機(jī)器人伺服電機(jī)的正常工作，所以這項(xiàng)自動(dòng)化任務(wù)難度較大。該公司用UR5協(xié)作式機(jī)器人完成了自動(dòng)化改造，這款機(jī)器人的投資回報(bào)周期僅為4個(gè)月，引入后生產(chǎn)效率提高了40%，并將3名操作員從原崗位中解放了出來。
02 挑戰(zhàn)
Crum Manufacturing是優(yōu)傲機(jī)器人的認(rèn)證系統(tǒng)集成商，該公司的自動(dòng)化主管Juan Rodriguez表示：“使用協(xié)作式機(jī)器人來管理電阻焊機(jī)？據(jù)我們所知，業(yè)界還沒人這么做過。”
他在俄亥俄州揚(yáng)斯敦市與T&W Stamping公司有業(yè)務(wù)往來，T&W Stamping是一家主要為重型卡車市場服務(wù)的合同制造商，該公司需要可靠的自動(dòng)化解決方案。T&W Stamping的執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Craig Sivak說：“我們剛剛接到一位大客戶的合同，對方要我們生產(chǎn)動(dòng)力總成支架。訂單量并不大，每年大約生產(chǎn)40,000個(gè)零件，但每個(gè)零件都有8個(gè)焊接螺母，所以一共要完成320,000次焊接，我們不太想采取手工焊接的方案。”Sivak和他的團(tuán)隊(duì)決定研究協(xié)作式機(jī)器人是否能夠完成這項(xiàng)任務(wù)。他說：“協(xié)作式機(jī)器人內(nèi)置了安全系統(tǒng)，無需放置防護(hù)欄，所以如果啟用這種機(jī)器人，我們就不用改變現(xiàn)有布局了。”
一般來說，電阻焊作業(yè)中常用的是大型工業(yè)機(jī)器人，Rodriguez向我們解釋了小型協(xié)作式機(jī)器人無人問津的原因。他說：電阻焊機(jī)發(fā)出的EMP（電磁脈沖）會屏蔽掉一定半徑內(nèi)的所有電子信號，傳統(tǒng)機(jī)器人配有較大的C型夾具臂端工具，機(jī)器人距脈沖點(diǎn)非常遠(yuǎn)，所以這對傳統(tǒng)機(jī)器人沒有影響；但如果換成現(xiàn)有單元中的小型協(xié)作式機(jī)器人，情況就完全不同了。”
視頻 — T&W Stamping?焊接應(yīng)用中的協(xié)作式機(jī)器人 - 美國
03 解決方案
Crum Manufacturing將機(jī)器人接地，并在定制的臂端工具中使用了非金屬材料，這樣機(jī)器人既遠(yuǎn)離了焊機(jī)，又克服了電磁脈沖的影響。T&W Stamping用協(xié)作式機(jī)器人解決這一難題后，他們發(fā)現(xiàn)更大的驚喜還在后面。Sivak說：“我們的工程師收到優(yōu)傲機(jī)器人給出的初始報(bào)價(jià)后大吃一驚，哪怕是大型機(jī)器人，開銷一般也是六位數(shù)了；我們還以為協(xié)作式機(jī)器人會更貴呢?！毕啾仁褂?個(gè)獨(dú)立夾具固定零件，然后將其交給焊機(jī)焊接的做法，T&W Stamping現(xiàn)在能在節(jié)省30%成本的情況下完成整個(gè)單元的操作。這家合同制造商還縮減了3名操作員的崗位編制，這些操作員現(xiàn)正在從事其他增值業(yè)務(wù)的工作。Sivak也計(jì)算了投資回報(bào)周期，他說：“我們的生產(chǎn)效率比之前提高了40%，現(xiàn)在我們無需另購?qiáng)A具，更重要的是，縮減崗位編制后，人工成本也跟著大幅下降。綜合來看，投資回報(bào)周期還不到4個(gè)月?！?/p>
04 視覺引導(dǎo)確保精準(zhǔn)焊接
Sivak解釋道：“優(yōu)傲協(xié)作式機(jī)器人能在基準(zhǔn)點(diǎn)上揀選零件，所以它同時(shí)也是零件的夾具，這項(xiàng)功能非常實(shí)用。機(jī)器人一拾起零件，就能識別出每個(gè)孔洞的準(zhǔn)確位置?！?/p>
傳送帶上方的Cognex視覺攝像頭會引導(dǎo)零件的揀選操作。在攝像頭引導(dǎo)下，UR5會先將零件放置在兩臺電阻焊機(jī)的第一臺中，振動(dòng)螺母給料機(jī)將焊接螺母放到零件上后，第一臺焊機(jī)會焊接前四個(gè)螺母。第一步焊接結(jié)束后，UR5會旋轉(zhuǎn)支架，并將其送至第二臺焊機(jī)，以焊接后四個(gè)螺母。然后，UR5會將零件放上出站傳送帶，傳送帶上方裝有第二臺Cognex攝像頭。該攝像頭會檢查零件的全部8個(gè)螺母是否均已焊接到位，焊接位置是否正確，是否都有螺紋，全套流程共用時(shí)52秒。
安裝在進(jìn)/出站傳送帶上方的Cognex攝像頭可提供視覺引導(dǎo)，確保UR5能在基準(zhǔn)點(diǎn)上揀選各個(gè)支架，每次焊接均可順利進(jìn)行。
為評估應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，Crum Manufacturing創(chuàng)建了一個(gè)混合單元，電阻焊機(jī)可從側(cè)面進(jìn)入，但需從前方用安全墊打開，一旦有人進(jìn)入單元，安全墊就會使單元停止工作。Crum Manufacturing的自動(dòng)化主管Juan Rodriquez說：“協(xié)作式機(jī)器人并非單元中真正的安全隱患?！薄皡f(xié)作式機(jī)器人的頭部不會隨意擺動(dòng)，所以它不會傷到人，而且它的動(dòng)作也不快。真正的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是電阻焊點(diǎn)?！边@種機(jī)器人機(jī)型小巧，占地面積少，操作員可以輕松進(jìn)入單元，無需經(jīng)常上鎖/掛牌。
優(yōu)傲機(jī)器人的UR5協(xié)作式機(jī)器人可以完成這個(gè)52秒的循環(huán)，其中涉及的工序包括從進(jìn)站傳送帶上揀選零件、將零件送至兩臺電阻焊機(jī)，并將加工完畢的零件放上出站傳送帶。
UR5協(xié)作式機(jī)器人將三名操作員從管理電阻焊機(jī)的枯燥工作中解放了出來。一改往日手工焊接的工作內(nèi)容，操作員Frank Fowler正在編程UR5并檢查產(chǎn)品質(zhì)量。這位毫無機(jī)器人操作經(jīng)驗(yàn)的操作員表示：“現(xiàn)在上班有意思多了，看著各種系統(tǒng)相互銜接作業(yè)，我整個(gè)人心情都變好了。”雖然只參加了3天的培訓(xùn)，但他現(xiàn)在也能給機(jī)器人編程，并監(jiān)督機(jī)器人運(yùn)行了。
Crum Manufacturing的自動(dòng)化主管Juan Rodriguez說：“這些電阻焊機(jī)已經(jīng)用了30多年了，能將這種設(shè)備與全新的協(xié)作式機(jī)器人技術(shù)結(jié)合起來，于我們于公司而言，都是件非常有意義的事。未來，優(yōu)傲機(jī)器人肯定還會集成到更多的電阻焊機(jī)和焊接設(shè)備中?！?/em>
協(xié)作式機(jī)器人處理的零件是用于8級卡車動(dòng)力總成中的重型儀表支架，其中共焊有8個(gè)螺母。
UR5將零件送至焊機(jī)后，振動(dòng)螺母給料機(jī)會彈出一個(gè)將焊到零件上的螺母。焊機(jī)的尖端可進(jìn)行模擬反饋，當(dāng)螺栓丟失或顛倒時(shí)，該尖端將通過硬接線繼電器向可編程邏輯控制器發(fā)送信號，然后，可編程邏輯控制器通過以太網(wǎng)將這些信息發(fā)送給UR5，UR5會將問題螺栓放入一個(gè)箱子中，并向系統(tǒng)發(fā)送信號，請求系統(tǒng)重新發(fā)送一個(gè)螺栓。
設(shè)備不停機(jī)，一致性出色
T&W Stamping的工作時(shí)間是每周5天，每天8小時(shí)三班倒。一般情況下，UR5以60%峰值產(chǎn)能的模式工作，目前已運(yùn)行兩年多。Sivak表示：“經(jīng)UR機(jī)器人處理過的產(chǎn)品，一致性都非常高，我們很滿意。這么久來，我們沒出過任何生產(chǎn)問題，也沒停過機(jī)。如果沒有機(jī)器人，我們就得在單元里安排4名操作員，讓他們管理8個(gè)夾具，完成往零件上焊接螺母的工作?！爆F(xiàn)在，1名操作員管理單元就足矣。這位操作員雖然沒有機(jī)器人技術(shù)背景，但在參加了三天的UR5操作和編程培訓(xùn)課程后，現(xiàn)在已經(jīng)是產(chǎn)品檢驗(yàn)和協(xié)作式機(jī)器人運(yùn)行的負(fù)責(zé)人了。
Juan Rodriguez為T&W開發(fā)了機(jī)器人單元，他對這項(xiàng)成就深感自豪。他說：“這些電阻焊機(jī)已經(jīng)用了30多年了，能將這種設(shè)備與全新的協(xié)作式機(jī)器人技術(shù)結(jié)合起來，于我們于公司而言，都是件非常有意義的事。未來，優(yōu)傲機(jī)器人肯定還會集成到更多的電阻焊機(jī)和焊接設(shè)備中?！?br />
T&W Stamping正在研究協(xié)作式機(jī)器人可以處理的新任務(wù)。Sivak正在研究MIG焊接，他表示：“生產(chǎn)油底殼時(shí)，我們需要把零件電阻焊到產(chǎn)品上，但由于零件的尺寸和配置較為特殊，用電阻焊機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的難度很大。我們打算用UR機(jī)器人將部件固定到零件上，并在其中一個(gè)零件上放置焊槍，然后用焊槍進(jìn)行MIG焊接。未來，機(jī)器人將自行完成焊接任務(wù)，所以對機(jī)器人來說，這將是一項(xiàng)全新的挑戰(zhàn)?！?/p>
- 能與傳統(tǒng)電阻焊機(jī)一同工作
- 無需變更現(xiàn)有布局
- 產(chǎn)品質(zhì)量100%達(dá)標(biāo)
- 無需維護(hù)、無停機(jī)時(shí)間、生產(chǎn)不會中斷、可滿足未來應(yīng)用需求，簡化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的檢查流程
- 4個(gè)月實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)
- 編程簡單
- 協(xié)作性與安全性
- 提高產(chǎn)品質(zhì)量和一致性
- 從進(jìn)/出站傳送帶上揀選和放置零件、管理電阻焊機(jī)
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協(xié)作式機(jī)器人安全、經(jīng)濟(jì)高效、部署靈活。協(xié)作式機(jī)器人使自動(dòng)化變得前所未有的高效便捷，即使在中小型企業(yè)也同樣如此。
