利用全自动化焊接机器人提高生产效率和收益

自动化领域中的一个重要趋势是提高机器人的使用量，从而提升生产效率，降低生产成本。在其全自动焊接设备中，德克萨斯公司 ARC Specialties 将机器人技术与 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的开放式控制解决方案结合在一起使用，为其客户带来了真正的竞争优势。

总部位于美国德克萨斯州休斯顿市的 ARC Specialties 主要经营焊接和切割设备，其中，约 90 % 的设备都用于油气行业。在 ARC Specialties 的重要客户中，有多家全球性油气 OEM 总部都设在休斯顿地区。“ARC Specialties 团队致力于采用标准的现有技术制造出最一流的定制自动化设备，确保长期可供货性。”ARC Specialties 公司高级项目经理 John Martin 如此说道。“我们公司的控制理念强调系统设计的开放性。”ARC Specialties 公司电气总设计师 Gary Ewin 补充道。“我们很多竞争对手都自己生产自己的专用控制器，在未来几年内这可能是个不错的解决方案，但多年过去后，控制系统维护所需的技术支持和维修将是一个很大的问题。”

具有创新意义的等离子焊接工艺与 Beckhoff 自动化技术的完美融合很多 ARC Specialties 的客户都是等离子弧焊解决方案的长期用户，该解决方案比激光切割系统要便宜很多，但达不到它们的速度。“当然，传统的等离子焊接系统能够完成很高质量的工作，但是它们往往速度比较慢，热量消耗较高。”John Martin 解释道。为了提高等离子焊接系统的性能，ARC 在公司自己的测试实验室里研发了一套新的焊接工艺 — TriPulse™ 焊接系统，它基于钨极惰性气体保护焊（TIG）工艺。TriPulse™ 设计独特，有三个不同的脉冲电流幅值，能够用最少的热消耗量提高沉降速率。“这让我们能够实现非常接近激光系统的性能，但所需要消耗的等离子焊接设备成本要低很多。”John Martin 说道。

这款新型焊接系统是德克萨斯一家大客户委托 ARC 公司开发而成的，首次用于全自动 ARC-11RB 机器人焊接系统中，用于装配液体净化产品。除了能够提高焊接速度外，所有生产工艺都是全自动完成的：一架龙门起重机将一个定尺气缸抬起并将它放到一套固定卡爪中。同时，机器人从一个给料运输机里拾起一个端环，并将它放到第二套固定卡爪中。然后，机器人从一个抓取工具换到一个焊炬并将端环焊接到气缸上；然后，两个固定卡爪都打开，龙门起重机移走组件。随后，气缸翻转 180 度，另一端插入到固定卡爪中，然后重复这一过程。成品随后使用龙门起重机放到出料架上。视产品大小，整个过程 1 - 2 分钟内即可完成。

机器人将端环焊接到气缸上

嵌入式控制器用作集成控制平台

ARC-11RB 机器人焊接系统配备了一台 Beckhoff CX1010 嵌入式控制器，该控制器安装的是 Windows XP Embedded 操作系统和 TwinCAT NC PTP 软件。适合 DIN 导轨安装的紧凑型嵌入式控制器用于控制整个应用，包括龙门起重机、机器人功能、HMI、感应加热器、工件输送带和所有气动过程的开始和停止。“我们用 Microsoft Visual Studio 和 C# 编写我们自己的所有用于操作界面可视化的软件。”John Martin 阐述道：“这可以帮助 ARC Specialties 让操作人员精通 Windows PC，提高操作的舒适性，提供定制设备所需的专业化。”系统的 HMI 元件通过 TwinCAT ADS 与其余的系统通讯。

CX1010 控制一台 Fanuc ArcMate M710IC-50 机器人和一台 Lincoln Powerwave R350 焊接电源，它们通过一个 DeviceNet 主站模块无缝连接到嵌入式控制器。EtherCAT 端子模块直接与 CX1010 连接，用作 I/O 系统。ARC Specialties 使用 EL403x 模拟量 EtherCAT 输出端子模块控制无 DeviceNet 接口或需要极短响应时间的的焊接电源。

EtherCAT 确保提高生产效率

“我们利用 EtherCAT 的高性能监控任何 ARC-11RB 上设置的驱动参数。”John Martin 继续说道：“这可显著降低布线工作，帮助我们更加高效地编写我们的代码，以处理定制应用。这对 ARC Specialties来说非常重要，因为大部分业务都涉及到一个特定应用的项目。”尽管应用程序很复杂，新型 ARC11-RB 焊接机器人的控制系统设计只花费了四周的时间。建造和装配仅花费了三周的时间即告完成。所有固定工作都是全自动完成的，与手动装配相比，ARC Specialties 的生产效率提高了 30%。“只有工件的装卸工作仍需要手动完成。”John Martin 强调说道。“此外，使用 EtherCAT 之后，由于其拓扑结构简单，我们每根轴的布线时间节约了近一个小时。更少的组件和更紧凑的设计也让我们能够使用更小的控制柜。”

定尺气缸（长 121 到 304 cm，直径为 4…20 英寸）由一台龙门起重机拾取并放到伺服驱动的固定卡爪中

机器人从一个进料输送带拾取一个端环

John Martin 看到基于 Windows 的 PC 控制器的另一个好处：“我们的客户能够将 Beckhoff 控制系统轻松、安全地连接到他们的本地区域网络中，以远程访问且使用诸如 WebEx 等服务。远程控制让我们能够在世界任何地方为设备提供支持、进行故障检测以及通过修改软件的方式排除故障。这样可以帮助我们及我们的客户节省大量费用。”

随着 TwinCAT 3 的发布，John Martin 认为 ARC Specialties 和 Beckhoff之间将有进一步合作的机会：“让我们感到激动的是，设备程序和 HMI 可视化能够集成到 Visual Studio 中，成为一个单独的软件环境。考虑到性能的提升和价格的提高，我们已经决定，在不久的将来为我们大部分的设备和机器人都配备 Beckhoff 控制系统。”

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。