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KUKAC4机器人焊接工作站初级培训教材 徐州华恒机器人系统有限公司 1 第一章机器人焊接系统1 1机器人系统1 2焊接系统1 3周边设备1 4安全设备1 5其他附件第二章库卡smartPAD2 1smartPAD介绍2 2smartHMI操作界面2 3状态栏2 4用户组2 5零点和TCP校正第三章机器人操作与基本运动编程3 1机器人坐标系3 2文件管理3 3程序操作 3 4编程指令第四章焊接程序编程4 1焊接运行方式4 2编程指令4 3电弧跟踪的应用第五章接触寻位5 1寻位原理5 2寻位时注意事项5 3操作步骤5 4编程指令第六章系统日常维护及保养6 1日检查及维护6 2周检查及维护6 3月检查及维护6 4KRC4保养 目录 2 第一章机器人焊接系统 KUKA机器人焊接系统主要包括机器人系统焊接系统周边设备安全设备其他附件组成 kuka焊接工作站 3 1 1机器人系统 1机械手2机器人控制器 标准柜 3手持式编程器4连接电缆 机器人系统包括机器人本体 机器人控制柜及示教盒组成 高柜 小型柜 4 机器人C4控制柜系统内部概览 1 电源滤波器2 总开关3 CSP4 控制系统PC机5 驱动电源 轴7和8的驱动调节器选项 6 4至6号轴驱动调节器7 1至3号轴驱动调节器8 制动滤波器9 CCU10 SIB SIB扩展型11 保险元件12 蓄电池13 接线面板14 滚轮安装组件 选项 19 库卡smartPAD 标准柜 1接线板11CSP2蓄电池12控制系统PC机3保险元件Q313制动滤波器K24保险元件Q1314驱动电源KPPG15总开关15驱动调节器KSPT16内部风扇16驱动调节器KSPT27驱动调节器KSPT1217SIB SIB扩展型8驱动调节器KSPT1118CCU 5 C4控制柜后面概览 1 KSP KPP散热器2 制动电阻3 热交换器4 外部风扇5 低压电源件 1外部风扇2低压电源件3制动电阻4热交换器5电源滤波器 6 C4控制柜显示面板 7 C4标准控制柜PC机接口 1 DC24V电源插头X9612 PC风扇的X962插头3 现场总线卡插座1至74 LAN双网卡DualNIC 库卡控制器总线5 LAN双网卡DualNIC 库卡系统总线 6 7 4USB2 0端口8 DVI I 支持VGA 借助DVI VGA适配器 9 4USB2 0端口10 板载LAN网卡 库卡选项网络接口11 板载LAN网卡 KUKALineInterface 库卡线路接口 8 C4控制柜冷却循环回路 1 外部风扇空气入端6 热交换器空气出口2 低压电源件冷却器7 电源滤波器空气出口3 KPP空气出口8 热交换器4 KSP空气出口9 KPC进气道5 KSP空气出口10 电脑风扇 1外部风扇2侧面热交换器3上部热交换器4侧面空气出口5风扇KPP SR和KSP SR 6低压电源件风扇7电脑风扇 9 1 2焊接系统 焊接系统包括焊接电源 送丝机构 电缆总成 焊枪 送丝机 焊枪 枪缆 10 周边设备主要有行走龙门架 1 3轴 工件旋转头尾架变位机或L型变位机 工装夹具 机器人行走的地轨等组成 周边设备需根据被焊工件的情况选定 行走龙门架 1 3轴 x轴 Y轴 Z轴 根据产品大小 选择适当的行程 1 3周边设备 11 L型变位倾翻 355 旋转 355 倾翻式变位机倾翻 15 100 旋转 355 头尾架变位旋转 355 根据工件种类设计合适的工装夹具 在变位机上使用 变位机 12 1 4安全设备 安全设备主要有安全围栏 安全光栅等组成 13 1 5其他附件 其他附件包括防碰撞 清枪剪丝机构 除尘设备等 防碰撞 碰撞的作用 减轻机器人及焊枪碰到工件因撞击所造成的损坏程度 原理 防碰撞实际上为一常闭触点 当碰撞发生时 由于焊枪偏离正常位置而导致常闭触点断开 信号返回控制系统 机器人停止运行 14 清枪站 清枪装置用以保持焊枪喷嘴内的清洁 使保护气对焊接的焊缝有比较好的保护 从而保证焊缝的质量 喷硅油装置目的在于使焊接飞滅与焊枪喷嘴的粘接力降低 以利于清枪装置对焊枪内焊接飞溅物的清除 剪丝装置焊接系统中采用了自动寻位功能 必须借助自动剪丝装置保证焊丝的干伸长 保证焊丝的起弧质量 即 容易起弧 起弧稳定 借助剪丝装置 可以保证焊丝在任何焊接位置有一致的干伸长度 明显地提高示教目点的位置精度 15 第二章库卡smartPAD 功能 smartPAD是用于工业机器人的手持编程器 smartPAD具有工业机器人操作和编程所需的各种操作和显示功能 smartPAD配备一个触摸屏 smartHMI可用手指或指示笔进行操作 无需外部鼠标和外部键盘 16 2 1面板介绍 正面 17 正面面板说明 18 19 操作步骤拔下 1 按用来拔下smartPAD的按钮 smartHMI上会显示一个信息和一个计时器 计时器会计时30秒 在此时间内可从机器人控制器上拔下smartPAD 2 从机器人控制器上拔下smartPAD 如果在计时器计时期间没有拔下smartPAD 则此次计时失效 可任意多次按下用于拔下的按钮 以再次显示计时器 插入 将smartPAD插入机器人控制器 可随时插入smartPAD 前提 与拔出的smartPAD类型相同 插入30秒后 紧急停止和确认开关再次恢复功能 将自动重新显示smartHMI 可能需要30秒以上 插入的smartPAD会应用机器人控制器的当前运行方式 取下和插入smartPAD 20 更换运行方式 操作步骤1 在smartPAD上转动用于连接管理器的开关 连接管理器随即显示 2 选择运行方式 3 将用于连接管理器的开关再次转回初始位置 所选的运行方式会显示在smartPAD的状态栏中 21 手动运行机器人 说明手动运行机器人分为2种方式 笛卡尔式运行 TCP沿着一个坐标系的轴正向或反向运行 与轴相关的运行 每个轴均可以独立地正向或反向运行 有2个操作元件可以用来运行机器人 运行键 3D鼠标 22 调用主菜单 操作步骤 点击smartPAD上的主菜单按键 窗口主菜单打开 会总是显示上次关闭窗口时的视图 说明主菜单窗口属性 左栏中显示主菜单 用箭头触及一个菜单项将显示其所属的下级菜单 例如配置 视打开下级菜单的层数多少 可能会看不到主菜单栏 而是只能看到下级菜单 右上箭头键重新显示上一个打开的下级菜单 左上Home键显示所有打开的下级菜单 在下部区域将显示上一个所选择的菜单项 最多6个 这样能直接再次选择这些菜单项 而无须先关闭打开的下级菜单 左侧白叉关闭窗口 图片见下图 23 主菜单键 主菜单显示 24 键盘 smartPAD配备一个触摸屏 smartHMI可用手指或指示笔进行操作 smartHMI上有一个键盘可用于输入字母和数字 smartHMI可识别到 什么时候需要输入字母或数字并自动显示键盘 键盘只显示需要的字符 例如如果需要编辑一个只允许输入数字的栏 则只会显示数字而不会显示字母 25 面板背面 背面 1 确认开关2 启动键 绿色 3 确认开关4 USB接口5 确认开关6 型号铭牌 26 背面面板说明 27 2 2操作界面KUKAsmartHMI 28 操作界面说明 29 30 2 3状态栏 状态栏显示工业机器人特定中央设置的状态 多数情况下通过触摸就会打开一个窗口 可在其中更改设置 31 状态栏说明 32 提交解释器的状态显示 33 驱动装置 34 程序运行方式 35 2 2 5确定3D鼠标定位 说明3D鼠标可按用户所在地进行调整适配 以使TCP的移动方向与3D鼠标的偏转动作相适应 用户所在地以角度为单位给出 该角度数据的参照点是机床基座上的接线盒 机器人或轴的位置无关紧要 默认设置 0 这相当于一位操作人员站在接线盒的对面 在切换成自动化外部运行方式时 3D鼠标自动定位为0 36 操作步骤1 打开窗口手动移动选项并选择选项卡Kcp项号 2 将smartPAD拉到用户所在地相应的位置上 步距刻度 45 3 关闭窗口手动移动选项 37 2 4用户组 操作步骤 说明默认密码为 kuka 新启动时将选择默认用户组 如果要切换至AUT 自动 运行方式或AUTEXT运行方式 外部自动运行 则机器人控制器将出于安全原因切换至默认用户组 如果希望选择另外一个用户组 则须此后进行切换 如果在一段固定时间内未在操作界面进行任何操作 则机器人控制系统将出于安全原因切换至默认用户组 默认设置为300秒 38 用户组 在库卡系统软件 KSS 中 视用户组的不同有不同功能可供选择 共有下列用户组 39 2 5零点和TCP校正 1 在主菜单中选择投入运行 调整 EMD 带负载校正 首次调整 一个窗口自动打开 所有待零点标定轴都显示出来 编号最小的轴已被选定 2 取下接口X32上的盖子 3 将EtherCAT电缆连接到X32和零点标定盒上 4 从窗口中选定的轴上取下测量筒的防护盖 翻转过来的SEMD可用作螺丝刀 5 将SEMD拧到测量筒上 6 将测量导线接到SEMD上 可以在电缆插座上看出导线应如何绕到SEMD的插脚上 7 如果未进行连接 则将测量电缆连接到零点标定盒上 8 点击校正 9 按下确认开关和启动键 10 将测量导线从SEMD上取下 然后从测量筒上取下SEMD 并将防护盖重新装好 11 对所有待零点标定的轴重复步骤4至10 12 关闭窗口 13 将EtherCAT电缆从接口X32和零点标定盒上取下 零点校正 40 TCP校正 操作步骤1 在主菜单中选择投入运行 测量 工具 XYZ4点 2 为待测量的工具给定一个号码和一个名称 用继续键确认 3 用TCP移至任意一个参照点 点击测量 点击是回答安全询问 4 用TCP从一个其他方向朝参照点移动 点击测量 点击是回答安全询问 5 把第 步重复两次 6 输入负载数据 如果要单独输入负载数据 则可以跳过该步骤 7 用继续键确认 8 在需要时 可以让测量点的坐标和姿态以增量和角度显示 以法兰坐标系为基准 为此按下测量点 然后通过退回返回到上一个视图 9 或者 点击保存 然后通过关闭图标关闭窗口 或 按下ABC2点法或ABC世界坐标法 迄今为止的数据被自动保存 并且一个可以在其中输入工具坐标系姿态的窗口自动打开 41 第三章机器人操作与基本运动编程 机器人操作3 1机器人坐标系 在机器人控制系统中定义了下列笛卡尔坐标系 世界 ROBROOT 基础 工具 42 3 1 1世界坐标系 世界坐标系 大地坐标系 世界坐标系是一个固定定义的笛卡尔坐标系 是用于ROBROOT坐标系和基础坐标系的原点坐标系 在默认配置中 世界坐标系位于机器人足部 43 3 1 2ROBROOT 关节坐标系 ROBROOT坐标系是一个笛卡尔坐标系 固定位于机器人足部 它可以根据世界坐标系说明机器人的位置 在默认配置中 ROBROOT坐标系与世界坐标系是一致的 用 ROBROOT可以定义机器人相对于世界坐标系的移动 44 3 1 3基础 工件坐标 基础坐标系是一个笛卡尔坐标系 用来说明工件的位置 它以世界坐标系为参照基准 在默认配置中 基础坐标系与世界坐标系是一致的 由用户将其移入工件 45 3 1 4工具 工具坐标 工具坐标系是一个笛卡尔坐标系 位于工具的工作点中 在默认配置中 工具坐标系的原点在法兰中心点上 因而被称作法兰坐标系 工具坐标系由用户移入工具的工作点 46 坐标系之间旋转关系 旋转关系 47 3 2文件管理 3 2 1新建程序 说明 在应用人员用户组中不可选择模板 将默认生成一个 模块 类型的程序 操作步骤1 在目录结构中选定要在其中建立程序的文件夹 例如文件夹程序 不是在所有的文件夹中都能建立程序 2 按下新建 3 仅限于在专家用户组中 窗口选择模板将自动打开 选定所需模板并用OK确认 4 输入程序名称 并点击OK确认 48 新建程序显示界面 1 标题行2 目录结构3 文件清单4 状态行 49 3 3程序操作 选择或打开程序可以选择或打开一个程序 之后将显示出一个编辑器和程序 而不是导航器 程序已选定 语句指针将被显示 程序可以启动 可以有限地对程序进行编辑 选定的程序尤其适用于应用人员用户组进行编辑的情况 例如 不允许使用多行的KRL指令 例如LOOP ENDLOOP 在取消选择时 无需回答安全提问即可应用更改 如果对不允许的更改进行了编程 则会显示出一则故障信息 程序已打开 程序不能启动 程序可以编辑 打开的程序尤其适用于专家用户组进行编辑的情况 关闭时会弹出一个安全询问 可以应用或取消更改 区别 50 程序界面 51 3 4编程指令 机器人运动方式 KUKA机器人有PTP 点到点 LIN 直线 CIRC 圆弧 样条运动四种基本的运动方式 3 4 11 点至点 PTP 运动方式机器人沿最快的轨道将 引至目标点 一般情况下最快的轨道并不是最短的轨道 也就是说并非直线 因为机器人轴进行回转运动 所以曲线轨道比直线轨道进行更快 无法事先知道精确的运动过程 52 机器人运行方式 2 LIN运动方式机器人沿一条直线以定义的速度将TCP引至目标点 3 CIRC运动方式机器人沿圆形轨道以定义的速度将TCP移动至目标点 圆形轨道是通过起点 辅助点和目标点定义的 53 机器人运行方式 4 轨迹逼近轨迹逼近的意思是 将不会精确移至程序编定的点 圆滑过渡是一个选项 可在进行运动编程时选择 当在运动指令之后跟着一个触发预进停止的指令时 无法进行圆滑过渡 PTP运动时的轨迹逼近TCP离开可以准确到达目标点的轨道 采用另一条更快的轨道 进行运动编程时将确定至目标点的距离 TCP最早允许在此距离处离开其原有轨道 当发生轨迹逼近的PTP运动时 轨迹曲线不可预见 而且 滑过点在轨道的哪一侧经过也无法预测 54 机器人运行方式 LIN运动时的轨迹逼近TCP将离开其上有应精确移至的目标点的轨道 在一条更短的轨道上运行 进行运动编程时将确定至目标点的距离 TCP最早允许在此距离处离开其原有轨道 CIRC运动时的轨迹逼近TCP将离开其上有应精确移至的目标点的轨道 在一条更短的轨道上运行 进行运动编程时将确定至目标点的距离 TCP最早允许在此距离处离开其原有轨道 精确移至辅助点 55 机器人运行方式 5 LIN和CIRC运动的方向导引TCP在运动的起始点和目标点处的方向可能不同 起始方向可能以多种方式过渡到目标方向 在CP运动编程时必须选择一种方式 LIN恒定的方向 LIN姿态引导 56 机器人运行方式 CIRC恒定的方向 CIRC姿态引导 57 3 4 2程序指令 操作步骤 58 指令界面 PTP 59 指令界面 LIN 60 指令界面 CIRC 61 状态指令菜单 坐标选择说明1 62 状态指令菜单 说明2 63 第四章焊接程序编程 4 1焊接运行方式说明 以一个工件为例通过两条焊缝来解释焊接流程 一条焊缝必须至少由以下部分组成 64 焊接运行方式说明 65 焊接流程 一段式焊缝需要以下焊接指令 分为几段的焊缝则需要以下焊接指令 66 4 2编程指令 4 2 1引弧指令ARCon 操作步骤 选择菜单序列指令 ArcTech ARC开 说明 指令ARC开包含至引燃位置 目标点 的运动以及引燃 焊接 摆动参数 焊接速度 引燃位置无法轨迹逼近 电弧引燃并且焊接参数启用后 指令ARC开结束 67 4 2 1引弧指令ARCon菜单介绍 68 4 2 2ARCSWITCH 操作步骤 选择菜单序列指令 ArcTech ARCSWITCH 说明 指令ARCSWITCH用于将一个焊缝分为多个焊缝段 一条ARCSWITCH指令中包含其中一个焊缝段中的运动 焊接以及摆动参数 始终轨迹逼近目标点 对最后一个焊缝段必需使用指令ARC关 69 4 2 2ARCSWITCH菜单介绍 70 4 2 3ARC关 操作步骤 选择菜单序列指令 ArcTech ARC关 说明 ARC关在终端焊口位置 目标点 结束焊接工艺过程 在终端焊口位置填满终端弧坑 终端焊口位置无法轨迹逼近 71 4 2 3ARC关菜单介绍 72 4 2 4引燃参数说明 图1 73 4 2 5焊接参数说明 图2 74 4 2 6摆动参数说明 图3 75 焊接摆动说明 预设定的摆动图形有4个 三角形 梯形 不对称梯形和螺旋形 摆动图形的形状和焊接速度有关 焊接速度越高 摆动图形的轨迹逼近就越强 摆动图形的形状还取决于用户为摆动长度和振幅设定的数值 76 预设定的摆动图形 77 预设定的摆动图形 78 4 2 7选项窗口说明 坐标系图4 79 4 2 8选项窗口 移动参数 LIN CIRC 图5 80 4 2 9终端焊接参数说明图6 81 4 3电弧跟踪运用 电弧跟踪 ArcSense 是机器人弧焊应用当中 在中厚板领域最为基本的功能之一 能够在实际焊接过程当中很好的解决由于拼点 焊接变形带来的位置误差 1 摆动幅度2 摆动长度3 允许最大偏差量 82 ArcSense功能的原理 工作原理 1 通过焊接期间电弧的有效电流 结合摆动过程实时纠正示教轨迹与实际轨迹中心的偏差2 在1段到第2段显示的是焊缝开端最初的5至15个摆动周期3 第3段表示激活的电弧跟踪过程 83 ArcSense功能的硬件构成 1 数据线接口X312 地线接口3 电源的焊接电缆输入端4 至机器人的焊接电缆输出端 84 KUKA电弧跟踪系统电气联线图示 1 控制柜2 至电源的焊接电缆3 ArcSense分流器箱4 至机器人的焊接电缆 5 机器人6 位于机器人端的RDC7 数据线X21 X318 接地线 85 电弧跟踪功能的开启与关闭 跟踪功能的启用与关闭 在程序编制中都很简单 只需要在ArcSense的按钮出选出来或者选成空格 即可快速实现电弧跟踪功能的切换 86 跟踪相关参数设定一 1 摆动类型2 摆动角度 如果选择跟踪摆动则无效 87 跟踪相关参数设定二 1 偏差允许范围设置2 调节器增益 设置值越大 对于偏差修正越灵敏 3 选择接近实际焊缝角度的值4 焊接用电源的品牌信息5 为电源预配置的跟踪参数数据库 88 手动修正简介 当焊接过程发生偏离焊道的意外 机器人停止并在对话框显示错误信息 询问操作人员怎样继续操作 具有以下操作选项可供选择 取消中断该程序 比如即将开始一个新的工件焊接 这时操作人员重置或者取消该程序 然后重新手动定位机器人 继续运行如果焊接状况还算良好不影响焊缝质量 则可以选择此项继续进行焊接作业手动修正如果选择此选项 则表示需要手动将偏离焊缝的TOOL重新定位 操作界面自动显示用于手动修正的状态按钮 89 第五章接触寻位 5 1寻位的原理 当运行寻位语句时 寻位功能打开 当焊丝碰到工件时 RDC内部继电器线圈得电 其对应的常开闭合 快速测量通道导通 并机器人记录当时的空间坐标 当焊丝用同样运动参数去接触第二 第三工件时 机器人会记录第二 第三个工件的空间坐标 并且可以计算出实际位置相对于示教位置的偏移量 并补偿偏移自动地变更机器人路径 从而保证准确找到焊缝 1 焊接电源2 继电器3 快速测量回路4 焊丝5 工件6 电路导通示意 90 5 2寻位时注意事项 1 保持工件表面清洁 不要有油污或油漆 2 保证干伸长一致 3 正确设置向量的起始点和查找点的位置 4 将查找距离 寻找速度 返回速度设为合适的值 5 查找完 修正后要将向量关闭 注意赋值的对象和位置 6 修改点位置时 注意点上是否带有向量 7 使用联动时 注意base的选用 双工位时注意base号的选择 8 搜寻点和焊缝点必须保证是不变的相对位置关系 91 5 3操作步骤 1 选择菜单序列指令 TouchSense 搜索 2 在联机表单中选择运动方式 3 仅当选择了运动方式CIRC或SCIRC时 将TCP移到辅助点位置 点击TouchupHP 4 将TCP移到目标点位置 搜素的起始点 点击Touchup 必须驶至起始点 以便使焊丝在搜索时不会垂直于工件移动 否则会测定出错误的修正数据 最理想的是焊丝位于起始位置与搜索方向约呈45 角 92 操作步骤 5 在联机表单中设定其他参数 6 将TCP驶向应示教为经过点的位置 点击TouchupVia 7 如果要通过搜索指令采集工件的原有位置 而不是与原有位置的偏差 则在重新零点复归选项窗口中将参数设定为是 数据被作为参考数据保存 8 在 搜素参数 选项窗口中设定所需参数 9 用指令OK保存指令 93 5 4编程指令 5 4 1寻位指令 94 寻位指令 重新零点复归 选项窗口 95 寻位 搜索参数 选项窗口 96 5 4 2修正指令 操作步骤 1选择菜单序列指令 TouchSense 修正 2在联机表单中选择1D 2D 3D 一维修正 如果工件沿以下一个方向发生线性位移 则使用该修正指令 1初始位置2移动后位置 97 修正指令 二维修正 如果工件沿以下两个方向发生线性位移 则使用该修正指令 1初始位置2移动后位置 98 三维修正 如果工件沿以下所有方向发生线性位移 则使用该修正指令 1初始位置2移动后位置 修正指令 99 多方向修正 如果工件沿以下一个或多个方向扭转 则使用该修正指令 1初始位置2移