斗杆机器人焊接系统技术方案

目录

1设计依据............................................................3

1.1产品...........3

1.2现场环境信，息............................3

2系统构成概述................................4

2.1系统布局图.......................................................4

2・2系统构成.........................................................5

2・3系统说明.........................................................5

3工艺方案.............7

3.1节拍计算.........7

3.2工艺分析..................................7

3.3电气控制方案.....................................................7

3.4夹具设计方案............................8

4供货范围.....................................9

5项目进度计划........................................................10

6安装调试..............11

6.1在思尔特的安装调试..............................................11

6.2在客户处安装调试................................................11

7培训.................................................................12

8验收.................................................................13

8.1预验收...........................................................13

8.2终验收............13

9质保期..............14

10责任................15

10.1买方责任.........15

10.2卖方责任.........15

11附件一：技术资料...................................................16

11.1IRB2400L工业机器人............................................16

11.2IRC5控制柜....................................................16

11.3TPS全数字化脉冲焊接电源.......................................17

11.4SM/\RTTAC智能寻位系统........................................19

11.5AVVC电弧跟踪系统......................20

11.6MTC变位机....................................................21

11.7TBI清枪剪丝装置........................22

1设计依据

1.1产品

L2现场环境信息

使用温度：5c〜45℃

电源电压：380V，220Y±10%50HZ

压缩空气源:0.5-0.7Mpa

2系统构成概述

2.1系统布局图

2.2系统构成

系统由一套ABB工业矶器人系统IRB2400L+IRC5,一套奥地利Fronius全数字逆变脉冲焊

接电源TPS5000,一套带MTC2000外部轴的焊接变位机，一套MU20机器人行走系统，一

套TBi自动清枪器，一套安全防护围栏及一套PLC控制系统构成。

2.3系统说明

2.3.1设备选型

注：详细资料见附件。

1)ABB机器人系统

•平均无故障工作时间＞8000()小时，运行稳定可靠；

•结构合理，电机功率小，比其他品牌能耗低30%以上；

•模块化结构，维护、检修方便快捷；

•动态自优化运动控制技术令各轴总是以最大加速度运行，运行速度提高25%；

•6轴智能防碰撞技术将碰撞力减小到30%,且可快速恢复；

・7.5英寸全彩触摸屏式示教器，操作方便快捷；

•2400L型工作半径1800mm,重复定位精度±0.06mm；

•我司作为ABB最佳合作伙伴，得到ABB公司最有力的技术支持。

2)ABB的SmarTac及AWC跟踪套件

•SmaHac利用喷嘴或焊丝碰触工件，可确定真实焊缝位置，寻位精度±0.25mm；

•AWC电弧跟踪系统实时对摆动焊接中的电流口压信号采样，并分析得出数据修改机器

人路径，能够自行适应焊接过程中的工件变形；

•由于斗杆拼焊精度较低，且焊缝长，焊接过程中容易造成变形，采用本跟踪系统可保证

达到稳定的焊接要求。

3)奥地利Fronius(福尼斯)TPS全数字逆变脉冲焊机

•焊机心脏是DSP全数字化微处理控制器，电弧特别稳定，焊接质量卓越。

・效率达89%,功率达到因数99%,比普通焊机节能40%以上，比同类焊机节能10%以上；

•数字式精确捽制焊接过程.并保持电弧恒定•脉冲焊接过程几乎无飞溅.减少焊后处理:

•可通过软件升级拓展焊机功能，减少了重复投资。

•采用脉冲过渡方式焊接，使焊接过程中热输入量大大减少，减小了焊后工件变形，焊缝

质量好、成型美观、不泄露。

•TPS5000输出电流3—500A。

4）德国TBi自动清枪器

・清枪喷硅油装置设计在同一位置.，机器人只要一个动作就可以完成喷硅油和清枪的过程;

•喷硅油装置采用了双喷嘴交叉喷射，使硅油能更好地到达焊枪喷嘴的内表面，确保焊渣

与喷嘴不会发生死粘连；

2.3.2系统配置

系统使用ABB机器人、外部轴变位机及专用机器人行走系统三者协调联动，可与机器人

在360度范围内任意定位、协调，确保在每条焊缝处焊枪与工件均形成最佳焊接姿势。且在长

焊缝及不规则焊缝的情况下可进行不间断焊接，可得到极好的焊接一致性，工作效率。焊接电

源使用Fronius先进的全数字化逆变脉冲焊机，在SmarTAC智能寻位系统及AWC电弧跟踪

系统的配合下，能自行确定真实焊缝位置，并能够自行适应焊接过程中的工件变形，确保最佳

焊接效果。

变位机从动端设计有高精度可调整滑轨，焊接不同长度工件时可根据需要移动。

工作站同时配德国TBi自动清枪器，提高机器人工作效率并可靠保证了焊接质量。工位正

面设计有防弧光门，避免焊接弧光对人员的伤害。系统侧门方便日常维护及调试，门上安装有

安全装置，一旦意外开启，系统将自动停止。

3工艺方案

3.1节拍计算

以870-0402100工件为例，仅计算侧板与盖板四底焊缝（双面），见图示粗线部分。

生产节拍：

=6086（焊缝长度）/5（焊接速度）X4（双层双面）

+3.2（机器人焊缝间行走时间）X3（焊缝数）X4（双层双面）

+8（每次寻位时间）X16（寻位次数）X2（双面）

+10（每次清枪时间）X6（清枪次数/每2米清枪一次）

+0（工作台翻转时间与清枪时间重合）

+8（机器人进出工位时间）

+300（上下料时间s）

=5531（秒）

3.2工艺分析

工件事先进行拼装点焊的预处理，然后采用手动方式把工件固定于MTC2000变位机上。

操作人员按下启动按钮后，工作站根据预先设定的程序运行。机器人夹持焊枪到达焊缝位置.，

在SmarTAC自能寻位系统配合下先确定焊缝起始点，机器人计算出轨迹偏移后开始焊接，焊

接过程采用摆动焊接，AWC电弧跟踪系统会跟踪电瓠变化自动修正轨迹，消除工件本身误差

和焊接过程产生的焊接变形造成的影响，确保最佳焊接质量。

3.3电气控制方案

1）机器人移动系统采用伺服电机驱动，可与机器人联动，最大限度扩展了机器人的工作

范围。

2）工件变位机使用ABB外部轴驱动，可在焊接时与机器人协调运动，确保所有焊缝均处

于最佳焊接位置。

3）操作人员使用带按钮、状态指示灯的操作盒进行作业。

4）所有电气元件采庄国际品牌，确保系统稳定可靠工作：PLC-三菱，低压电器-施耐德,

传感器-OMRON。

3.4夹具设计方案

焊接夹具为手动夹具，在保证强度的前提下设计为快速装卸的方式，且减少对焊接位置的

遮挡.焊接夹具的设计力求模块化和标准化，采用一体式底座，确保各单元相对位置的稳定性C

考虑到工作站的扩展能力，夹具与机器人的变位机法兰之间，安装底座与底板之间采用螺

栓紧固，定位销定位。使之在夹具调换过程中保证整个系统的准确定位。

4供货范围

下表所列的内容为乙方负责提供或制造的设备内容:

序号名称规格数量品牌备注

1机器人本体IRB2400L1ABB

1.1IRB2400L1ABB

1.2IRC5(M2004)控制器1ABB

1.3示教盒（10米电缆）1ABD

1.4输入、输出信号板1ABB

1.5机器人控制电缆（7米）1ABB

1.6机器人控制软件1ABB

1.7弧焊软件包1ABB

1.8SmarTAC智能寻位套件1ABB

1.9AWC电弧跟踪套件1ABB

2全数字逆变脉冲焊机TPS50001Eronius

3焊接变位机1思尔特

3.1外部轴MTC20001ABB

3.2机架（从动端可调）1思尔特

3.3焊接夹具1思尔特

4机器人移动系统1思尔特

4.1可协调伺服电机MU201ABB

4.2底座1思尔特

5自动清枪器BRG-20001TBi

6电气控制系统1思尔特

7安全防护栏1思尔特

8系统集成及调试1思尔特

9运输及保险1思尔特

5项目进度计划

签订合同和技术协议1周

设计会签4周

设备制造及调试15周

设备预验收2周

设备完成调试并运输至客户现场2周

思尔特在合同生效后5.5个月内将系统运至客户现场。

6安装调试

6.1在思尔特的安装调试

所报的系统，将在发货前，在我方进行组装和完整的功能测试。

6.2在客户处安装调试

我们将派工程师在用户现场进行系统的安装、调试及使用培训。

安装计划和技术要求将在安装前2周内交给客户。客户应按照要求及时做好准备，以配合发货

期，不要因此产生不必要的费用。地基被默认为有足够的强度和刚度。

安装前用户应准备好合适的设备安装地。

安装调试期间用户应提供必须的工具、材料和人力等，如叉车、电缆、螺栓等。

系统应适当与周边设备隔离，并且工作区域会有适当装置安全限制，这部分由买方负责。

7培训

我们提供4人-周的系统使用培训，受训人员应有一定电脑基础。

注：1）人员要求：机器人操作者中专以上文化，主管技术人员大专以上熟悉英文、计算机。

2）对每名学员，提供机器人操作培训中文教材一套。

8验收

8.1预验收

预验收在思尔特进行（买方提供必要数量的试件），双方有关人员参加，验收合格后发货。

8.2终验收

系统在买方现场安装、调试完成后，双方有关人员一起对设备进行试运行。

以下两种情况下，买方与思尔特签定两份验收证明，之后设备转移至买方，质保期开始。

1.系统试运行合格后一周内；

2.系统安装完成30天内，验收无法完成，但主要原因不在于思尔特。

9质保期

本套系统的质保期限为用户最终验收合格后一年。设备发生故障以后，用户应将故障内容以传

真形式及时通知厦门思尔特，厦门思尔特在接到通知后以最快速度予以答复。

若属正常使用状态下发生的故障破损，对属厦门思尔特责任的只要在上述质保期内，可进行无

偿修理或部品更换。（厦门思尔特指定的消耗品、维护部品及保险管、指示灯等易耗品不在此

限。）

质保期结束后，思尔特仍继续终身服务，提供全面的技术支持及所需备品配件.

注：如果发生以下情况，不在保修范围之内一

没有进行使用说明书中记载的保养、维修及定期检查而发生故障。

由于天灾等或其它不可抗力而受的损坏。

由于本系统以外的异常而引发的故障。

由于误操作，异常运转,及其它不属于本公司责任而引起的故障。

10责任

10.1买方责任

买方应承担以下成本：

•用于电、防护气体和压缩空气的电缆和管道。

•地基和土建。

•买方工厂的起重设备，包括操作人员。

•在卸货、安装、启动时，提供临时帮助人员。

•在安装、启动和验收阶段，买方应提供电力、热、光、水、人员、电话、传真。

•在买方工厂进行焊接测试时的焊接损耗。

10.2卖方责任

•满足合同所写的发货期。

•保证发出的货物和提供的服务的质量。

11附件一：技术资料

11.1IRB2400L工业机器人

•手腕持重：7kg

•最大臂展半径：1.8m

•轴数：6轴

•重复定位精度：±Ci.06mm

•防护等级：IF54

•轴运动：

轴动作范围最大速度

1回转+180°至-1800150%

2立臂+110。至TOO。150%

3横臂+65。至-60°150%

4腕+185°至-185。3600/s

5腕摆+115。至-115。3600/s

6腕传+400。至-400。450°/s

•电源：3相四线380V(+15%,-10%),50Hz

•耗电量：4KVA/7.8KVA(带外轴)

•机器人尺寸：底座：723X600mm

•机器人重量：380kg

•环境温度：5°C-45°C

•最大湿度：95%

•最大噪音：70dB(A)

11.2IRC5控制柜

机器人的控制硬件全部优化集成在一个控制柜内，由机器人控制平

台实现控制，通过对机相人的编程完成功能，具备完善的网络监控

功能。

使用全彩色触摸屏式操作盒

控制硬件：多处理器系统，PCI总线，大容量闪存(256M),奔腾CPU,

20sUPS备份电源

控制软件：BaseWare机器人操作系统，强大的RAPID编

程语言

电源：交流3相，380V(+15%,-10%),50Hz

集成控制柜尺寸：700x700x900mm

集成控制柜重量：200kg

环境温度：5℃-45℃

最大湿度：95%

操作面板：控制柜上

编程单元：便携式防爆型示教盒，具备操纵杆和软键盘

安全性：紧急停止、自动模式停止、测试模式停止等

输入输出板：数字式直流24v

11.3TPS全数字化脉冲焊接电源

产地：奥地利FRONIUS公司

一、简介：

TPS焊机采用全数字化的DSP微处理技术同高频逆变技

术相结合，焊机心脏是全数字化微处理控制器。由它集中处

理所有焊接数据，数字化控制和监测整个焊接过程。并快速

对任何焊接过程的变化作出反应。电弧特别稳定，从而获得优

异的焊接质量。

FRONIUS第一个深入研究了各种焊接材料的不同的焊接

特性，并制作出专用优化焊接规范专家系统，简化了操作，

降低了工人素质要求，提高了焊接质量。.

二、焊机的特点

•采用了逆变技术。逆变频率高达lOOKHz,是世界上最成功的逆电源2002全球销售达3万台

•故障自检功能，故障率低。由于焊机功能改用软件控制，减少了40%电子元件的数量，降

低了焊机的出故障点。同时，焊机具有故障自检功能，有利于自动化生产的连续性

•节能高效。效率达89%功率达到因数99%比普通焊机节能40传以上，比同类逆变焊机节

能10%以上

•面板采用智能化设计，大屏幕双数显。采用轻触按钮和数显焊接参数，设计既方便了焊工

的操作又不影响焊工的视觉感受减少了误操作

・一元化的调节。内存80组焊接专家规范。真正的傻瓜焊机，

操作时只须将所用的炸丝直径、材料、母材厚度、焊接方法。

输入焊机即可获得内存的最佳焊接规范

•可存储100个焊接程序.随时可调用或修改，保证了焊接时

的重复精度和焊接质量

•熔滴过渡状态指示。当出现不佳的熔滴过渡形式时

示灯亮此时焊工可及时调整焊接参数直至指示灯灭

•最卓越的焊接质量。焊机心脏是DSP全数字化微处理

制器电弧特别稳定，焊接质量卓越。

•精确的起弧，和焊接收弧削球功能。焊机精确控制

弧，焊机并有焊丝回烧功能，焊后焊丝不结球保正重新引弧方便，尤其适合自动焊

•真正实现无飞溅的脉冲焊接。一个脉冲过渡一个熔滴，数字式精确控制焊接过程，并保持

电弧电压的恒定，焊接过程几乎无飞溅，减少了焊后的处理。焊缝具有良好的焊缝成形，

气孔少，飞溅少。

•可焊接几乎所有的焊接材料，以满足客户新产品新工艺的要求。铝、钢、不锈钢、铜、钛、

银等，实芯焊丝，药芯焊丝

三、拓展功能强大，减少了重复投资

3.1焊接数据库（即专家系统）的升级。如果焊接特种焊丝直径或特殊的焊接材料、焊接工艺,

可直接将新的焊接专家系统加载到焊机中，减少了和缩短了客户新工艺调试和工艺试验的时间

及成本

3.2可升级为双脉冲焊机。不需要更改硬件，焊机随时可以升级为双脉冲，以满足客户对美观成

形或其它特殊用途

3.3可作自动焊和机器人的焊接。不需对焊机作更动，方便连接自动化专机，机器人等

四、焊机的技术参数

电源电压（±15%）3x400V

总保险丝（值）35A

初级功率（100%）15.IKVA

功率因素0.99

效率89%

焊接电流范围3-500A

10min/25℃75%暂载率500A

10min/25℃100%暂载率450A

焊接电流10min/40℃50%暂载率500A

1()min/40℃60%暂载率450A

10min/40℃1()0%暂载率360A

开路电压70V

工作电压14.2-40.0

保护等级IP23

冷却类型AF

绝缘等级F

尺寸（长X宽X高）625/290/475mm

重量35.6Kg

11.4SmartTAC智能寻位系统

智能寻位系统用于焊接前确定工件上的定位

点。SmartTac使用焊枪上的喷嘴作为感应装置，

而不需要在焊枪上安装体积庞大的附加感应器。在

寻位模式下系统会给喷嘴通电，当喷嘴和工件接触

时形成的电流会转换为停止信号给机器人控制系

统。在比较实际工件位置与程序设定位置之后，系

统对路径进行修正。

对一个点进行准确定位需要3次定位过程，

寻位的距离和速度可以根据需要定义。一般完整的

寻位过程依据工件复杂程度不同需要8-12秒不

等。

寻位功能可用于确定焊道的开始点和结束

点，或者可以对曲线焊道上的多个点进行定位。SmarTac寻位形成的轨迹可以进行三维的移动、

旋转及倾斜，以适应另一个工位的相同工件而不需要重新寻位。

SmarTac的寻位原理使得本系统仅适用于表面可导电的工件。喷嘴主要用于以角焊道为主

的开放表面的寻位，也可在狭窄区域（如V形槽）的进行寻位。

喷嘴上的飞溅会导致寻位误差，必须配备自动清枪器以解决这个问题。

检测电压：7-40VDC

灵敏度：IV电压降

寻位速度：20~50mm/s（与寻位精度要求有关）

寻位精度：±0.25mm