T&W Stamping – 协作式机器人优化电阻焊应用

01 短篇案例

俄亥俄州的T&W Stamping打算自动化其钣金加工业务中的一项劳动密集型工序——管理电阻焊机。焊机的电磁脉冲会影响机器人伺服电机的正常工作，所以这项自动化任务难度较大。该公司用UR5协作式机器人完成了自动化改造，这款机器人的投资回报周期仅为4个月，引入后生产效率提高了40%，并将3名操作员从原岗位中解放了出来。

02 挑战

Crum Manufacturing是优傲机器人的认证系统集成商，该公司的自动化主管Juan Rodriguez表示：“使用协作式机器人来管理电阻焊机？据我们所知，业界还没人这么做过。”

他在俄亥俄州扬斯敦市与T&W Stamping公司有业务往来，T&W Stamping是一家主要为重型卡车市场服务的合同制造商，该公司需要可靠的自动化解决方案。T&W Stamping的执行副总裁兼总经理Craig Sivak说：“我们刚刚接到一位大客户的合同，对方要我们生产动力总成支架。订单量并不大，每年大约生产40,000个零件，但每个零件都有8个焊接螺母，所以一共要完成320,000次焊接，我们不太想采取手工焊接的方案。”Sivak和他的团队决定研究协作式机器人是否能够完成这项任务。他说：“协作式机器人内置了安全系统，无需放置防护栏，所以如果启用这种机器人，我们就不用改变现有布局了。”

一般来说，电阻焊作业中常用的是大型工业机器人，Rodriguez向我们解释了小型协作式机器人无人问津的原因。他说：电阻焊机发出的EMP（电磁脉冲）会屏蔽掉一定半径内的所有电子信号，传统机器人配有较大的C型夹具臂端工具，机器人距脉冲点非常远，所以这对传统机器人没有影响；但如果换成现有单元中的小型协作式机器人，情况就完全不同了。”

03 解决方案

Crum Manufacturing将机器人接地，并在定制的臂端工具中使用了非金属材料，这样机器人既远离了焊机，又克服了电磁脉冲的影响。T&W Stamping用协作式机器人解决这一难题后，他们发现更大的惊喜还在后面。Sivak说：“我们的工程师收到优傲机器人给出的初始报价后大吃一惊，哪怕是大型机器人，开销一般也是六位数了；我们还以为协作式机器人会更贵呢。”相比使用8个独立夹具固定零件，然后将其交给焊机焊接的做法，T&W Stamping现在能在节省30%成本的情况下完成整个单元的操作。这家合同制造商还缩减了3名操作员的岗位编制，这些操作员现正在从事其他增值业务的工作。Sivak也计算了投资回报周期，他说：“我们的生产效率比之前提高了40%，现在我们无需另购夹具，更重要的是，缩减岗位编制后，人工成本也跟着大幅下降。综合来看，投资回报周期还不到4个月。”

04 视觉引导确保精准焊接

Sivak解释道：“优傲协作式机器人能在基准点上拣选零件，所以它同时也是零件的夹具，这项功能非常实用。机器人一拾起零件，就能识别出每个孔洞的准确位置。”

传送带上方的Cognex视觉摄像头会引导零件的拣选操作。在摄像头引导下，UR5会先将零件放置在两台电阻焊机的第一台中，振动螺母给料机将焊接螺母放到零件上后，第一台焊机会焊接前四个螺母。第一步焊接结束后，UR5会旋转支架，并将其送至第二台焊机，以焊接后四个螺母。然后，UR5会将零件放上出站传送带，传送带上方装有第二台Cognex摄像头。该摄像头会检查零件的全部8个螺母是否均已焊接到位，焊接位置是否正确，是否都有螺纹，全套流程共用时52秒。

设备不停机，一致性出色

T&W Stamping的工作时间是每周5天，每天8小时三班倒。一般情况下，UR5以60%峰值产能的模式工作，目前已运行两年多。Sivak表示：“经UR机器人处理过的产品，一致性都非常高，我们很满意。这么久来，我们没出过任何生产问题，也没停过机。如果没有机器人，我们就得在单元里安排4名操作员，让他们管理8个夹具，完成往零件上焊接螺母的工作。”现在，1名操作员管理单元就足矣。这位操作员虽然没有机器人技术背景，但在参加了三天的UR5操作和编程培训课程后，现在已经是产品检验和协作式机器人运行的负责人了。

Juan Rodriguez为T&W开发了机器人单元，他对这项成就深感自豪。他说：“这些电阻焊机已经用了30多年了，能将这种设备与全新的协作式机器人技术结合起来，于我们于公司而言，都是件非常有意义的事。未来，优傲机器人肯定还会集成到更多的电阻焊机和焊接设备中。”

T&W Stamping正在研究协作式机器人可以处理的新任务。Sivak正在研究MIG焊接，他表示：“生产油底壳时，我们需要把零件电阻焊到产品上，但由于零件的尺寸和配置较为特殊，用电阻焊机实现自动化生产的难度很大。我们打算用UR机器人将部件固定到零件上，并在其中一个零件上放置焊枪，然后用焊枪进行MIG焊接。未来，机器人将自行完成焊接任务，所以对机器人来说，这将是一项全新的挑战。”