1. 背景与需求

某汽车制造商在焊接过程中面临以下问题：

• 质量不稳定：人工焊接因操作水平不一，导致焊接质量不稳定，焊缝强度和一致性不足，增加了返工率。
• 人力成本高：焊接工序对技术工人依赖度高，且高温和高强度环境下工作条件艰苦，造成招工难度大和薪资成本上涨。
• 生产效率低：人工焊接速度难以满足生产线的高节奏需求，导致瓶颈环节出现。
• 焊接过程控制不足：缺乏精确的焊接参数控制和实时数据监测，难以及时调整工艺参数以确保质量。

通过部署 史陶比尔（Stäubli）协作机器人 和 威琅（Weidmueller）电气系统，实现焊接过程的自动化和智能化，可以显著提升焊接质量、效率和成本控制能力。

2. 技术特点

2.1 史陶比尔（Stäubli）协作机器人

• 高精度操作：
  • 机器人采用先进的运动控制技术，焊接精度可达 ±0.05 mm，确保焊缝一致性。
• 灵活性高：
  • 支持多自由度运动，可完成复杂焊接路径，适用于车身制造中的多角度、多曲面焊接。
• 安全协作设计：
  • 配备智能传感器，能与人工协作，确保生产环境的安全性和灵活性。
• 高速度运行：
  • 焊接速度大幅提升，单台机器人可替代多名焊接工人，满足高节奏生产线的需求。
• 耐久性与环境适应性：
  • 具备高防护等级（如 IP67），可在焊接飞溅、高温和粉尘环境下稳定运行。

2.2 威琅（Weidmueller）电气系统

• 智能化控制：
  • 集成高精度伺服驱动和 PLC 控制器，可实现机器人焊接过程的精准控制与实时监测。
• 模块化设计：
  • 电气系统支持模块化扩展，便于集成更多传感器或附加设备，实现灵活配置。
• 实时数据采集：
  • 通过工业通信协议（如 Profinet 和 Modbus），实时采集焊接电流、电压、焊接时间等关键参数，确保焊接质量可追溯。
• 能耗优化：
  • 高效能电气设计降低焊接设备的能耗，减少运行成本。

3. 解决方案实施步骤

3.1 系统设计与设备选型

• 焊接工艺分析：
  • 分析焊接件材质、焊缝类型和焊接工艺参数（如电流、电压、速度），确定自动化需求。
• 设备选型：
  • 选择史陶比尔协作机器人（如 TX2 系列）和威琅电气系统（如工业自动化控制模块）。
• 系统集成规划：
  • 设计机器人与电气系统的协同架构，规划焊接路径、夹具位置和传感器布置。

3.2 安装与调试

• 机器人安装：
  • 将史陶比尔协作机器人安装于焊接工位，调整其工作范围，确保覆盖所有焊接区域。
• 电气系统布置：
  • 配置威琅电气系统，包括伺服驱动器、PLC 控制器和通信模块，与机器人和焊接设备连接。
• 路径编程与参数调试：
  • 编程机器人焊接路径，并在 PLC 中设定焊接参数（如焊接速度、电流、电压）。
• 工艺验证：
  • 模拟焊接测试，验证机器人运动精度和电气系统控制效果，优化工艺设置。

3.3 实时运行与监控

• 焊接过程自动化：
  • 机器人自动执行焊接任务，实时调整焊接参数以适应材料和工件变化。
• 质量监控：
  • 威琅电气系统实时采集焊接数据（如焊接电流波动、焊接接头温度），通过中央监控平台进行质量分析和报警。
• 异常处理：
  • 当检测到异常（如焊接参数偏离设定范围或机器人路径偏差）时，系统自动暂停并通知操作人员。

3.4 数据分析与优化

• 历史数据记录：
  • 采集焊接质量和设备运行数据，生成报告以支持工艺改进和维护规划。
• 工艺优化：
  • 根据数据分析结果调整焊接参数和路径，提高焊接效率和质量。

4. 技术优势与成效

4.1 技术优势

• 高精度与稳定性：
  • 协作机器人精确控制焊接路径和工艺参数，显著提升焊缝质量和一致性。
• 实时监控与追溯：
  • 威琅电气系统采集和记录所有焊接数据，确保质量问题可追溯并快速解决。
• 灵活性与扩展性：
  • 系统支持多工位、多工艺配置，可适应不同车型和零部件焊接需求。

4.2 成效

• 焊接质量提升：
  • 焊缝一致性提升 95%，焊接返工率降低 70%。
• 生产效率提高：
  • 单台机器人焊接效率提高 30%-40%，满足高节奏生产需求。
• 成本节约：
  • 人力成本降低 40%-50%，焊接耗材浪费减少 20%。
• 安全性增强：
  • 减少人工参与高温、高强度焊接作业，提升员工安全性。

5. 实际案例

案例：某汽车制造商车身焊接自动化

• 背景：
  • 某汽车制造商在车身焊接过程中，因人工操作导致焊缝质量不稳定，同时人力成本持续上升。
• 解决方案：
  • 部署 5 台史陶比尔协作机器人和威琅电气系统，实现车身焊接过程的全自动化。
  • 配置实时监控系统，采集焊接电流和焊缝温度数据，保障质量一致性。
• 成效：
  • 焊接效率提升 35%，焊缝合格率提高至 98%。
  • 年度人力成本节约 60 万元人民币，焊接材料浪费减少 15%。

6. 适用行业与场景

• 汽车制造：
  • 车身焊接、底盘组装、零部件焊接等高强度焊接场景。
• 家电行业：
  • 金属外壳焊接、管路接头焊接等精密焊接场景。
• 重工业制造：
  • 工程机械、船舶结构件的焊接自动化。
• 电子行业：
  • 精密零部件的点焊、激光焊接。

7. 总结

通过整合 史陶比尔（Stäubli）协作机器人 和 威琅（Weidmueller）电气系统，汽车制造商成功实现了焊接过程的自动化与智能化。这一方案显著提升了焊接质量、效率和安全性，同时降低了人力成本和材料浪费，为企业的生产线优化和市场竞争力提升提供了可靠保障。