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成功案例 精确控制 X 精准测量精密焊接

在电动化和排放要求升级的双重驱动前提下,汽车生产商需要应付驱动电池带来的额外重量或是使用排放达标的小型内燃机。于是,车身轻量化就成为一个变相提升能耗使用效率的关键课题—譬如,加强铝合金以及其他种类轻型合金材料在车身、车架及底盘部件中的使用比例,这无疑是当下许多新能源汽车厂商给出的主流方案之一。这一过程中,身处大批量、快节奏的车身装配工厂内的焊接工程师,希望找寻到针对此类材料高质量焊接的先进自动化手段。

来自美国的Tolomatic拓美克自动化产品(苏州)有限公司依靠自身70年以来在线性运动控制领域的经验加持,为电阻点焊的精确实施摸索出新的解决方案—结合焊接力监测的动态控制。这一次,他们选择与奇石乐一起。

始于面向面粉加工行业的全自动包装机,Tolomatic成立于1954年,总部位于美国的明尼阿波利斯市郊,目前在中国、德国、墨西哥等不同地区拥有总计300多名员工,为全球多个主要市场提供创新的自动化线性运动控制产品,囊括电动执行器、气动执行器以及动力传输部件三个大类。2004年,随着美系汽车品牌的合资生产落地,Tolomatic在一些全球采购项目中将产品引入到中国市场,并在2015年正式投资建立位于苏州的全资子公司和第一座设立在亚洲地区的工厂,开始着手将部分畅销的产品型号进行本地生产和客制升级。作为发明了世界首个浮在轴上的直角齿轮箱和首批无杆气缸产品的家族企业,Tolomatic自动化产品始终在汽车(点焊控制)、石油化工(流量控制)、食品/饮料(食品级切割)、包装(自动化设备)、航空航天(模拟器)等诸多行业发挥作用,提供基于高精度、高重复性精度和高效率的直线运动(推/拉)控制应用 。这其中,就包含了搭载于焊接机器人手臂末端焊枪上的一体式伺服电机电动缸。

“机器人点焊电机的产品领域主要分为两个大类:传统分体式和一体式,我们设计和制造的就是一体式的中空伺服电机–兼顾体积重量的优化、高出力的性能,并且因为摒弃了传统的皮带等易损件,大大减少维护保养的工作量。”

何睿,Tolomatic中国区的总经理,从17年加入至今一直负责管理整个公司的业务、生产和营运,拥有近20年的汽车制造行业从业经历。说起属于Tolomatic点焊电缸产品的竞争力优势,何总不仅提到了结构设计,更对自家的关键技术称赞有加,

“硬件上,我们为旗下的ServoWeld点焊系列电缸配备了行业的标准式行星滚柱丝杠,在秉承高重复性精度(±3%)的同时,能够拥有极高的DLR(动态负载等级)指数。这意味着多达千万次的运行寿命以及单位时间内最多的工作次数,为客户快速摊销投资成本。”

在软件端,Tolomatic经由和焊枪厂商的长期合作研发,为市面主流品牌的所有机器人手臂控制系统预先做好了算法适配和驱动文件配置,方便集成商和终端用户的随时调用。

“随着近几年国内新能源汽车的市场普及,铝合金车架的运用已经越来越多,这也是我们能从焊接工艺一线明显感知到的变化。”

铝合金材质,相比于钢材来说,拥有更低的熔点(铝合金,大约在660℃左右;钢材,一般在1500℃上下)。作为宣传上的卖点之一,铝材可塑性更强的优势反映到加工过程中则会凸显出其强度较低,焊接窗口期大幅缩短的特点。仅仅使用普通的机械手运动控制程序(位移距离、焊接点位停留时间)已经难以保证焊接成果的一致性。另一方面,铝合金板材常具备更大的厚度来满足车身的刚性需求,导致在焊接工艺中需要配置更高的电流,再加上本身的优秀导电性,非常容易在焊接时触发分流现象,从而造成烧穿/裂孔/焊点不良等各类质量问题。

“主机厂客户,在铝车身的自动化焊接线上,往往希望对焊接时的动态压力和电机的出力有更精确的把控。因此需要整个系统中配置精度高的传感器,形成闭环控制。我们和奇石乐在内置式压力传感器电缸项目上的合作也是基于这个出发点,并且已经经过了多年的论证和测试。”

通过在电机末端布署来自奇石乐的9180型环状压电式力传感器,Tolomatic可以为焊接行业客户提供真正柔性、精准的焊接过程控制技术。

“早先年,我们从市面上选取了一些传感器品牌,包括应变式和压电式,并把各个厂家的方案进行测试和比较。我们发现,奇石乐提供的传感器与我们Tolomatic的一体式电缸有着很好的设计匹配度。”

由于需要将整个传感器、线缆打包集成在电缸密闭的缸体之内,传感器自身必须在反馈的灵敏度、精度、速度、集成性、使用寿命以及抗干扰等各维度具备等同于”全能六边形“的过硬素质,并且使用特殊钢制外壳,经过焊接封装处理,拥有极佳的密封性(抗油抗脂抗硅)。此外,该款产品在集成后无须反复标定,可有效缩短设备的维护时间。Tolomatic也会在出厂前对传感器进行100%的标定测试,为每一套“即插即用”的点焊测量组合把关。

点焊质量保证 –

为什么要使用奇石乐传感器?

内置式奇石乐压力传感器的焊接过程监控方案,具备以下多项优势:

▪ 实时测量整个焊接过程中的微小力值变化;

▪ 在测试和实际生产监控时都能准确呈现出从焊点到枪体,再到电机末端的动态压力,其测量的对象理论上包含了多个完整的变量;

▪ 内部集成,节省安装成本和时间;

▪ 在恶劣的生产环境中确保稳定,降低故障率和线缆破坏;

常说汽车行业的发展水平代表了一个地区乃至一个国家的整体科研+工业现状,无论是从市场体量、从研发投入还是从相关的庞大供应链角度出发,都能一窥该产业无与伦比的影响力。随之而来的,任意一个新技术、新材料的面世和使用都会对整个行业的上下游造成牵一发而动全身的后果。在焊接自动化领域也同样如是,集成压力传感器的铝合金电阻点焊监控方案已悄然在德国、美国、中国等多个知名传统主机厂和新能源汽车品牌制造商通过验证和实装使用。作为各自细分市场技术先行者的两家家族企业,Tolomatic和奇石乐也势必将会在这个领域共同携手,为全球客户提供更精确可靠的焊接控制方案。