案例研究：视觉引导航空航天部件组装的独一无二的川崎机器人电池

与当今的许多制造业不同，航空航天行业往往偏离了自动化。虽然自动化机械在航空航天工厂的车间里很常见，但由于产量低和制造这种特殊部件的精细性质，机械臂是一种罕见的景象。

这家航空部件供应商与安大略省滑铁卢的集成商SYSTEMATIX合作，设计了一个用于安装坚果板的单元。坚果板是一种不规则部件，有200多种变体，将飞机的外部外壳固定在机身上。虽然这个复杂的应用程序听起来不一定是自动化的理想候选人，高性能川崎机器人和3D视觉产品减少了周期时间，提高了产品的一致性，并减少了人力，以提高整体效率。

挑战

• 单调和耗时的过程导致员工保留低
• 需要深入的员工认证和培训
• 产品质量经常不一致

艰难乏味的申请

选择螺母板安装过程进行自动化有多种原因。为了满足零件严格的质量要求，所有员工都必须对他们生产的每一个零件进行密集的培训和认证，并实时记录他们的工作。螺母板安装过程的单调也给制造商带来了保留问题，他们努力培训和配备足够的工人来满足生产目标。

质量控制

由于螺母板在飞机的构造中起着整体的作用，螺母板铆钉的高度需要精确。在自动化之前，由于铆钉高度不一致，操作员必须将铆钉削到所需的精确高度。人为错误消耗了公司的时间，并且由于增加了流程要求而产生了更多的浪费。

解决方案

• 供应商与Integrator Systematix合作，以创建一个唯一的机器人单元格
• 安装三种不同的川崎R系列机器人型号:RS005N, RS010N和RS080N
• Matrox成像软件和LMI定位器正确识别225种零件类型

这种每螺母板安装39秒的过程始于操作员将225个可能部件中的一个装上一辆小车，并将部件编号输入人机界面(HMI)，该界面将工作编号传递给机械臂和可编程逻辑控制器(PLC)。第一款机器人是川崎RS080N，在一个通用框架上配备了三个手臂末端工具和一个扫描仪，因此不需要更换工具。RS080N通过三维视觉扫描三个不同的零件特征来确定零件位置。利用收集到的数据，机器人相应地调整其头部，以确保零件在正确的平面上对齐。

在零件对齐之后，RS080N机器人的钻头臂端部臂（eoat）夹持该部件，然后钻头和埋头孔两个铆钉孔进行螺母安装。然后，RS080N释放特征并旋转臂以从铆钉滑动工具中的四个可能的长度和两个特定间距之一来检索正确的铆钉。

虽然RS080N正在检索铆钉，但RS010L机器人拾取螺母，并使用视觉相机来验证28个可能类型的正确螺母。从这里，机器人将铆钉放在螺母定位工具上。相机在将螺母放置在工具上之前执行视觉检查，以确保清楚地接收新的螺母。

然后机器人将螺母板放置在转盘上，RS005N机器人可以涂密封胶，这是客户要求的，通过封装螺母板和铆钉组合来确保耐腐蚀。RS005N机器人在此过程中会进行两次视觉检查:一次是在涂密封胶前，检查螺母板位置是否正确;另一次是在涂密封胶后，检查密封胶是否正确。

从这里，转盘旋转，所以RS010L可以拿起完整的工具包，其中包括螺母板和螺母板定位工具。RS010L机器人扫描之前由RS080N扫描的相同的三个部件特征，以确保正确的平面对准安装，并在定义的特征处抓住部件。当RS010L机器人将零件固定到位时，RS080N机器人进入区域，两个头部结合- RS080N机器人的铆钉真空头将铆钉放在RS010L机器人的头部内，后者将铆钉安装到零件中。

安装铆钉后，RS080N将拉回，机器人头单独。RS010L安全地释放零件并旋转以掉落脏工具，RS080N旋转到正确的位置以压接铆钉，完成该过程。

传统上，这个应用程序应该被分割成几个单元格。然而，由于预算限制和有限的空间，整个组装过程被压缩到一个单元。起初，这似乎是不可取的，但这个细胞的紧凑设计产生了一个完全完成的坚果板，没有工作在进行中的工作站，这最终会减慢生产。

集成商支持

由于机器人在航空航天制造中使用了这么常见，所以供应商与积分商，Systematix合作。他们帮助设计了一种适应性的长期解决方案，可以满足循环时间要求，同时识别多种配置中的不规则部分类型。为了解决这个多方面的项目，Systematix的视觉专家使用复杂的弯曲部分来开发和测试机器人序列以定位多个安装点。然后，加入钻孔和铆接工具。

视觉、精度和速度

在整个这个复杂的过程中，您可能会发现一个共同的主题：3D视觉的重要性。Matrox成像软件和LMI定位器在本申请中发挥着重要作用，这需要机器人正确识别225件式款式，28个不同可能的螺母板配置，所有这些都可以安装在两个不同的间距。供应商选择了Kawasaki机器人，因为开放的架构和能够处理更高级流程。

“我几乎触动了几乎每个机器人的手臂......我喜欢kawasaki的一个原因是易于与这些程序，特别是语言，”p.j.说。“这是我们使用Kawasaki的推动力之一。”

这个应用程序有许多独特之处，其中之一就是机器人之间工作的密切程度。RS080N和RS010L机器人的头部必须在不碰撞的情况下连接——如果没有高度可重复和可靠的机器人，这一动作是不可能实现的。川崎的R系列通用机器人符合这一标准，随着载荷的增加(3公斤到80公斤)，重复性从±0.02毫米到±0.06毫米不等。

“武器很结实;他们不会走神，”项目负责人pj说。“武器必须非常精确地定位，我们在这方面没有遇到任何问题。他们非常精确。”

在开发该系统时，SYSTEMATIX利用了川崎重工的硬件和软件安全选项cube - s，以确保机器人头部在安装铆钉时不会发生碰撞。使用该软件，集成商为机器人创建了避区，以防止与围栏或其他设备相撞。

这些机器人的高速能力也帮助供应商提高了吞吐量。轻量化的手臂和高输出，高转速电机提供行业领先的加速度和高速运行。加速速率自动调整，以适应有效载荷和机器人姿态，以提供最佳性能和最短的周期时间。

结果

• 循环时间减少26秒
• 实现了97％的一致性
• 操作员的数量从3个减少到1个
• 细胞创建完全完成的部分 - 无需工作内容

自安装以来，供应商首先经历了自动化的好处。速度缩短了缩短的循环时间，增加了产品一致性和减少的人力帮助他们达到了从头开始的成本和增加的生产目标。

通过消除Alodining，自动化也简化了螺母板组装过程。当用手削铆钉时，操作员必须使用Alodine^®，一种防止铝腐蚀的化学薄膜，以保护零件。现在，供应商不再需要花时间去申请材料和Alodine的数量^®他们不得不减少购买。

但当被问及他们在哪里看到了最大的进步时，pj毫不犹豫地提到了一致性。经过一年多的生产，该细胞几乎消除了部分不一致。他们已经达到了97%的一致性——这个数据通过节省成本和时间极大地影响了他们的底线。

“现在我们正在增加我们的生产时间（机器人电池）......现在正常运行24小时，我们依靠它来获得我们需要的生产数字，”P.J.说。“现实是我们依靠机器人单元 - 这是现在过程的主要部分。”