自動化是電動交通的背後推手
電動汽車是未來的主要趨勢,因為運行安靜平穩,使用可再生能源的比例不斷增加,有助於減少
二氧化碳排放量,並降低維修和維護成本。據估計,目前全球有超過 2700 萬輛插電式混合動力汽車和電動汽車在路上行駛。多數大型國家計畫在 2030 年至 2035 年間減少內燃機車型登記數量,故上述數字還會大幅增加。
KUKA 很早就意識到電動汽車的潛力,自 2014 年以來,我們不斷地改良產品組合,以因應汽車電子元件製造業的特殊要求。位於德國阿爾高地區肯普滕(Kempten)的
Liebherr-Verzahntechnik GmbH(利勃海爾齒輪加工技術有限公司)如今也從中受益。以機器人為輔助,這家公司設計出一個應用方案,可以為電動汽車製造商及其供應商提供更多的安全性和實現更高的生產力。畢竟,一輛電動汽車沒有電池,就等於人類沒有心臟。
另一種方法則是使用插拔式模組連接器。來自德國阿爾高的公司與
KOSTAL Kontakt Systeme GmbH 合作,並在機器人的協助下開發了一種創新製程,用於軟電纜插拔式模組連接器的自動化組裝。
KOSTAL 的插拔式模組連接器非常靈活且具有絕緣效果,可防止人員意外接觸帶電部件;即便電纜具高彈性,仍然能夠自動插入——兼具所需的靈活性和必要的循環時間。
專業人員的短缺推動自動化向前發展
為了滿足汽車產業多方面的要求,例如循環時間、數量、品質和生產成本,電池製造過程中的大部分技術步驟已經完全自動化。此外,專業人員的短缺也強烈推動了自動化趨勢。願意承擔這種單調、體力負擔高、同時又高要求的任務的專業人員越來越少。來自德國呂登沙伊德(Lüdenscheid)的 KOSTAL Kontakt Systeme GmbH 公司自 1938 年以來致力於生產和銷售汽車工業用的連接器。這家公司意識到這塊市場仍然空白,因此開發了一種同時適合手動和自動化插拔連接器。KOSTAL 開發團隊負責人 Martin Wolter 表示:「安全性在這裡非常重要——這裡所處理的是高壓觸點,因此必須防止意外接觸。這類似於插座,它的觸點也受到保護來防止手指意外觸碰。不同之處在於車輛中的連接器會受到振動以及高溫和低溫的影響。」
自動化系統產品經理 Viktor Bayrhof 表示:「這是一個雙贏局面。作為最近才加入電池組裝領域的新角逐者,我們找到了獨特的賣點,而 KOSTAL 也找到了能夠實現產品自動化的夥伴。」這家公司十多年來一直與 KUKA 密切合作。三家公司開始合作,僅僅一年半後,新的機器人工作單元就在斯圖加特的電池展上展出。
加工軟零件需要最佳解決方案
用機器處理軟性零件仍然是現今組裝任務中的一個主要挑戰:例如,機器人很難抓住會向任何方向扭曲的彈性電纜。
以 KR CYBERTECH nano ARC HW 為基礎,開發出一款特殊夾爪,可以從泡殼中取出電纜。由於泡殼裡的電纜事先沒有精確地放在一定位置,因此此處採用 2D 攝影機,以便準確找出高彈性軟電纜上的夾持位置,並將電纜末端的模組連接器精確定位在連接器對應件的上方。
彈簧組提供恰到好處的力量
由於連接器必須小心處理,因此將插接過程去耦以確保順利運行。一個彈簧組負責控制傳輸到連接器和連接器位置保證(CPA)的力。接著,氣缸將連接器壓入連接器配對件中。這個彈簧組件會受到加壓,直到達到 70 牛頓米的力矩並觸發終端位置感應器。同時,彈簧承載的鎖定銷將 CPA 向下推。如此會使 CPA 鎖定,連接器牢固插入,夾爪便可以再次向上移動。與其他自動化專業供應商相比,Liebherr-Verzahntechnik GmbH刻意不使用嘗試錯誤法來解決軟電纜的插接過程,因為每一個動作都必須一次到位。因為該技術需適合量產,並且必須能夠滿足嚴格要求的循環時間。結果證明,這非常有效:系統的循環時間比規定的 17 秒更短,交出了 11 秒的佳績。
Liebherr-Verzahntechnik GmbH利用軟體 KUKA.RoboTeam 使兩支機器手能夠像人類手臂一樣,在主控制器-從站-運作模式之下完美合作。如此一來,機器人可以處理不同的電纜長度和插接位置,並補償位置公差。內建影像識別系統有助於確定插槽的確實位置。該解決方案不僅可用於電接觸,還可用於電池生產中的其他彈性組件,例如電池管理系統(BMS)和電池管理控制器(CMC)之間資料線的自動插接過程。
電池組組裝領域的新合作夥伴關係前景無限
KUKA專家已為此做好準備,其產品組合中擁有 ESD 保護機器人,以及經過無塵室和乾燥室認證的機器人。Liebherr-Verzahntechnik GmbH的 Viktor Bayrhof 也持類似觀點。「高壓電池系統是電動汽車中最昂貴的組件,」Bayrhof 說:「為了以符合經濟效益的方式大量生產這些電池,自動化扮演著關鍵角色。」這三家公司所開發的解決方案即使在動盪時期也能確保公司的競爭力,並能夠長期掌握製造過程——包括軟性零組件。