CNS 14716-2003 Manipulating industrial robots － Application oriented test－ Spot welding《工业用机器人－应用上之测试－点焊》.pdf

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1、1 印月9410月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 工業用機器人 應用上之測試 點銲 經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 924月8日 月 日 14716 B8019 ICS 25.040.30, 25.160.30 （共26頁） Manipulating industrial robots Application oriented test Spot welding 目 1. 適用範圍 1 2. 測試法 1 3. 與實際應用之誤差 3 4. 測試裝置之規格 3 5. 測試步驟 6 6. 應用機器人控制器調整之規範 8 7. 測試報告 9 附1 13 附2

2、 14 附3 15 附4 16 附5 17 附6 18 附7 .20 附8 21 考1 .22 考2 24 2 CNS 14716, B 8019 1.適用範圍：本標準適用於以點銲運動過程之順序來取代一般點銲的應用，並以循環 時間來評估點銲之性能。它提供了一標準格式，以使測試結果報告有一致性。 2.測試法：此測試之目的為評估循環時間的性能。選定之循環時間測試法包含規定之位置之序列，參照表 1。 表 1 測試法概述 測試法 說明 測試法 1a（測試板） 量測序列 1 之 1 量測序列 1 之 2 適用於大方位變動 適用於短距離的運動 測試法 1b（測試板） 量測序列 1 之 1 量測序列 1 之

3、 2 如 1a 測試法，但僅適用於機器人不能達到所有測試姿勢時 測試法二（測試樑） 量測序列 2 之 1 適用於長距離的運動 本標準所規定之測試法係用來支援 CNS 14491 工業用機器人之性能準則及相關試驗方法 所規定之測試法。 CNS 14491 文中規定適用於點銲用機器人之性能測試如下： （ 1）單方向姿勢準確度。 （ 2）單方向姿勢重現性。 （ 3）距離準確度。 （ 4）距離重現性。 （ 5）姿勢穩定時間。 （ 6）姿勢超越量。 （ 7）姿勢特性之漂移。 （ 8）最短定姿時間。 （ 9）靜態順從性。 使用者必須決定採用那些性能測試及測試法以達到其特殊測要求。 CNS 14491中所規

4、定之測試條件必須應用於這些測試法中。在每一個位置之銲接時間以 0.6秒之延遲來模擬，機器人在這些延遲過程中不得運動。 2.1 測試法一：本測試規定兩種不同的量測序列，其細節說明於第 5.3 節。量測序列1 之 1 適用於有大方位改變之測試，而量測序列 1 之 2 則適用於短距離運動之測試。 2.1.1 測試法 1a：本測試必須配合第 4.1 及 4.3 節中所規定的測試板與測試工具，並與第 5 節所規定的測試步驟一致。本測試法適用於機器人能到達所有測試點的場合，否則必須使用測試法 1b。 2.1.2 測試法 1b：當機器人不能到達到所有測試位置時，以測試法 1b 取代測試法1a。測試板必需置於

5、相對於機器人之最佳位置及角度。量測的序列與測試 3 CNS 14716, B 8019法 1a 相同。 2.2 測試法二：測試法二為衡量機器人攜帶測試工具在兩測試姿勢間作長距離運動之性能，此方法只有一個量測序列，參照第 5.4 節。本測試必須配合第 4.2 及4.3 節所規定的測試樑及測試工具並與第 5 節所規定的測試步驟一致。 3.與實際應用之誤差：與實際應用上之誤差包括： （ 1）點銲槍由特定的測試工具及量測裝置（如光感應器）所取代。 （ 2）銲接時間以一以程式設定之固定時間延遲來模擬。 （ 3）在測試過程中不使用銲接電流。 （ 4）不安裝冷卻水及空氣之導管、銲接電流及信號之傳輸電纜等，此

6、表示這些裝置所引起之反作用力在測試過程中均未被考慮。 （ 5）如參考 1 點銲作業之（ 4），手推式點銲不包含在這個測試之中。 （ 6）如參考 1 點銲作業之（ 5），固定式點銲槍不包含在這個測試之中。4.測試裝置之規格 4.1 測試板：使用於 1b 之測試板必須依附錄 1 所提供之圖面製作。圖顯示已組合完成之測試板。此測試板上裝有與其表面垂直之凸緣及人必須依第 5.3 節所述之程序通過這些障礙。凸緣上每一個規定之測試位置上必須有一直徑為 2 mm 的孔。在測試法 1a 中，測試板的四邊必須與機器人坐標系統之 X-Y 軸平行，參照圖 2。測試板之中心必須在 X-Z 平面上。測試板中心必須盡可能

7、接近 CNS 14491 所定義立方體之中心點，以使測試工具能到達所有測試點，測試板中心之坐標值必須記錄在測試報告中。在測試法 1b 中，測試板可置於使機器人能發揮最佳效能之位置及方位。測試板之位置坐標（測試板中心點及測試位置 w5 和 w6）必須記錄在測試報告中。 圖 1 測試板 目標凸緣 B（ 一片 ）測試凸緣障礙 B 障礙 A凹槽凹槽 目標支撐 測試凸緣 A 目標支撐 11a 及測試法障礙。機器A 4 CNS 14716, B 8019 圖 2 測試板及附測試工具之機器人 5 CNS 14716, B 80194.2 測試樑：使用於測試法二之測試樑必須依附錄 2 中之圖面製作。在測試 法

8、二中，測試樑必須置於附錄 2 所示測試板位置上。測試樑必須附有一凸緣，使其能被垂直固定於測試板上。在凸緣上之每一測試位置必須有一直徑為 2mm 之孔。測試樑之中心必須在 X-Z 平面上，參照圖 3。測試樑中心必須盡可能接近 CNS 14491所定義立方體之中心點，使測試工具能到達所有測試點。測試樑中心點之坐標必須記錄在測試報告中。 圖 3 測試樑及附測試工具之機器人 6 CNS 14716, B 8019 4.3 測試工具：測試工具包括固定測試負載之夾具以及光感應器，如圖 4 所示。光感應器是用來模擬銲接電極之方向。測試工具之總質量必須為 30、 60、 80、 100或 120 公斤。測試時

9、應取機器人額定負載許可範圍內之最大負載。圖 4 及表 2規定測試工具及其負載和工具中心點之偏移量。光感應器之光束應具平行之特性，在接收端之光束直徑不得超過 0.5 。圖 4 測試工具圖上之箭頭符號對應於測試板及測試樑上所顯示之方位。參照附錄 3、 4 及 5。 圖 4 測試工具 測試負載 (kg) 30,60,80,100,120 340 5.測試步驟 5.1 量測原理：圖 5 顯示一般量測之原理。當機器人到達規劃之區域時，它所接收到的第一個信號必須是由機器人控制器所發出之到達姿勢信號。下一個接收的將是由光感應器所發出光束於孔內之信號。任何大於孔直徑之機器人振盪必須顯示於圖中。當機器人開始運動

10、及光束於孔外之信號同時出現時，即表示點銲過程結束。驅動停止信號之時間總和必須於測試結果中報告。此時間總和為所有姿勢介於到達姿勢及機器人開始運動信號間之時間累積。 額外負載 重心光束 機械式介面340 5 50 320 100 30kg60kg80kg單位： mm 單位： kg 表 2 測試負載及偏移量 偏移量 (mm) 重心 光束 軸向 徑向 軸向 徑向 100 340 320 100kg120kg 7 CNS 14716, B 8019圖 5 量測原理 5.2 時間量測：規劃程式時應令機器人在每個測試姿勢停留，使光感應器所發出光速於孔內之信號至少持續 0.6 秒。 5.3 1a 及測試法 1

11、b 之程序： 1a 及測試法 1b 中測試工具之方位示於附錄 3 及 5 中。注意每個姿勢皆要遵守箭頭所示之方向。光束必須垂直於凸緣（ 5）且必須在測試孔之內。測試工具之起點為 Pstart w1+(0 , 0 , 200) mm，並由輸出、入介面發出啟動信號至機器人及記錄裝置。 （ 1）量測序列 1 之 1 （大方位變動） Pstart w1 Repeat w2, w3, w4, w8 ; 3 times w1 Pstart （ 2）量測序列 1 之 2 (短距離運動 ) Pstart Repeat w2, w9, w10, w20, w2, w20, w19.w9; 3 times, Ps

12、tart 當機器人在最後一規劃位置 Pstart 停止時，應經由輸出介面發出停止信號至記錄裝置。測試工具必須由 z 方向（向上運動後由其上方經過）經過障礙物 A，而障礙物 B 則須沿 xy 平面運動時經過（由 w1 邊之障礙物參照附錄 3。 5.4 測試法二之程序：測試法二測試工具之方位示於附錄 4。注意每個姿勢皆要遵守穩定時間 孔內 孔外 到達姿勢驅動停止信號時間 機器人控制器 光感應器信號 突緣 超越量機器人啟動 2mm 2 0.5mm Min 0.6s 50mm 繞過） ， 8 CNS 14716, B 8019 箭頭所示之方向。光束必須垂直凸緣（ 5）且必須在測試孔之內。測試工具之起點

13、為 Pstart w1+(0 , 0 , 200) mm，並由輸出、入訊號介面發出起啟動訊號信號至機器人及記錄裝置。 （ 1）量測序列 2.1 （長距離運動） Pstart Repeat wb1wb10 ; 3 times Pstart 當機器人在最後規劃位置 Pstart 停止時，應經由輸出訊號介面發出一停止訊號信號至記錄裝置。 6.應用機器人控制器參數調整之規範 6.1 機器人控制器參數：機器人控制器之參數，必須設定在點銲機器人製造商所推薦之值。其過程及設定必須在測試結果中報告，以供重覆測試之用。測試報告中須說明，機器人控制器之參數是否與 CNS 14491 中基本測試之參數相同。 6.2

14、 程式結構：需要提出報告之數據需在第 7 節測試報告中列出。測試程式之結構，程式中之常數及模式（姿勢至姿勢之控制或線性控制）必須在測試結果中報告。測試程式必須可逐步執行。使用之程式寫法與規範手冊不同時，必須在測試結果中說明。 9 CNS 14716, B 80197. 測試報告：測試結果必須以下列方式描述。 機器人 控制系統 製造商： 類別： 型號： 序號： 架設方位：（比如地板、牆上、天花板） 軟體版本： 系統參數是否與 CNS 14491 中基本測試之參數相同：是 / 不是 測試工具質量： -公斤 測試地點： 測試類別：以第 4.3 節中之測試工具測試或以附錄 6 之第 3.2 節中之測試

15、槍測試 備考：因測試條件不同，兩種測試方法所得之結果不能拿來比較 測試環境 大氣溫度 : 不正常情況 : 10 CNS 14716, B 8019 測試法 1a： 循環時間 序列 1 之 1: 循環時間 序列 1 之 2: 測試板中心點位置 驅動停止信號之總時間 程式之常數（變數、工件架構、工具中心點等） 程式模式：如手控、線性或顯性等 電氣連接及通訊 程式列（邏輯包含位置及程式設計理念之解釋） 系統常數 必須備有序列 1 之 1 和 1 之 2 測試過程之錄影帶 光感應器、時間記錄儀器及信號類別（如有使用）之描述 模擬點銲設備之描述，比如變壓器之質量及位置（如有使用）意見 秒 秒 Xmm Z

16、.mm .秒 . 11 CNS 14716, B 8019測試法 1b： 循環時間 序列 1 之 1 循環時間 序列 1 之 2 測試板中心點位置 位置 w5 位置 w6 不能達到位置之號碼 驅動停止信號之總時間 程式之常數（變數、工件架構、工具中心點等） 程式模式：如手控、線性或顯性等 電氣連接及通訊 程式列（邏輯包含位置及程式設計理念之解釋） 系統常數 必須備有序列 1 之 1 和 1 之 2 測試過程之錄影帶 光感應器、時間記錄儀器及信號類別（如有使用）之描述 模擬點銲設備之描述，比如變壓器之質量及位置（如有使用） 意見 秒 秒 X.mm Y.mm Z.mm X.mm Y.mm Z.mm

17、 X.mm Y.mm Z.mm .秒 . 12 CNS 14716, B 8019 測試法二： 循環時間 序列 2 之 1: 測試樑中心點位置 驅動停止信號之總時間 程式之常數（變數、工件架構、工具中心點等） 程式模式：如手控、線性或顯性等 電氣連接及通訊 程式列（邏輯包含位置及程式設計理念之解釋） 系統常數 必須備有測試過程之錄影帶 光感應器、時間記錄儀器及信號類別（如有使用）之描述 模擬點銲設備之描述，比如變壓器之質量及位置（如有使用）意見 秒 X.mm Z.mm .秒 . 13 CNS 14716, B 8019附錄1 測試板藍圖重心單位：mm 14 CNS 14716, B 8019

18、附錄2 測試樑藍圖單位：mm 15 CNS 14716, B 8019附錄3 測試法一之測試姿勢板中心 16 CNS 14716, B 8019 附錄4 測試法二之測試姿勢 17 CNS 14716, B 8019附錄 5 測試工具之方位 板中心 心 18 CNS 14716, B 8019 附錄 6 （參考） 以銲槍取代光感應裝置之點銲測試法 1.概論：本附錄所提供之測試法可以將本標準所規定之基本測試步驟，延伸到更接近點銲作業之實際狀況。本方法與第 2 節所規定之標準測試法之區別如下： （ 1）本測試法包括測試機器人控制銲槍打開和閉合之能力。 （ 2）本測試法考慮到機器人接觸工件之反作用力。

19、 （ 3）本測試法在規劃程式時考慮到銲接條件。 （ 4）本測試法所得之結果不能以標準測試法之要求去作細節評估。 執行此替代方法之大部分測試步驟與標準測試法之步驟相同。 2.測試法與實際應用上之差別。 （ 1）銲接時間是以壓力閥啟動之固定時間來模擬。 （ 2）銲槍上裝有一個專為本測試法所設計之均衡系統（如不使用標準銲槍時） 。 3.測試儀器之規格 3.1 測試板及測試樑：凸緣上之孔必須以一圓圈取代，其直徑比電極尖端直徑大 4 mm。凸緣間必須可置換，而且在每次量測序列中必須置換位置。力量限制如第4.1 節。 3.2 測試槍 :本測試必須使用標準點銲槍或是特別設計之測試槍。特別設計之測試槍本體設計

20、必須相同，但有五種不同之質量（ 30, 60, 80,100, 120 kg ）。測試時必須使用在機器人額定負載範圍內最重之測試槍。附錄 7 規定有三種測試槍及其負載和工具中心點之偏移量。如果需要時可使用一接裝板將測試槍架在機器人上。使用接裝板時必須在測試結果中說明。附錄 8 銲槍圖中所示之箭頭對應於測試板及測試樑上所標示之方位。銲槍閉合時間加上電極達到所需力量之時間必須是 0.300.05 秒。銲槍開啟之時間必須為 0.200.05 秒。銲槍開啟之間隙必須為 50 mm。電極力必須為 2.0 kN。單一行程所需之閉合及開啟時間在測試前必須先檢查及校準。如果這些時間規範無法達到，則閉合及開啟時

21、間之影響必須在測試結果中說明。 圖 1 銲槍電極運動之位移 C+D = 銲槍閉合以及達到規範之電極力量所需之時間（ 0.300.05 秒） C+D+E+F = 驅動閥動作之最短時間 0.60 秒（須在測試結果中報告） G+H = 銲槍開啟之時間（ 0.200.05 秒） 位移 銲槍閉合 時間 19 CNS 14716, B 80194.量測程序之描述 4.1 力量限制：機器人與目標凸緣間之允許最大作用力為 150N，此作用力必須平行於測試板之板面。平行於板面方向之最大容許板位移為 1.0 mm。電極端之挾持點不得落在圓圈之外。 4.2 時間之量測 :必須使用由電子信號啟動之時間量測裝置。 4.

22、3 測試法 1a 及 1b: 採用測試法 1a 及 1b 時，測試槍之方位必須與標準方法（參照附錄 3 及 5）之規定相同，每個姿勢均需注意箭頭所指之方向。閉合狀態電極之端點必須垂直於凸緣（ 5），且必須落於標示圓圈之內。由輸出入信號發出一起動信號給予機器人及時間量測裝置。到達最後規劃位置 Pstart 後，機器人發出一停止信號給予時間量測裝置。 4.4 測試法二：採用測試法二時，測試槍之方位必須與標準方法之規定相同（參照附錄 4）。在每個姿勢均需注意箭頭所指之方向。閉合狀態電極之端點必須垂直於凸緣（ 5）且必須落於標示圓圈之內。由輸出入信號發出一起動信號給予機器人及時間量測裝置。到達最後規劃

23、位置 Pstart 後，機器人發出一停止信號給予時間量測裝置。 5.測試報告：測試結果報告之格式必須與標準方法相同，但須將每一銲點驅動閥動作時間加在表格內。驅動閥動作時間（ C+D+E+F）參照本附錄圖 1 之規定。 20 CNS 14716, B 8019 附錄7 一般測試槍尺度重心重心均衡裝置需配合槍之托架測試槍之質量應為30kg可附加配重至,60,80,100,120kg重心重心測試槍之質量應為可負加配重30kg,60,80,100,120kg內徑100行程 50雙動氣壓缸ISO5830型式之電極帽測試槍之質量應為30kg，可附加配重至60、80、100及120kg重心重心CNS 144

24、86工業用機器人之機械式介面圓形介面（A式）均衡裝置需配合槍之托單位：mm 21 CNS 14716, B 8019附錄 8 測試槍方位（參考） 板中心 22 CNS 14716, B 8019 參考 1 點 銲作業：點銲用機器人是用來接合金屬板（例如在汽車工業上之應用），典型金屬板厚度為 0.5 mm 至 2.0mm。點銲是在機器人不移動時才進行。銲點間之距離一般是在 40 - 500 mm 的範圍內。銲點通常被成組的擺在一起，銲槍在這些組間運動時其方位有較大之改變。 點銲用機器人通常有 50 kg 至 150 kg 間之額定負載，額定負載較低之機器人亦可以被使用。機器人使用的點銲槍一般都配

25、有均衡系統來減少機器人與銲接凸緣的破壞，此均衡系統能處理機器人性能，金屬板位置及電極端長度之差異。 一般點銲裝置可為下列中之任一項配置： (1)點銲槍，質量：30- 120 kg，裝置在機器人上 。 變壓器（ 35-200 kVA）質量 (50-100 kg)，裝置在牆上、天花板或放置在地板上並以不妨礙工作之電纜接到點銲槍。 (2)點銲槍（質量 30-120 kg），裝置在機器人上 。 變壓器（ 35-200kVA）質量（ 50-200 kg），裝置在機器人手臂上並以共通導管（電流、水，空氣）或不妨礙工作之電纜接到電銲槍。 (3)附變壓器之點銲槍質量 (50-150 kg)，裝置在機器人上。

26、變壓器（ 20-80 kVA）。供應（電流、水、空氣）之導管以沿著機器手臂或懸掛在上方之方法供給。 (4)具一單獨電極之推移式點銲槍質量（ 10-30 kg），配置在機器人上。 第二個電極為靜止。 (5)固定式點銲槍，此點銲槍為固定而是由機器人將操作銲接物件就點銲槍。 銲接的控制器裝置在遠端或整合在機器人的控制器上。圖 1 顯示點銲時典型的聯繫時序。 銲接參數是依變壓器與點銲槍間連接之電纜的品質、金屬板的數量及材料，電極及銲接品質的要求等而設定。點銲用機器人的特別要求為在短距離間迅速移動的能力、能迅速的調整方位及在運動到達姿勢和控制點銲槍方面有良好的性能。為了得到較短的循環時間，能產生平順運動

27、亦相當重要。機器人的點銲會受到靜態與動態力的影響，這些力將會影響到工件的品質，故在循環時間之最佳化時應考慮到這些力量。機器人必須能承受將電流、水及空氣）輸送到點銲槍時（如經由不妨礙工作之纜線）所產生的動態力。 23 CNS 14716, B 8019圖 1 點銲之聯繫時序 IA+B+C = 機器人運動及減速時間 B = 聯繫時間（機器人發出銲接指令到銲接計時器，處理輸出信號至驅動閥 以關閉銲槍） C = 從銲槍開始閉合至機器人減速至停止狀態之時間 F = 冷卻時間，通常是銲接電流清除後用來聯繫之用 C+D+E+F = 控制閥作動所需的時間（壓縮、銲接及冷卻時間） F+G = 聯繫及機器人延遲時

28、間 G+H = 銲槍開啟之時間 H+I = 機器人加速及運動時間 a = 機器人下銲接指令至銲接計時器 b = 啟動驅動閥以關閉銲槍 c = 機器人停止運動 d = 銲槍己關閉且已得到所需之電極力 e = 機器人開始準備下一動作 f = 驅動閥接到打開銲槍之命令 g = 機器人被允許開始運動 (當銲槍己打開到相當的程度 )， g 可以發生在 h 之後 h = 銲槍完全打開 銲槍行程之電極位移量 機器人運動階段 機器人運動階段機器人 運動速度時間銲槍運動階段 24 CNS 14716, B 8019 參考 2 1. 關鍵詞：點銲，機器人，循環時間，應用測試。 2. 中英文名詞對照表： 中文名詞

29、英文名詞 節次 凸緣 flange 4, 5.3, 5.4 光束 light beam 4.3, 5.1, 5.3, 5.4 光感應器 light sensor 3, 4.3, 5.1, 7 到達姿勢 attained pose 5.1, 5.2 姿勢至姿勢之控制 pose-to pose control 6.2 姿勢特性之漂移 drift of pose characteristics 2 姿勢超越度 pose overshoot 2 姿勢穩定時間 pose stabilization time 2 記錄裝置 recording device 5.3, 5.4 偏移量 offset 4.3

30、控制器參數 controller parameter 6,6.1 最小定勢時間 minimum positioning time 2 單方向姿勢重現性 unidirectional pose repeatability 2 單方向姿勢準確度 unidirectional pose accuracy 2 循環時間 cycle time 1, 7 測試工具 test tool 2, 3, 4, 5, 7 測試板 test plate 2, 2.2, 4.1, 7 測試負載 test load 4.3 測試槍 test gun 3.2, 4, 7 測試樑 test beam 2, 2.2, 4.2,

31、 4.3, 7 程式列 program list 7 程式模式 programming mode 7 距離重現性 distance repeatability 2 距離準確度 distance accuracy 2 量測序列 measuring sequence 2, 5.3 電極端 electrode tip 4.1 線性控制 linear control 7 銲接電流 weld current 3 銲接電極 welding electrode 4.3 點銲 spot welding 1, 5.1, 7 點銲槍 spot welding gun 3, 4 驅動停止信號 activated s

32、top signal 7 25 CNS 14716, B 80193. 英中文名詞對照表 英文名詞 中文名詞 節次 flange 凸緣 4, 5.3, 5.4 light beam 光束 4.3, 5.1, 5.3, 5.4 light sensor 光感應器 3, 4.3, 5.1, 7 attained pose 到達姿勢 5.1, 5.2 pose-to pose control 姿勢至姿勢之控制 6.2 drift of pose characteristics 姿勢特性之漂移 2 pose overshoot 姿勢超越度 2 pose stabilization time 姿勢穩定時

33、間 2 recording device 記錄裝置 5.3, 5.4 offset 偏移量 4.3 controller parameter 控制器參數 6,6.1 minimum positioning time 最小定勢時間 2 unidirectional pose repeatability 單方向姿勢重現性 2 unidirectional pose accuracy 單方向姿勢準確度 2 cycle time 循環時間 1, 7 test tool 測試工具 2, 3, 4, 5, 7 test plate 測試板 2, 2.2, 4.1, 7 test load 測試負載 4.3

34、 test gun 測試槍 3.2, 4, 7 test beam 測試樑 2, 2.2, 4.2, 4.3, 7 program list 程式列 7 programming mode 程式模式 7 distance repeatability 距離重現性 2 distance accuracy 距離準確度 2 measuring sequence 量測序列 2, 5.3 electrode tip 電極端 4.1 linear control 線性控制 7 weld current 銲接電流 3 welding electrode 銲接電極 4.3 spot welding 點銲 1, 5.1, 7 spot welding gun 點銲槍 3, 4 activated stop signal 驅動停止信號 7 26 CNS 14716, B 8019 引用標準： CNS 14491 工業用機器人之性能準則及相關試驗方法。 相關國際標準 ISO/TR 11032:1994 Manipulating industrial robotsApplication oriented testSpot welding. ISO 5830:1984 Resistance spot welding Male electrode caps.