使用機器人推動電動汽車發展并生產電池的安全閥

電動汽車的繁榮發展導致其對電池和電池部件的需求激增。總部位于科爾恩塔爾-明欣根（鄰近斯圖加特）的汽車配件供應商 Hugo Benzing 生產電池防爆片等組件，也感受到了這種影響。若電動汽車發生過熱的問題，安全閥會降低電池中的壓力，從而大大提高電動汽車的安全性。安全閥的生產面臨挑戰且高度同步化，因此，自動化解決方案是理想的選擇。

電動汽車日趨普及。電動汽車采用電力驅動，而電力可由可再生能源產生，如此即可減少二氧化碳排放，這是保護氣候的重要措施。科爾恩塔爾-明欣根的中型公司 Hugo Benzing GmbH & Co. KG 的決策者立刻意識到，電動汽車代表著勢不可擋的長遠發展趨勢。這家世界領先的安全元件制造商也意識到，自己的專業知識在電動汽車的制造方面大有可用。因此，安全專家開始致力于研發電動汽車電池用的防爆膜和防爆片。若電池中出現過熱問題，享有專利的安全閥可將壓力釋放到周圍的空氣中。通過防止電池中的壓力升高，這些安全閥就可確保電池乃至電動汽車的安全。

注重生產流程中的安全

要生產電動汽車電池的這種排氣閥，必須在整個生產流程中持續進行質量控制，以滿足安全要求。閥門由三部分組成，在 Benzing 的自動化生產單元中完成組裝。“我們最初是手工生產這種閥。”總經理 Christian Benzing 回憶說。然而，沒多久他們便認識到，汽車行業對這些電動汽車排氣閥的需求將大幅增長。

科爾恩塔爾-明欣根的汽車配件供應商 Hugo Benzing 采用自動化流程生產電動汽車鋰電池的安全閥。

“所以，我們需要高產量。”Benzing 表示。只有借助自動化才可以實現產能飛躍。此外，現在可根據明確的已編程流程，并采用先進的技術實現安全檢查的標準化。這正是機械工程和自動化公司 WAFIOS Tube Automation GmbH（位于黑森林區的西蒙斯瓦爾德鎮）的專家大展拳腳的領域。

每年生產兩百萬個安全閥

“我們在 2019 年 10 月收到了首個自動化工作單元的訂單。第二年，該工作單元就在科爾恩塔爾投入運行了。”WAFIOS Tube Automation 的總經理 Boris Kühn 回顧起此類工作單元的早期發展時說道。自 2023 年以來，兩臺大致相同的工作單元已投入使用，每年共計可生產兩百萬個安全閥。每個單元中六臺 KUKA 機器人協同工作。KR AGILUS 機器人采用三種單獨的部件組裝排氣閥：支座、彈簧和鎖定件。

機器人還可 360 度旋轉。所進行的精確計算可確保機器人在工作流程中不發生碰撞，這些已根據定義的順序進行編程。各個機器人放置和拾取單個部件的轉移站是其中的關鍵。連續執行拾放任務可保證工作單元的不間斷工作。

模塊化設計成就了工作單元的可移動優勢

WAFIOS Tube Automation 選擇奧格斯堡的機器人專家 KUKA 的機器人來完成 Benzing 訂單有兩個原因：首先，自 2013 年以來，該自動化專家一直是 KUKA 的系統合作伙伴；其次，Benzing 以前依賴 KUKA 來執行其他自動化流程，并擁有非常積極的合作體驗。工作單元的尺寸為 7 × 5 米，可高速執行許多不同的流程。這要求一種快速、精確且設計緊湊的小型機器人。最終決定為每個工作單元配備六臺高度精確且專為極高工作速度設計的 KR AGILUS。除了機器人的多用途外，整個系統也具備移動性。該系統不會被限制在工廠的固定位置，而是安裝在三塊鋼板上，能毫不費時地整體重新安放到新位置。“由于總是需要調整生產流程，這一優勢無疑讓我們大獲裨益。有了這樣的移動解決方案，我們再也不必面對代價高昂的停產時間。”Christian Benzing 表示。

機器人將移動單個部件通過工作單元

Benzing 采用三班制生產電動汽車的電池安全閥。員工通過堆垛系統將支座送入系統，從而啟動自動化生產流程。KR AGILUS 將拾取一個支座，并送至光檢點，通過圖像處理攝像頭執行檢測。這些攝像頭是檢測流程的重要組成部分。在支座之后，將送入的彈簧，彈簧在使用前也會經過測量。最后，將提供和檢測鎖定件。如果部件有缺陷，KR AGILUS 會將其分揀到專用的盒子中。

機器操作員隨時都可進行干預

在檢測所有組件后，機器人就會將它們轉移至組裝站。“在那里會使用高頻超聲波來焊接組件。”WAFIOS Tube Automation 的另一位總經理 Dietmar Dengler 解釋說。所產生的蒸氣會被抽走，以保護員工。然后，一臺機器人會將焊接好的部件轉移至去毛刺站，以去除焊接殘留物。該位置還集成了另一個測試站。如果完成的組件符合要求，便在一個氦氣室中進行密封測試。“如果一切正常，便對組件進行激光刻標，然后下線。”Dengler 表示。在生產流程中，如果操作員認為有必要，還可要求對單獨的組件進行檢測。一旦完成所有的自動化生產步驟，操作員就可取下造好的安全閥成品。

抓手要求最高精確度

事實證明，機器人用于拾取和放置單個精密部件的抓手是一大挑戰。“如果握得太緊，彈簧的 6 個臂桿會彎曲。”Dengler 解釋道。但是，WAFIOS Tube Automation 的專家熟悉抓手工具的此類要求，并針對組裝單元進行了自主開發。通過單一面板就能操作系統和六臺 KR AGILUS 機器人的綜合控制系統也是內部開發的，并且多年來得到客戶的青睞和廣泛使用。“操作員只需對控制系統進行編程，無需具備任何機器人知識。”Kühn 強調說。

Christian Benzing（中）以及兩位總經理 Dietmar Dengler（左）和 Boris Kühn（右）選擇了 WAFIOS Tube Automation 來實施自動化解決方案

要成為該領域首屈一指的供應商，我們必須完全掌控相關流程。只有通過自動化，我們才能得償所愿。

Hugo Benzing GmbH & Co. KG 總經理 Christian Benzing

Hugo Benzing GmbH & Co. KG 的員工對自動化系統很滿意。得益于他們的“機器人同事”，員工們現在擁有更多的資源來從事其他生產活動。此外，由于組裝流程的復雜性、繁多的測試流程以及產量的劇增，以手工方式生產安全閥已行不通。因此，該公司對電動汽車持續的大規模普及做出了巨大貢獻。