EN
Основни компоненти на системите за заваръчни роботи и технически приложения в промишлеността
Ключови хардуерни елементи: манипулатор, контролер и заваръчен източник на енергия
Три основни хардуерни компонента съставят система за заваръчни роботи: манипулаторът, контролерът и източникът на електрозахранване. Манипулаторите могат да имат формата на роботизирана ръка, като най-често срещаната реализация е вариантът с шест оси. Тези компоненти включват сервоприводни стави и високоточни редуктори, които позволяват прецизно управление на движението. Тези ръце също могат да управляват тримерни заваръчни траектории, което ги прави изключително универсални при решаването на заваръчни задачи, свързани с голямо разнообразие от видове и размери на съединения. Контролерът управлява всички операции и е изключително чувствителен към промените, които настъпват по време на заваръчната операция. Той приема инструкции от вградени програми (или от учителски панели) и управлява роботизираната система, за да извърши заваръчните операции. Източникът на заваръчна енергия създава и поддържа заваръчната дъга, за да се изпълнят съединенията. По време на заваръчна операция той управлява газовата защита, скоростта на подаване на заваръчната жица, както и заваръчния ток и напрежение. При това се вземат предвид типа на съединението, дебелината и вида на метала, както и най-подходящата заваръчна техника за конкретното приложение. Комбинацията от тези компоненти създава изключително надеждно и автоматизирано заваръчно решение. Тези системи за заваръчни роботи се използват при производството на автомобилни сглобки и големи машини, конструктивни рамки и компоненти, както и при изпълнение на заваръчни задачи, изискващи висока степен на последователност и качество.
Интеграция на софтуер и периферни устройства: системи за зрение, сензори и интерфейси за безопасност
Съвременните фабрики се състоят от множество хардуерни компоненти и интелигентни софтуерни решения. Системите за визуално насочване, например, могат да откриват труднодостъпни съединения и да следват шевове, които постоянно се движат, чрез калибрирани камери и системи за разпознаване на ръбове. Тези системи могат да преизчисляват собствените си траектории автоматично и освобождават потребителя от необходимостта да го прави ръчно всеки път. Процесните сензори могат да предават информация за промени в нивата на напрежение и дъга, както и за измервания на топлина и ток към централния контролер. Този контролер е способен да внася промени в процесите за по-малко от секунда. Производителите също ще интегрират системи, които отговарят на изискванията на стандарти ISO 10218 и RIA 15.06 и спират движението на машината, за да защитят оператора, когато той се намира на определено разстояние от машината. Такива компоненти са светлинни завеси, специално сертифицирани PLC системи и резервни вериги за аварийно спиране. Проучване, публикувано миналата година в списание Journal of Manufacturing Systems, съобщи, че интегрирането на всички напреднали компоненти в една фабрика довело до производствен процес, при който броят на дефектите при заваряване намалил средно от 37 до нула, а фабриката работела по-бързо.
Важни съображения при избор на система за заваръчни роботи
Имайте предвид типа на съединението, дебелината на материала и очаквания обем на производството
Изборът на подходящата система изисква разбиране на спецификите на изискванията за заваръчното приложение. За заваръчни задачи като многопасови ъглови заварки или пазене на тесни зазори в канавки са необходими роботи, способни да извършват сложни движения и внимателни заварки. В същото време за производството на прости лапови заварки може да е достатъчен проста настройка. При материали с дебелина по-малка от 3 мм, за да се избегне пробиването им, може да се използва метод за намаляване на топлината, например импулсна GMAW заварка или комбинирано използване на заваръчен лазер заедно с друг процес. За секции с дебелина над 25 мм по-подходящи могат да бъдат заваръчни методи, които използват бързо запълване и движение в зигзаг. Обемът на производството също е значим фактор при вземането на решение. Производителите, които произвеждат повече от 10 000 единици на месец, може да намерят за икономически оправдано закупуването на високоскоростни 6-оси роботи, които включват функции за проследяване на шева и други автоматизирани възможности. От друга страна, производителите с по-малки обеми на производство, но по-голямо разнообразие от продукти, може да получат по-голяма полза от модулно и гъвкаво решение. Според последния брой на „Fabricators Journal“ от миналата година около 30 % от проблемите при роботизираната заварка се дължат на несъвместимост между формата на съединението и възможностите на робота. Поради тази причина е изключително важно още от самото начало да се уточнят реалните изисквания за заваръчното приложение.
Капацитет на товара, обхват и повтаряемост за прецизно заваряване
Капацитетът за товар трябва да отчита цялото оборудване, кабелите и прикачените инструменти. В зависимост от характера на работата, изискванията към товарния капацитет могат да бъдат около 5 кг за стандартни задачи по дъгово заваряване. Досегът определя обема на пространството, в което системата може да работи. Проектите по корабостроене обикновено изискват хоризонтален досег от 3 метра или повече, докато проектите, свързани с монтажа на компоненти – например работа върху автомобилни части, – изискват само 1,4–1,8 метра. Най-важният фактор е повтаряемостта, т.е. точността, с която роботът може да се връща в една и съща позиция с еднаква точност; спецификациите в това отношение могат да бъдат изключително строги. Приложения като аерокосмическата промишленост и производството на медицински устройства имат за цел допуски при производството от ±0,05 мм. Системите, които могат да поддържат термична стабилност при температура от 150 °C, също елиминират необходимостта от поправки поради термично отклонение. Според Доклада за производството от IMTS 2023 г., когато досегът и повтаряемостта са проектирани ефективно, нуждата от сложни фиксиращи приспособления намалява с 27 %, а броят на дефектите се намалява с 40 %.
Интегриране на система за роботизирано заваряване в производствения процес
Проектиране на клетка, приспособления и интеграция с ПЛК
Преди да започнете опитите за интегриране на заваръчните клетки, трябва да проектирате клетките въз основа на реалния работен процес. Уверете се, че сте планирали разположението си така, че около заваръчното работно пространство да има свободно място поне 1,5 пъти по-голямо от максималния обсег на робота ви. Това ще осигури съответствие с изискванията за безопасност и поддръжка според ANSI/RIA R15.06. Освен това ще улесни транспортирането на материали около работното пространство и ще предостави повече място за вашите техници. Топлинното разширение на приспособленията е голяма загриженост. Затягането на приспособленията за заваряване на алуминий и неръждаема стомана е прекалено силно и води до повечето, около 15 %, от заваръчните проблеми, според скорошното проучване FabTech 2023. За да бъде интеграцията успешна, ще трябва да решим въпроса за комуникацията с ПЛК. Повечето страни в света използват EtherCAT или Profinet, които осигуряват по-бърза комуникация между ПЛК, системи за машинно зрение и контролери на роботи. Тези протоколи също намаляват времето за настройка на задача за интеграция с около 40 % и увеличават общата ефективност на производствените линии.
Модулното фиксиране използва основни плочи и локатори, за да улесни бързата реконфигурация за различни семейства детайли
Един от начините за предотвратяване на грешки, който е приет, е използването на обратни връзки, които включват сензори. Пример е използването на индуктивни сензори, които могат да установят дали детайлът е на мястото си, преди да започне следващият работен цикъл
Интегрираното управление на кабелите включва маршрутизиране на електрозахранване, сигнали и газ чрез екранирани носители с намаляване на механичното напрежение, за да се намали електромагнитната интерференция (EMI) върху управляващите сигнали
Обучение на персонала и планиране на очаквания период за възвръщане на инвестициите от момента на завършване на пренареждането
За да бъде успешна роботизираната автоматизация, както човешките умения, така и подходящото оборудване са еднакво важни. Благодарение на обучението, което предоставяме на екипа за поддръжка и на заварчиците, те могат да извършват една от най-важните променящи процеса задачи в новия процес — да променят параметрите, за да оптимизират задачата и да диагностицират неизправностите в оборудването. Това обучение намалява времето за преход между различни операции до 30 %. При приложението на автоматизирана заварка очакваният възврат от инвестициите зависи от няколко фактора, включително очакваното намаляване на разходите за заваръчна работна сила с 75 щ.д. на човекочас, намаление на брака, постоянството в качеството на всички заварки на продуктите и възможността за проследяване на всеки продукт през целия производствен процес. Въз основа на нашия опит с множество различни приложения и компании очакваме възврат от инвестициите им в рамките на 18–24 месеца след стартирането, при условие че е създадена подходяща инфраструктура и са внедрени подкрепящи процеси.
Рамки за компетентност със сертификати на нива, базирани на функциите на работното място (напр. оператор, който напредва към програмист, а след това към интегратор)
Използване на технологията цифров близнак, която позволява цифрови симулации за офлайн планиране на пътя и програмиране без колизии, без да се спира производствената линия
Внедряване на табла за OEE, за да се илюстрират реалното и планираното производство по отношение на времето на дъгата, наличността, производителността, качеството и загубите
Плановото, проактивно поддържане подобрява средното време между повредите с 35 %. Платформите за анализ на заварките, които анализират моделите на разпръснатост, променящото се напрежение и скоростта на придвижване, намаляват процентите на брака с 22 % при смесено производство.
Постигане на оптимална производителност и дългосрочна надеждност за вашата система от заваръчни роботи
Планово поддържане и настройка на параметрите на дъгата
Постигането на надеждни резултати идва от извършването на необходимото поддръжка, а не от чакане първо да се повредят компонентите. Това включва спазване на спецификациите за смазване на осовите възли и извършване на поддръжка на сервомоторите и кабелите на веригата. Според проучването от 2023 г. (предпочитан източник) това всъщност елиминира около половината от всички неочаквани спирания. Друг важен аспект е коригирането на параметрите за заваряване при нужда.
Подобрения, базирани на данни, чрез мониторинг на OEE и аналитика на качеството на заварките
В контекста на мониторинга на OEE (общата ефективност на оборудването) това, което анализираме, е надеждността — тя излиза отвъд нейното представяне като метрика за поддръжка и включва потенциала за растеж чрез непрекъснато подобряване. Системата регистрира данни, при които дъгите се поддържат в продължение на продължителни периоди, идентифицира проблеми, при които крайният ефектор отклонява от предвидения път, и записва инциденти, свързани с термично претоварване. Използвайки тези данни, системата корелира производителността на операцията спрямо други операции, изпълняващи същата задача, и идентифицира потенциални проблеми, преди те да се задълбочат. В областта на заваряването изкуственият интелект разширява възможностите си, като анализира промените в образуването и поведението на заваръчните брызги. Той свързва проблемите, свързани с брызгите, с износването на дюзата и ерозията на контактния връх, както и с подаването на газ. Производствените предприятия с различен опит в производството съобщават за приблизително 40% намаляване на средното време за ремонт, а приемането на повече от 98% от заварките при първия опит е новата норма.
Често задавани въпроси
1. Какви са основните компоненти на система за заваръчни роботи?
Системата за заваръчни роботи се състои от три основни компонента: манипулатор, контролер и източник на заваръчна енергия. Тези компоненти работят заедно, за да изпълняват автоматизирани заваръчни задачи с висока прецизност и последователност.
2. Как софтуерът подпомага системите за заваръчни роботи?
Софтуерът, в комбинация с хардуера, подобрява производителността на системите за заваръчни роботи. Чрез използването на системи за визуализация, сензори и интерфейси за безопасност могат да се постигнат по-добри заваръчни резултати, по-кратки времена за настройка и спазване на изискванията за безопасност.
3. Какви фактори са важни при избора на система за роботизирана заварка?
Факторите, които трябва да се вземат предвид при избора на система за роботизирана заварка, включват типа на заваръчните съединения, дебелината на материалите, които ще бъдат свързани, размера на производствената партида, както и необходимата товароподемност, достигаемост и повтаряемост.
4. Какви са предимствата при интеграцията на заваръчни роботи?
Интеграционните предимства на заваръчните роботи включват възможността за проектиране на компонентите на клетката, на приспособленията и на комуникацията с ПЛК. Добре извършената интеграция води до по-кратки времена за пускане в експлоатация, повишена ефективност на работния процес и навременно постигане на оперативните цели.
5. Как може да се повиши производителността и надеждността на заваръчните роботи?
По-надеждни и по-добре функциониращи заваръчни роботи могат да се постигнат чрез комбиниране на плановото поддръжане с настройка на параметрите на дъгата. Прилагането на подобрения, базирани на данни, въз основа на анализ на общата ефективност на оборудването (OEE) и оценка на качеството на заварките, може да доведе до непрекъснато подобряване.