Základy systému svařovacích robotů: Co potřebujete vědět

Co je systém svařovacích robotů? Definice, hlavní funkce a význam v průmyslu

Systém svařovacího robota se skládá z robotické paže, zdroje svařovacího proudu, svařovací hořáku a řídícího zařízení/operačního softwaru, které dohromady umožňují svářeči provádět automatizované svařování. Na rozdíl od průmyslových svařovacích strojů, u nichž je stále vyžadována přítomnost obsluhy ke sledování svařovacího procesu, systém svařovacího robota dokáže provádět svařovací operace bez dozoru obsluhy. Klíčovou výhodou systému svařovacího robota je možnost provádět programované svařovací operace s opakovatelností, které ruční svařování nedokáže dosáhnout. Systém svařovacího robota je schopen vykonat i tisíce opakujících se svařovacích úkolů a udržet mezi dokončenými úkoly minimální odchylku. Systém svařovacího robota dokáže provádět svařovací úkoly se stálou hloubkou průniku a s konzistentním, pevným svařovacím spojem.

Moderní průmysl má měřitelné výhody z použití systému svařovacího robota na základě těchto čtyř základních požadavků výroby:

Produktivita: Systém svařovacího robota dokáže dokončit svařovací úkoly o 30 až 50 procent rychleji než lidský svařovač. Dále je cyklový čas systému svařovacího robota konstantní, protože systém se neunaví.

Kvalita: Dosahuje se konzistence výsledků a míra vad u svarů vyžadujících vysoký objem se snižuje až o 90 procent.

Bezpečnost: Systém svařovacího robota odstraňuje zaměstnance z expozice kouři při svařování, UV záření a opakujícím se zátěžovým poruchám.

Návratnost investice (ROI): Svařovací robot snižuje množství odpadu a nutnost pracovat přesčas a vrací se za dobu 12 až 24 měsíců, protože již není vyžadována dříve potřebná kvalifikovaná pracovní síla.

Kombinace těchto faktorů je důvodem, proč se automatizace svařování stala nedílnou součástí infrastruktury pro budování konkurenční výhody na globálním trhu v odvětvích od automobilového a leteckého průmyslu až po těžké strojní vybavení.

Hlavní komponenty systému svařovacího robota: Hardware, software a požadavky na integraci

Systém svařovacího robota využívá kombinaci specializovaného hardwaru a softwaru pro automatizaci spojovacích procesů. Tyto komponenty je třeba sladit, aby byla zajištěna optimální bezpečnost, konzistence a opakovatelnost při provozu svařování.

Základní hardware: robotické rameno, svařovací zdroj proudu, hořák, pozicionér a bezpečnostní systém

Robotické paže, obvykle ty šestiosé modely, které tak často vidíme, poskytují pohyb potřebný k přesnému umístění svařovací hořáku tam, kde je potřeba. Tyto systémy jsou propojeny se specializovanými svařovacími zdroji proudu, které řídí například úroveň napětí, sílu proudu a průběh vlny, aby byl svařovací oblouk během celého procesu stabilní. Pokud jde o samotné svařovací materiály, hořákový systém zpracovává buď plnící drát pro MIG svařování, nebo speciální netavitelné elektrody používané při TIG svařování, a zároveň řídí tok ochranného plynu. Pozicionéry obrobků také hrají v tomto procesu roli, protože naklánějí nebo otáčejí součásti, aby umožnily lepší přístup ke svárovým spojům a využily gravitaci při udržení tavné lázně. Bezpečnost je do systému integrována prostřednictvím světelných závor, které brání vstupu do pracovní oblasti, tlačítek nouzového zastavení umístěných na strategických místech a oplocení kolem nebezpečných oblastí. Všechna tato bezpečnostní opatření splňují průmyslové normy, jako jsou ISO 10218-1 a ANSI/RIA R15.06, a zajišťují bezpečnost uživatelů pracujících se systémem.

Systémy řízení pohybu jsou spojeny s učícími ovládacími panely, simulací offline programování a protokoly zpětné vazby v reálném čase.

Učební ovládací panely umožňují programování svařovací dráhy tím, že operátorům umožňují kreslit dráhy přímo v systému na pracovišti. Offline programování lze provádět pomocí softwaru pro simulaci, jako je například FANUC ROBOGUIDE a ABB RobotStudio. Tyto nástroje umožňují inženýrům programovat a testovat pevné plány dráhy bez přerušení provozní výroby pro účely vývoje pracovního postupu. Systémy řízení pohybu zahrnují funkce adaptivní korekce dráhy, které umožňují systému automaticky kompenzovat nekonzistentní díly. Provádějí jemné korekce podél jedné nebo více os. EtherNet/IP a PROFINET jsou systémy zpětné vazby a řízení v reálném čase. Sledují a řídí napětí a proud obloukového svařování a svářecí švy v reálném čase. Umožňují korekci svařovacích procesů tak, aby byla dosažena požadovaná kvalita s přesností ±0,1 mm. Moderní softwarová řešení integrují pevně instalované stroje a chytré zařízení, která v reálném čase reagují na potřeby výrobního prostředí.

Automatizované svařovací procesy: Výběr svařovacích procesů – metoda Meteр Wік jet, laserové svařování, odporové svařování; výběr procesu je v rámci svařovacího procesu nezbytným krokem

Průmyslový automatizovaný svařovací proces spojený se systémem svařovacího robota ovlivňuje kvalitu výrobku, rychlost výroby a provozní náklady. Pro výrobu velkých sérií s tlustými konstrukčními ocelovými a hliníkovými součástmi je vhodné svařování metodou MIG. Svařování metodou TIG, které umožňuje přesnou kontrolu oblouku a vykazuje minimální rozstřik, se stalo preferovanou metodou v leteckém, zdravotnickém a dalším průmyslu vyžadujícím přesné svařování tenkostěnných materiálů. U svařování kontaktů baterií v elektrických vozidlech (EV), kde jsou kritické teplo i rychlost, je preferovanou metodou laserové svařování, které může být až desetkrát rychlejší než tradiční obloukové svařování. Automobilový průmysl stále používá odporové bodové svařování pro výrobu karoserií automobilů, protože u jednoho vozidla může být nutné provést až 3 500 jednotlivých svařovacích bodů s přesnou kontrolou časování a tlaku v řádu milisekund. Při výběru vhodného svařovacího procesu musí výrobci zohlednit svařovaný materiál a tloušťku spoje, výrobní objem, vlastnosti svařovaného materiálu a požadavky na svařený výrobek po svaření.

Možnosti architektury robotů zahrnují: 6osé článkové manipulátory, mostové systémy a spolupracující roboty (cobots).

Při výběru svařovacích robotů je třeba zohlednit několik faktorů, jako jsou omezení prostoru, zvedací kapacity a požadovaná úroveň přesnosti. Nejlépe se pro obtížné dráhy osvědčují šestiosé articulované roboty. Uvažujte například o kruhovém svařování potrubí podél tras potrubí nebo o montáži rámových konstrukcí vozidel. Tyto stroje dokážou opakovat polohu s přesností 0,05 mm a mají plnou manipulační schopnost zápěstí. Na druhé straně nabízejí systémy s mostovými jeřáby jiný přístup. Ačkoli jsou vysoce tuhé, mohou mít délku až 15 metrů. Lze je použít u rozsáhlých projektů zasahujících do více stavebních oblastí, například při výrobě velké větrné elektrárny nebo lodi. Spolupracující roboty (cobots) jsou užitečné u menších projektů, u nichž musí být člověk stále v dosahu ruky od pracovního místa. Cobots využívají omezené síly v kloubech a jsou snadno programovatelné. Mnoho dílen nepotřebuje k jejich používání žádné speciální školení. Často se v instalacích kombinují tradiční robotické paže s motorizovanými pozicionéry, které rotují kolem těžkých nebo nepravidelně tvarovaných součástí. To poskytuje dobrý stupeň flexibility, avšak stále je nutné pečlivé plánování, neboť nosné kapacity se pohybují v rozmezí od 3 kg do 500 kg a dosah se v závislosti na konfiguraci pohybuje mezi 1 metrem a 4metry.

Kritické faktory úspěchu při zavádění systému svařovacího robota

Integrace systému svařovacího robota: Uzavření mezery mezi nasazením hardwaru a softwaru

Úspěch nasazení systému závisí na tom, jak bezproblémově jsou navzájem sladěny hardware a software. Každoročně časopis Automation World uvádí, že jednu třetinu zpoždění při instalaci robotů lze přičíst problémům vyplývajícím z nekompatibility hardwaru. Společnosti musí provádět simulace digitálního dvojníka, aby zjistily, jak jejich řídicí systémy komunikují se senzory a svařovacím zařízením ještě před samotnou instalací. Například světelné záclony vyžadují terénní testy pro ověření bezpečnostních opatření, nikoli laboratorní testování. Uplatnění modulárního přístupu ke standardním protokolům je výhodné. Použití OPC UA spolu se standardní logikou IEC 61131-3 pro flexibilní komunikaci mezi jednotlivými komponentami systému umožňuje výrobcům udržovat svůj systém modulární a škálovatelný i během rozsáhlých modernizací jejich tovární automatizace. Nedostatečné plánování integrace však přináší vysoké náklady, zejména ve svařovacím průmyslu, a zanechává řadu problémů.

Zohlednění pracovní síly: školení operátorů, zvyšování kvalifikace zaměstnanců provádějících údržbu a řízení změn

Nové systémy jsou úspěšné pouze tehdy, jsou-li připraveni ti, kteří s nimi pracují. Zaměstnanci musí pochopit účel systému a přizpůsobit se jeho technickým požadavkům. Operátoři musí cítit jistotu při používání učebního ovladače (teach pendant) a programovacího softwaru. Zaměstnanci provádějící údržbu musí porozumět novému souboru dovedností potřebných k vyhodnocení životnosti síťových řídicích jednotek. Zaměstnanci pozitivně reagují na organizační restrukturalizaci. Některé společnosti dokonce uvádějí, že pomocí mezioborových metod školení dosáhly zlepšení rychlosti implementace o 40 %. Pravidelné, naplánované aktualizace nastavení systému udržují zaměstnance i systém v souladu a zlepšují provoz v celé organizaci. Zaměstnanci se tak stávají zastupiteli provozních zlepšení v rámci celého systému.

Často kladené otázky

Co je svařovací robotický systém?

Systém svařovacího robota je automatizované řešení pro svařování, které integruje software, robotické paže, svařovací hořáky a svařovací zdroje energie.

Proč se svařovací robotické systémy v průmyslu používají?

Svařovací robotické systémy se v průmyslu používají kvůli zlepšení kvality, produktivity, bezpečnosti a návratnosti investic (ROI), včetně časové efektivity a přesnosti, a také kvůli snížení lidských chyb u aplikací s velkým množstvím svarů.

Jaké jsou prvky automatizovaného svařovacího systému?

Automatizovaný svařovací systém se skládá z robotických paží, svařovacích zdrojů energie, svařovacích hořáků, svařovacích pozicionérů a bezpečnostních prvků spolu se softwarem.

Jaké svařovací metody lze pomocí těchto systémů automatizovat?

V závislosti na požadované kvalitě, rychlosti a nákladech dané aplikace lze tyto systémy použít pro automatizaci svařování metodami MIG, TIG, laserového svařování a odporového bodového svařování.

Jaké problémy je třeba řešit při automatizaci svařovacích systémů?

Při implementaci automatizace svařovacích systémů je zásadní integrace, školení, vzájemná provozuschopnost systémů a řízení změn na pracovišti.