EN
Hovedkomponenter i svejserobot-systemer og industrielle anvendelsesområder
Nøglehardwarekomponenter: Manipulator, controller og svejsekraftkilde
Et svejserobot-system består af tre kernehardwarekomponenter: manipulatoren, styreenheden og strømkilden. Manipulatorer kan have formen af en robotarm, og den mest almindelige udgave er en variant med seks akser. Disse komponenter indeholder servo-drevne ledder og højpræcise reduktorer, hvilket muliggør en præcis bevægelseskontrol. Disse arme kan også styre 3D-svejsebaner, hvilket gør dem meget alsidige, når det gælder om at løse svejseopgaver, der involverer en stor variation af samlinger og størrelser. Styreenheden styrer alle operationer og reagerer hurtigt på ændringer, der sker under svejseprocessen. Den modtager instruktioner fra indlejrede programmer (eller undervisnings-pendants) og styrer robotsystemet til udførelse af svejseoperationer. Svejsestrømkilden genererer og opretholder svejsebuen for at fuldføre samlingerne. Under en svejseoperation styrer den gasbeskyttelsen, tilførselshastigheden for svejsetråden samt svejsestrømmen og -spændingen. Den tager hensyn til samlingstypen, metaltykkelsen og -typen samt den svejseteknik, der er mest passende for anvendelsen. Kombinationen af disse komponenter skaber en yderst pålidelig, automatiseret svejseløsning. Disse svejserobot-systemer anvendes til fremstilling af bilmonteringer og store maskiner, konstruktionsrammer og -komponenter samt til udførelse af svejseopgaver, der kræver en høj grad af kvalitetsmæssig ensartethed.
Software- og perifert integrering: visionssystemer, sensorer og sikkerhedsgrænseflader
Moderne fabrikker består af en række hardwarekomponenter og intelligente softwareløsninger. Visionstyrede systemer kan for eksempel finde svære sømforbindelser og følge sømlinjer, der konstant bevæger sig, ved hjælp af kalibrerede kameraer og kantdetektionssystemer. Disse systemer kan genkalibrere deres baner selvstændigt og spare brugeren for at skulle gøre det manuelt hver eneste gang. Procesfølere kan kommunikere ændringer i spændingsbue-niveauer samt målinger af varme og strøm til den centrale controller. Denne controller kan foretage ændringer i processerne på under et sekund. Producenter integrerer også systemer, der opfylder ISO 10218 og RIA 15.06, og som standser en maskines bevægelse for at beskytte en operatør, når operatøren befinder sig inden for en bestemt afstand fra maskinen. Disse komponenter omfatter lysgardiner, særligt certificerede PLC-systemer samt redundante kredsløb til nødstop. En undersøgelse i Journal of Manufacturing Systems, udgivet sidste år, rapporterede, at integrationen af alle de avancerede komponenter i en fabrik resulterede i en fremstillingsproces, der reducerede antallet af fejl i en svejsning fra gennemsnitligt 37 til nul, og at fabrikken opererede hurtigere.
Vigtige overvejelser ved valg af et svejserobot-system
Overvej type af forbindelse, materialets tykkelse og den forventede produktionsmængde
At vælge det rigtige system indebærer at forstå de specifikke krav til svejseapplikationen. Robotter, der er i stand til at udføre indviklede bevægelser og præcise svejsninger, er nødvendige til svejseopgaver såsom flerpas-svejsning af skråsømme eller svejsning af smalle skårgroove. En simpel opsætning kan dog være tilstrækkelig til fremstilling af simple overlappende svejsninger. For materialer tyndere end 3 mm kan der anvendes en metode til at reducere varmen – f.eks. pulseret GMAW eller brug af en svejse-laser i kombination med en anden proces – for at undgå gennembrænding af materialet. For profiler med en tykkelse på over 25 mm er svejsemetoder, der anvender en hurtig fyld- og svingemønster-teknik, måske mere hensigtsmæssige. Produktionsvolumen er ligeledes en betydelig faktor i beslutningsprocessen. Producenter, der fremstiller mere end 10.000 enheder om måneden, kan finde det omkostningseffektivt at investere i højhastighedsrobotter med 6 akser, som inkluderer sømsporing og andre automatiseringsfunktioner. Omvendt kan producenter med lavere produktionsvolumener, men større produktvariation, have større fordel af en modulær og fleksibel løsning. Ifølge Fabricators Journal rapporteredes sidste år, at ca. 30 % af problemerne ved robot-svejsning skyldes, at leddets form ikke er kompatibel med robotternes kapaciteter. Af denne grund er det meget vigtigt at indsamle de faktiske krav til svejseapplikationen fra starten af.
Lastekapacitet, rækkevidde og gentagelighed til præcisions-svejsning
Lastkapaciteten skal tage højde for al udstyr, kabler og tilkoblede værktøjer. Afhængigt af opgaven kan lastkravene være omkring 5 kg ved standard svejseopgaver med lysbue. Rækkevidde bestemmer det rummæssige volumen, hvori systemet kan arbejde. Skibsbygningsprojekter kræver typisk en vandret rækkevidde på 3 meter eller mere, mens projekter inden for montering af komponenter, såsom arbejde med bildele, kun kræver 1,4–1,8 meter. Den mest betydningsfulde faktor er gentagelighed, dvs. den præcision, hvormed robotten kan vende tilbage til samme position med samme nøjagtighed; specifikationerne kan være meget strenge. Anvendelser inden for luftfartsindustrien og medicinsk udstyr sigter mod fremstillingsundertolerance på +/− 0,05 mm. Systemer, der kan opretholde en termisk position ved 150 grader Celsius, eliminerer også efterarbejde som følge af termisk drift. Ifølge IMTS Manufacturing Report fra 2023 reduceres behovet for kompleks fastspænding med 27 %, og antallet af fejl reduceres med 40 %, når rækkevidde og gentagelighed er effektivt designet.
At integrere et svejserobot-system i en produktionsworkflow
Celle-design, fastgørelsesanordninger og PLC-integration
Før du begynder at integrere svejsecellerne, skal du designe cellerne ud fra den faktiske arbejdsgang. Sørg for at planlægge din layout med mindst 1,5 gange din robots maksimale rækkevidde fri omkring dit svejsearbejdsområde. Dette opfylder ANSI/RIA R15.06-sikkerheds- og vedligeholdelseskravene. Det letter også transporten af materialer rundt i arbejdsområdet og giver mere plads til dine teknikere. Termisk udvidelse af fastspændingsanordninger er en stor bekymring. Fastspænding af svejsefastspændingsanordninger til aluminium og rustfrit stål er for stram, hvilket ifølge nyeste FabTech 2023-forskning resulterer i ca. 15 % af svejseproblemerne. For at integrationen skal lykkes, skal vi håndtere PLC-kommunikationen. De fleste lande bruger EtherCAT eller Profinet, og disse protokoller muliggør hurtigere kommunikation mellem PLC’er, visionssystemer og robotstyringer. De reducerer også tiden til opsætning af en integrationsopgave med ca. 40 % og øger den samlede effektivitet i produktionslinjerne.
Modulær fastspænding bruger baseplader og lokaliseringspunkter til at lette hurtig omkonfiguration til forskellige delegrupper
En metode til fejlforebyggelse, der er blevet anvendt, er brugen af feedbackløkker, der anvender sensorer. Et eksempel er brugen af nærhedssensorer, som kan registrere, om en del er på plads, inden den næste operationscyklus påbegyndes
Integreret kabelstyring består af forsyningsledninger til strøm, signaler og gas, der føres i afskærmede, trækbelastningsfri bæredragere for at reducere elektromagnetisk interferens (EMI) på styresignaler
Medarbejderuddannelse og planlægning af den forventede tidsramme for afkast på investeringen fra det tidspunkt, hvor en omstilling er gennemført
For at robotbaseret automatisering skal lykkes, er både menneskelige kompetencer og den rigtige udstyr lige så vigtige. Gennem den træning, vi giver vedligeholdelsesteamet og svejserne, kan de udføre en af de vigtigste forstyrrende opgaver i den nye proces: justere parametrene for at optimere opgaven og fejlfinde udstyret. Denne træning reducerer skiftetiderne med op til 30 %. I svejseautomatiseringsapplikationen afhænger den forventede avance af flere faktorer, herunder den forventede reduktion i svejsearbejdskraftomkostninger på 75 USD pr. mandtime, reduceret udskud, konsekvent kvalitet på alle produktsvejsninger samt muligheden for at spore hvert produkt gennem fremstillingen. Ud fra vores erfaring med mange forskellige applikationer og virksomheder forventer vi en avance på deres investering inden for 18–24 måneder efter igangsættelsen, forudsat at den korrekte infrastruktur er opbygget og støttende processer er implementeret.
Kompetencerammer med trinvise certificeringer baseret på jobfunktioner (f.eks. operatør, der udvikler sig mod programmerer og derefter integrator)
Brug af digital tvilling-teknologi, som muliggør digitale simuleringer til offline stiplanlægning og kollisionsfri programmering uden at standse produktionslinjen
Implementering af OEE-dashboarder til at illustrere faktisk versus planlagt produktion med hensyn til bue-tid, disponibilitet, ydeevne, kvalitet og tab
Planlagt, proaktiv vedligeholdelse forbedrer gennemsnitlig tid mellem fejl med 35 %. Svejseanalyseplatforme, der analyserer sprøjttemønstre, ændringer i spænding og bevægelseshastighed, reducerer udskudsprocenten med 22 % i blandet produktion.
Opnåelse af optimal ydeevne og langvarig pålidelighed for dit svejserobot-system
Planlagt vedligeholdelse og justering af bueparametre
At opnå pålidelige resultater skyldes at udføre den nødvendige vedligeholdelse i stedet for at vente, indtil tingene går i stykker. Dette omfatter bl.a. overholdelse af smørespecifikationer for akseledder samt vedligeholdelse af servomotorer og kredsløbskabler. Ifølge (foretrukken kilde) 2023-undersøgelsen eliminerer dette faktisk omkring halvdelen af alle uventede nedlukninger. En anden vigtig foranstaltning er justering af svejseparametrene efter behov.
Data-drevne forbedringer ved hjælp af OEE-overvågning og svejsekvalitetsanalyse
I forbindelse med OEE-overvågning handler det, vi beskæftiger os med, om pålidelighed, som går ud over dens repræsentation som en vedligeholdelsesmåling og omfatter muligheden for vækst gennem løbende forbedring. Systemet registrerer data, hvor lysbuer opretholdes i længere perioder, identificerer problemer, hvor endeffektoren afviger fra den tilsigtede bane, og registrerer hændelser af termisk overbelastning. Ved hjælp af disse data sammenligner systemet ydelsen af driften i forhold til andre, der udfører samme opgave, og identificerer potentielle problemer, inden de eskalerer. I svejseområdet udvider kunstig intelligens sine evner til at analysere ændringer i dannelse og adfærd af svejsestøv. Det knytter problemer med svejsestøv, slid og slitage af dyse samt erosion af kontaktspids og gasstrøm sammen. Produktionsfaciliteter med forskellige produktionsoplevelser rapporterer ifølge oplysninger en ca. 40 % reduktion i gennemsnitlig reparationstid, og en acceptrate på over 98 % for første gangs svejsefærdiggørelse er den nye norm.
Ofte stillede spørgsmål
1. Hvad er de primære komponenter i et svejserobot-system?
Et svejserobot-system består af tre primære komponenter: manipulator, styringsenhed og svejsestrømkilde. Disse komponenter samarbejder for at udføre automatiserede svejseopgaver med høj præcision og konsekvens.
2. Hvordan understøtter software svejserobot-systemer?
Software i kombination med hardware forbedrer ydeevnen af svejserobot-systemer. Bedre svejseresultater, kortere opsætningstider samt muligheden for at overholde sikkerhedskrav kan alle opnås ved brug af visionssystemer, sensorer og sikkerhedsgrænseflader.
3. Hvilke faktorer er vigtige, når man vælger et robot-svejse-system?
Faktorer, der skal overvejes ved valg af et robot-svejse-system, omfatter type svejseforbindelser, tykkelsen af de materialer, der skal sammenføjes, produktionspartistørrelsen samt den krævede bæreevne, rækkevidde og gentagelighed.
4. Hvad er integreringsfordelene for svejserobotter?
Integrationsfordelene ved svejserobotter er muligheden for at designe cellelayoutet, fastspændingerne og PLC-kommunikationen. En god integration resulterer i kortere opsætningstider, øget effektivitet i arbejdsgangen og tidlig opnåelse af driftsmål.
5. Hvordan kan ydeevnen og pålideligheden af svejserobotter forbedres?
Mere pålidelige og bedre ydende svejserobotter kan opnås, hvis planlagt vedligeholdelse kombineres med justering af lysbueparametrene. Datastyret forbedring baseret på analyse af OEE og vurdering af svejsekvaliteten kan føre til kontinuerlig forbedring.