EN
Hoofdcomponenten van lasrobotsystemen en industriële toepassingsgebieden
Belangrijkste hardware-elementen: manipulator, besturingseenheid en lasspanningsbron
Een lasrobot-systeem bestaat uit drie kernhardwarecomponenten: de manipulator, de controller en de stroombron. Manipulatoren kunnen de vorm aannemen van een robotarm, waarbij de variant met zes assen de meest voorkomende uitvoering is. Deze componenten zijn uitgerust met servogestuurde gewrichten en hoge-nauwkeurigheidsreductoren om een zeer nauwkeurige bewegingsbesturing mogelijk te maken. Deze armen kunnen ook 3D-laspaden aansturen, waardoor ze uiterst veelzijdig zijn bij het oplossen van lasproblemen die betrekking hebben op een grote verscheidenheid aan verbindingen en afmetingen. De controller stuurt alle bewerkingen aan en reageert zeer snel op veranderingen die zich tijdens de lasbewerking voordoen. Hij verwerkt instructies die via ingebedde programma’s (of teachpennen) worden doorgegeven en bestuurt het robotsysteem bij het uitvoeren van de lasbewerkingen. De lasspanningsbron genereert en handhaaft de lasboog om verbindingen te voltooien. Tijdens een lasbewerking regelt hij de gasafdekking, de toevoersnelheid van de lasdraad en de lasstroom en -spanning. Daarbij houdt hij rekening met het type verbinding dat wordt bewerkt, de dikte en het soort metaal, en de voor de toepassing meest geschikte lasmethode. De combinatie van deze componenten vormt een zeer betrouwbare, geautomatiseerde lasoplossing. Deze lasrobotsystemen worden gebruikt bij de productie van auto-onderdelen en grote machines, constructiekaders en -onderdelen, en voor laswerkzaamheden waarbij een hoog niveau van kwaliteitsconsistentie vereist is.
Software- en randapparatuurintegratie: zichtsystemen, sensoren en veiligheidsinterfaces
Moderne fabrieken bestaan uit een reeks hardwarecomponenten en slimme softwareoplossingen. Visiegeleide systemen, bijvoorbeeld, zijn in staat moeilijke verbindingen te detecteren en naadlijnen te volgen die voortdurend in beweging zijn, door gebruik te maken van gekalibreerde camera’s en randdetectiesystemen. Deze systemen kunnen hun trajecten zelf opnieuw kalibreren en ontzien de gebruiker de noodzaak om dit telkens handmatig te doen. Proces-sensoren kunnen veranderingen in spanning, boogniveaus en metingen van warmte en stroom aan de centrale besturingseenheid doorgeven. Deze besturingseenheid kan wijzigingen in de processen binnen één seconde aanbrengen. Fabrikanten integreren ook systemen die voldoen aan ISO 10218 en RIA 15.06, en die de beweging van een machine stoppen om een operator te beschermen wanneer deze zich binnen een bepaalde afstand van de machine bevindt. Deze componenten zijn lichtgordijnen, speciaal gecertificeerde PLC-systemen en redundante circuits voor een noodstop. Een studie in het Journal of Manufacturing Systems, gepubliceerd vorig jaar, meldde dat de integratie van alle geavanceerde componenten van een fabriek leidde tot een productieproces waarbij het aantal lasfouten daalde van gemiddeld 37 naar nul, en dat de fabriek sneller functioneerde.
Belangrijke overwegingen bij het kiezen van een lasrobotsystem
Houd rekening met het type verbinding, de dikte van het materiaal en het verwachte productievolume
Het kiezen van het juiste systeem vereist een goed begrip van de specifieke eisen van de lasapplicatie. Voor laswerkzaamheden zoals meervoudige hoeklasnaden of nauwe groeflassen zijn robots nodig die in staat zijn tot ingewikkelde bewegingen en zorgvuldig lassen. Een eenvoudige opstelling kan echter voldoende zijn voor het maken van eenvoudige overlappende lassen. Voor materialen dunner dan 3 mm kan, om te voorkomen dat het materiaal wordt doorgebrand, een methode worden gebruikt om de warmte te verminderen, zoals gepulst GMA-lassen of het gebruik van een laslaser in combinatie met een ander proces. Voor secties dikker dan 25 mm zijn lasmethoden die een snelle vul- en wiegpatroon gebruiken, vaak geschikter. Ook het productievolume is een belangrijke factor bij de besluitvorming. Fabrikanten die meer dan 10.000 eenheden per maand produceren, kunnen het kosteneffectief vinden om snelle 6-assige robots aan te kopen die naadvolging en andere automatiseringsfuncties bevatten. Fabrikanten met een kleiner productievolume maar een grotere productvariëteit daarentegen kunnen meer baat hebben bij een modulaire en flexibele oplossing. Volgens het Fabricators Journal van vorig jaar waren ongeveer 30% van de problemen met robotlassen het gevolg van een verbindingvorm die niet compatibel was met de mogelijkheden van de robot. Daarom is het zeer belangrijk om vanaf het begin de werkelijke eisen van de lasapplicatie vast te leggen.
Laadvermogen, bereik en herhaalnauwkeurigheid voor precisielassen
De laadcapaciteit moet rekening houden met alle apparatuur, kabels en aangesloten gereedschappen. Afhankelijk van de taak kan de vereiste laadcapaciteit bij standaardbooglassen ongeveer 5 kg bedragen. De bereikafstand bepaalt het volume van de ruimte waarbinnen het systeem kan werken. Scheepsbouwprojecten vereisen doorgaans een horizontaal bereik van 3 meter of meer, terwijl projecten die betrekking hebben op de assemblage van onderdelen, zoals werk aan auto-onderdelen, slechts 1,4 tot 1,8 meter vereisen. De belangrijkste factor is de herhaalbaarheid: de precisie waarmee de robot telkens weer naar dezelfde positie kan terugkeren met dezelfde nauwkeurigheid; de specificaties hieromtrent kunnen zeer streng zijn. Toepassingen in de lucht- en ruimtevaart en voor medische apparatuur strekken zich uit naar productietoleranties van ± 0,05 mm. Systemen die in staat zijn een thermische positie van 150 graden Celsius te handhaven, elimineren bovendien herwerkzaamheden als gevolg van thermische drift. Volgens het IMTS-productierapport van 2023 wordt, wanneer bereik en herhaalbaarheid effectief zijn ontworpen, de behoefte aan complexe werkstukopspanning met 27% verminderd en het aantal afwijkingen met 40% verlaagd.
Een lasrobotsystem integreren in een productieworkflow
Celontwerp, spanmiddelen en PLC-integratie
Voordat u begint met het integreren van de lascellen, moet u de cellen ontwerpen rondom de werkelijke werkstroom. Zorg ervoor dat u uw lay-out pland met ten minste 1,5 keer de maximale bereikafstand van uw robot vrij rondom uw laswerkruimte. Dit voldoet aan de ANSI/RIA R15.06-veiligheids- en onderhoudseisen. Het vergemakkelijkt ook het transport van materialen rondom de werkruimte en biedt meer ruimte voor uw technici. Thermische uitzetting van montagefixtures is een groot probleem. Het vastklemmen van aluminium- en roestvrijstalen lasfixtures is te strak, wat volgens recent onderzoek op FabTech 2023 leidt tot de meeste, ongeveer 15%, van de lastechnische problemen. Om een succesvolle integratie te waarborgen, moeten we de PLC-communicatie aanpakken. De meeste landen gebruiken EtherCAT of Profinet, waardoor snellere communicatie tussen PLC’s, vision-systemen en robotbesturingen mogelijk is. Deze protocollen verminderen ook de tijd die nodig is om een integratietaak op te zetten met ongeveer 40% en verhogen de algehele efficiëntie van de productielijnen.
Modulaire opspanning maakt gebruik van basisplaten en positioneringsmiddelen om snelle herconfiguratie voor verschillende onderdeelfamilies te vergemakkelijken
Een manier van foutbestendigheid die is ingevoerd, is het gebruik van terugkoppelingssystemen met sensoren. Een voorbeeld hiervan is het gebruik van nadere-sensoren die kunnen detecteren of een onderdeel aanwezig is voordat de volgende bewerkingscyclus wordt gestart
Geïntegreerd kabelbeheer bestaat uit geleide stroom-, signaal- en gasleidingen met afgeschermde, spanningsontlaste dragers om elektromagnetische interferentie (EMI) op regelsignalen te verminderen
Medewerkersopleiding en planning voor de verwachte terugverdientijd vanaf het moment dat een productwisseling is voltooid
Voor een succesvolle robotautomatisering zijn zowel menselijke vaardigheden als de juiste apparatuur even belangrijk. Dankzij de training die wij aan het onderhoudsteam en de lassers bieden, kunnen zij één van de belangrijkste disruptieve taken in het nieuwe proces uitvoeren: de parameters aanpassen om de taak te optimaliseren en storingen in de apparatuur op te lossen. Deze training vermindert de omschakeltijden met wel 30%. Bij toepassingen van lasautomatisering hangt de verwachte terugverdientijd af van meerdere factoren, waaronder de verwachte verlaging van de loonkosten voor lassen met $75 per manuur, minder afval, consistente kwaliteit van alle productlassen en de mogelijkheid om elk product tijdens de productie te traceren. Op basis van onze ervaring met talloze verschillende toepassingen en bedrijven verwachten wij dat de investering zich binnen 18 tot 24 maanden na aanvang heeft terugbetaald, mits de juiste infrastructuur is gebouwd en ondersteunende processen zijn geïmplementeerd.
Competentiekaders met gelaagde certificeringen op basis van functies (bijv. operator, die zich ontwikkelt tot programmeur en vervolgens tot integrator)
Gebruik van digitale-twin-technologie, waarmee digitale simulaties mogelijk zijn voor offline baanplanning en botsingsvrije programmering zonder de productielijn stil te leggen
Implementatie van OEE-dashboarden om de werkelijke productie in vergelijking met de geplande productie weer te geven op basis van boogtijd, beschikbaarheid, prestaties, kwaliteit en verliezen
Gepland, proactief onderhoud verbetert de gemiddelde tijd tussen storingen met 35%. Lassystemen voor data-analyse, die spatsel patronen, wijzigingen in spanning en reissnelheid analyseren, verminderen het afvalpercentage met 22% bij gemengde productie.
Bereiken van optimale prestaties en langetermijnbetrouwbaarheid voor uw lasrobot-systeem
Gepland onderhoud en aanpassing van de boogparameters
Betrouwbare resultaten bereiken gebeurt door het uitvoeren van noodzakelijk onderhoud, in plaats van te wachten tot dingen eerst defect raken. Denk hierbij aan het naleven van de smeringspecificaties voor asgewrichten en het uitvoeren van onderhoud aan de servomotoren en stroomkringkabels. Volgens het onderzoek van (voorkeursbron) uit 2023 elimineert dit daadwerkelijk ongeveer de helft van alle onverwachte stilstanden. Een andere belangrijke kwestie is het tijdig aanpassen van de lasparameters.
Data-gestuurde verbeteringen met behulp van OEE-bewaking en laskwaliteitsanalyse
In de context van OEE-monitoring gaat het om betrouwbaarheid, wat verder reikt dan haar weergave als onderhoudsmetric en de mogelijkheid tot groei via continue verbetering omvat. Het systeem registreert gegevens waarbij bogen gedurende langere perioden worden gehandhaafd, identificeert problemen waarbij het eindeffectortool afwijkt van het beoogde pad en registreert incidenten van thermische overbelasting. Met behulp van deze gegevens analyseert het systeem de prestaties van de bewerking ten opzichte van andere systemen die dezelfde taak uitvoeren, en identificeert potentiële problemen voordat ze escaleren. In het lassenbereik breidt kunstmatige intelligentie (AI) haar mogelijkheden uit naar het analyseren van veranderingen in de vorming en het gedrag van lasprikkel. Het legt verbanden tussen problemen met lasprikkel, slijtage en versleten mondstukken, erosie van de contactpunt en gasstroming. Productiefaciliteiten met uiteenlopende productie-ervaringen rapporteren een gemiddelde vermindering van reparatietijden met ongeveer 40% en een acceptatiegraad van meer dan 98% voor eerste keer voltooide lassen is de nieuwe norm.
Veelgestelde vragen
1. Wat zijn de belangrijkste onderdelen van een lasrobot-systeem?
Een lasrobot-systeem bestaat uit drie belangrijkste onderdelen: manipulator, besturingseenheid en lasspanningsbron. Deze onderdelen werken samen om geautomatiseerde laswerkzaamheden met hoge precisie en consistentie uit te voeren.
2. Hoe ondersteunt software lasrobot-systemen?
Software, in combinatie met hardware, verbetert de prestaties van lasrobot-systemen. Betere lasresultaten, kortere insteltijden en de mogelijkheid om te voldoen aan veiligheidseisen kunnen allemaal worden bereikt door het gebruik van zichtsystemen, sensoren en veiligheidsinterfaces.
3. Welke factoren zijn belangrijk bij de keuze van een robotlas-systeem?
Factoren die moeten worden overwogen bij de keuze van een robotlas-systeem zijn het type lasverbindingen, de dikte van de materialen die moeten worden verbonden, de productiegrootte per batch en het vereiste draagvermogen, bereik en herhaalnauwkeurigheid.
4. Wat zijn de integratievoordelen van lasrobots?
De integratievoordelen van lasrobots zijn het vermogen om de celindeling, de spanmiddelen en de PLC-communicatie te ontwerpen. Een goede integratie leidt tot kortere insteltijden, een hogere efficiëntie in de werkstroom en het tijdig bereiken van operationele doelen.
5. Hoe kan de prestatie en betrouwbaarheid van lasrobots worden verbeterd?
Betrouwbaardere en beter presterende lasrobots kunnen worden verkregen door gepland onderhoud te combineren met het afstemmen van de boogparameters. Op basis van data gestuurde verbeteringen, gebaseerd op de analyse van de OEE en de beoordeling van de laskwaliteit, kunnen leiden tot continue verbetering.