EN
Czym jest system robota spawalniczego? Definicja, główna funkcja i znaczenie w przemyśle
System robota spawalniczego składa się z ramy robota, źródła zasilania do spawania, palnika spawalniczego oraz kontrolera/oprogramowania sterującego, które razem umożliwiają spawaczowi wykonywanie spawania w sposób zautomatyzowany. W przeciwieństwie do przemysłowych maszyn spawalniczych, które nadal wymagają obecności operatora do nadzoru nad procesem spawania, system robota spawalniczego może wykonywać operacje spawania bez nadzoru operatora. Kluczową zaletą systemu robota spawalniczego jest możliwość realizacji zaprogramowanych operacji spawania z powtarzalnością, jakiej nie można osiągnąć przy spawaniu ręcznym. System robota spawalniczego jest w stanie wykonać nawet tysiące powtarzalnych zadań spawalniczych, zachowując minimalne odchylenia między poszczególnymi ukończonymi zadaniami. System robota spawalniczego pozwala na wykonywanie zadań spawalniczych z jednolitą głębokością przetopu oraz z jednolitym i wytrzymałym połączeniem spawanym.
Współczesna przemysłowość czerpie mierzalne korzyści z systemu robota spawalniczego, opierając się na czterech podstawowych wymogach produkcji:
Wydajność: System robota spawalniczego może wykonywać zadania spawalnicze o 30–50 procent szybciej niż spawacz człowiek. Dodatkowo czas cyklu systemu robota spawalniczego jest stały, ponieważ system nie zmęcza się.
Jakość: Osiąga się spójność wyników, a wskaźnik wadliwości spoin wymagających dużej objętości produkcji obniża się nawet o 90 procent.
Bezpieczeństwo: System robota spawalniczego eliminuje narażenie pracowników na opary spawalnicze, promieniowanie UV oraz urazy wynikające z powtarzających się obciążeń.
Zwrot z inwestycji (ROI): Robot spawalniczy zmniejsza ilość odpadów i konieczność pracy w nadgodzinach oraz spłaca się w ciągu 12–24 miesięcy, ponieważ nie jest już wymagana wcześniejsza wysoka kwalifikacja pracowników.
Połączenie tych czynników wyjaśnia, dlaczego automatyzacja procesów spawania stała się niezbędnym elementem infrastruktury budującej przewagę konkurencyjną na rynku globalnym – od przemysłu motocyklowego i lotniczego po przemysł ciężkiego sprzętu.
Kluczowe komponenty systemu robota spawalniczego: sprzęt, oprogramowanie oraz wymagania integracyjne
System robota spawalniczego wykorzystuje połączenie specjalistycznego sprzętu i oprogramowania do zautomatyzowania procesów łączenia. Te komponenty muszą być ze sobą zsynchronizowane, aby zapewnić maksymalne bezpieczeństwo, spójność oraz powtarzalność w działaniu procesu spawania.
Podstawowy sprzęt: ramię robota, źródło mocy spawalniczej, palnik, pozycjoner oraz system bezpieczeństwa
Ramiona robota, zwykle te modele o sześciu osiach, które tak często widzimy, zapewniają rodzaj ruchu niezbędnego do precyzyjnego umieszczenia palnika spawalniczego dokładnie tam, gdzie jest to wymagane. Te systemy są połączone ze specjalnymi zasilaczami spawalniczymi, które kontrolują takie parametry jak poziom napięcia, natężenie prądu oraz przebiegi falowe, aby utrzymać stabilny łuk spawalniczy w trakcie całego procesu. W odniesieniu do rzeczywistych materiałów spawalniczych system palnika obsługuje przewód wypełniający do spawania metodą MIG lub specjalne elektrody nietopliwe stosowane w spawaniu metodą TIG, a także kontroluje przepływ gazu osłonowego. Pozycjoner części również pełni ważną rolę – pozwala na nachylanie lub obracanie elementów, aby zapewnić lepszy dostęp do spoin oraz wykorzystać siłę ciążenia przy utrzymywaniu kropli spawalniczej. Bezpieczeństwo jest wbudowane w system w postaci kotar świetlnych blokujących dostęp do strefy roboczej, strategicznie rozmieszczonych przycisków awaryjnego zatrzymania oraz ogrodzenia umieszczonego wokół stref niebezpiecznych. Wszystkie te środki bezpieczeństwa są zgodne ze standardami branżowymi, takimi jak ISO 10218-1 oraz ANSI/RJA R15.06, zapewniając bezpieczeństwo użytkowników pracujących z tym systemem.
Systemy sterowania ruchem są połączone z terminalami programowalnymi (teach pendants), symulacją programowania off-line oraz protokołami sprzężenia zwrotnego w czasie rzeczywistym.
Pultery programujące pozwalają na programowanie ścieżki spawania, umożliwiając operatorom rysowanie ścieżek bezpośrednio w systemie na stanowisku roboczym. Programowanie off-line można wykonać za pomocą oprogramowania do symulacji, takiego jak FANUC ROBOGUIDE i ABB RobotStudio. Pozwalają one inżynierom na programowanie i testowanie szczegółowych planów ścieżek bez przerywania produkcji operacyjnej w celu dostosowania przepływu pracy. Systemy sterowania ruchem zawierają funkcje adaptacyjnej korekcji ścieżki, które pozwalają systemowi automatycznie dostosowywać się do niestandardowych części. Wykonują one drobne korekty wzdłuż jednej lub więcej osi. EtherNet/IP i PROFINET to systemy sprzężenia zwrotnego i sterowania w czasie rzeczywistym. Monitorują i kontrolują napięcie oraz prąd łuku spawalniczego i szwu w czasie rzeczywistym. Pozwalają na korekcję procesów spawania w celu osiągnięcia określonej jakości z dokładnością ±0,1 mm. Nowoczesne rozwiązania oprogramowania integrują stałe maszyny oraz inteligentne urządzenia, które w czasie rzeczywistym reagują na potrzeby warsztatu produkcyjnego.
Zautomatyzowane procesy spawania: wybór metod spawania — spawanie metą Wік jet, spawanie laserowe, spawanie oporowe; proces spawania stanowi istotny etap w ramach całego procesu spawania
Przemysłowy zautomatyzowany proces spawania związany z systemem robota spawalniczego wpływa na jakość produktu, szybkość produkcji oraz koszty operacyjne. Dla masowej produkcji z użyciem grubej stali konstrukcyjnej i aluminium odpowiednie jest spawanie metodą MIG. Spawanie metodą TIG, charakteryzujące się kontrolą łuku i minimalnym rozpryskiem, stało się preferowaną metodą w przemyśle lotniczym, medycznym oraz przy spawaniu innych precyzyjnych cienkościennych materiałów. W przypadku spawania pasków baterii w pojazdach elektrycznych, gdzie kluczowe są temperatura i szybkość, preferowaną metodą jest spawanie laserowe, które może być nawet dziesięciokrotnie szybsze niż tradycyjne spawanie łukowe. Przemysł motocyklowy nadal wykorzystuje spawanie oporowe punktowe do budowy nadwozi samochodowych, ponieważ pojedynczy pojazd może wymagać aż 3500 indywidualnych punktów spawania wykonanych z precyzyjną kontrolą czasu i ciśnienia w ciągu milisekund. Przy wyborze odpowiedniej metody spawania producenci muszą uwzględnić rodzaj materiału spawanego i grubość połączenia, objętość produkcji, właściwości materiału spawanego oraz wymagania związane z obróbką po spawaniu.
Opcje architektury robotów obejmują: ramiona 6-osiowe z przegubami, systemy mostkowe oraz roboty współpracujące (cobots).
Przy wyborze robotów spawalniczych należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak ograniczenia przestrzenne, maksymalne obciążenia nośne oraz wymagany poziom precyzji. Najlepsze wyniki przy trudnych torach ruchu dają sześcioczłonowe roboty z przegubami obrotowymi. Przykładem mogą być spawanie okrężne rur wzdłuż ich odcinków lub montaż ram pojazdów. Takie maszyny potrafią powtarzać pozycję z dokładnością do 0,05 mm i zapewniają pełną swobodę ruchu nadgarstka. Z drugiej strony systemy mostowe oferują inne możliwości: choć charakteryzują się dużą sztywnością, mogą mieć długość nawet do 15 metrów. Nadają się do dużych projektów obejmujących wiele stref budowlanych, np. wznoszenie dużych wież turbin wiatrowych lub budowa statków. Roboty współpracujące (cobots) są przydatne w mniejszych projektach, w których operator musi znajdować się w zasięgu ręki od miejsca pracy. Cobots wykorzystują ograniczone siły w przegubach i są łatwe w programowaniu; wiele warsztatów nie wymaga specjalnego szkolenia do ich obsługi. W wielu instalacjach łączy się tradycyjne ramiona robotyczne z napędzanymi pozycjonerami, które obracają ciężkie lub niestandardowo ukształtowane elementy. Takie rozwiązanie zapewnia dobrą elastyczność, jednak nadal wymaga starannego planowania, ponieważ nośność tych układów waha się od 3 kg do 500 kg, a zasięg roboczy wynosi od 1 do 4 metrów w zależności od konfiguracji.
Kluczowe czynniki sukcesu wdrożenia systemu robota spawalniczego
Integracja systemu robota spawalniczego: zamknięcie luki między wdrożeniem sprzętu a oprogramowaniem
Sukces wdrożenia systemu zależy od tego, jak bezproblemowo sprzęgają się ze sobą sprzęt i oprogramowanie. Co roku magazyn Automation World zauważa, że jedną trzecią opóźnień w instalacjach robotów można przypisać problemom wynikającym z niekompatybilności sprzętu. Firmy muszą przeprowadzać symulacje cyfrowego bliźniaka, aby określić, w jaki sposób ich sterowniki komunikują się z czujnikami i sprzętem spawalniczym przed rozpoczęciem procesu instalacji. Na przykład kotwice świetlne wymagają testów w warunkach rzeczywistych w celu sprawdzenia środków bezpieczeństwa, a nie testów w laboratorium. Korzystanie z modułowego podejścia do standardowych protokołów jest korzystne. Zastosowanie OPC UA w połączeniu ze standardową logiką IEC 61131-3 zapewnia elastyczną komunikację między poszczególnymi komponentami systemu, umożliwiając producentom utrzymanie modularności i skalowalności swojego systemu w trakcie głównych modernizacji automatyzacji fabrycznej. Jednak niewystarczające planowanie integracji wiąże się z wysokimi kosztami, szczególnie w branży spawalniczej, pozostawiając szereg problemów.
Uwagi dotyczące personelu: szkolenie operatorów, podnoszenie kwalifikacji pracowników ds. konserwacji oraz zarządzanie zmianami
Nowe systemy odnoszą sukces tylko wtedy, gdy osoby z nimi współpracujące są na nie przygotowane. Pracownicy muszą rozumieć cel działania danego systemu i dostosować się do jego wymogów technicznych. Operatorzy muszą czuć się pewnie podczas korzystania z urządzenia sterującego (teach pendant) oraz oprogramowania programistycznego. Pracownicy ds. konserwacji muszą zrozumieć nowy zakres umiejętności wymaganych do oceny czasu życia kontrolerów połączonych w sieć. Pracownicy pozytywnie reagują na restrukturyzację organizacyjną. Niektóre firmy zauważyły nawet, że dzięki zastosowaniu metod szkoleniowych obejmujących różne dziedziny udało się przyspieszyć wdrożenie o 40%. Regularne, zaplanowane aktualizacje ustawień systemu zapewniają zgodność między pracownikami a systemem oraz poprawiają funkcjonowanie całej organizacji. Pracownicy stają się zwolennikami ulepszeń operacyjnych w całym systemie.
Często zadawane pytania
Czym jest system robota spawalniczego?
System robota spawalniczego to zautomatyzowane rozwiązanie spawalnicze, które integruje oprogramowanie, ramiona robotyczne, ustawienia palnika oraz jednostki zasilania spawalniczego.
Dlaczego systemy robotów spawalniczych są stosowane w przemyśle?
Systemy robotów spawalniczych są stosowane w przemyśle ze względu na poprawę jakości, produktywności, bezpieczeństwa oraz zwrotu z inwestycji (ROI), w tym na zwiększenie efektywności czasowej i precyzji oraz zmniejszenie błędów ludzkich w zastosowaniach wymagających dużej liczby spoin.
Jakie elementy tworzą zautomatyzowany system spawalniczy?
Zautomatyzowany system spawalniczy składa się z ramion robotycznych, źródeł zasilania spawalniczego, palników spawalniczych, pozycjonerów spawalniczych oraz elementów bezpieczeństwa, a także oprogramowania.
Jakie metody spawania można zautomatyzować przy użyciu tych systemów?
W zależności od wymaganej jakości, prędkości i kosztów zastosowania te systemy mogą być wykorzystywane do zautomatyzowanego spawania metodami MIG, TIG, laserowego oraz spawania oporowego punktowego.
Jakie problemy należy rozwiązać przy zautomatyzowaniu systemów spawalniczych?
W trakcie wdrażania automatyzacji systemów spawalniczych kluczowe znaczenie mają integracja, szkolenia, współdziałanie systemów oraz zarządzanie zmianami na miejscu pracy.