EN
Componentele principale ale sistemelor de robot sudură și cazurile de utilizare industrială
Elementele cheie de echipament: manipulatorul, controllerul și sursa de putere pentru sudură
Trei componente hardware esențiale alcătuiesc un sistem de robot de sudură: manipulatorul, controllerul și sursa de energie. Manipulatoarele pot lua forma unui braț robotic, iar varianta cu șase axe este cea mai frecvent întâlnită. Aceste componente includ articulații acționate de servomotoare și reductoare de înaltă precizie, care permit o comandă de mișcare de mare fidelitate. Aceste brațe pot controla, de asemenea, traiectorii de sudură în 3D, ceea ce le conferă o mare versatilitate în rezolvarea problemelor de sudură care implică o varietate largă de îmbinări și dimensiuni. Controllerul gestionează toate operațiunile și răspunde rapid la modificările care au loc în timpul procesului de sudură. El primește instrucțiuni transmise din programe integrate (sau din dispozitive de programare manuală) și controlează sistemul robotic pentru a efectua operațiunile de sudură. Sursa de energie pentru sudură generează și menține arcul de sudură pentru realizarea îmbinărilor. În timpul unei operațiuni de sudură, aceasta controlează protecția cu gaz, viteza de alimentare a sârmei de sudură, precum și curentul și tensiunea de sudură. Se iau în considerare tipul de îmbinare prelucrată, grosimea și tipul metalului, precum și tehnica de sudură cea mai potrivită pentru aplicația respectivă. Combinarea acestor componente creează o soluție de sudură automatizată extrem de fiabilă. Aceste sisteme de roboți de sudură sunt utilizate pentru fabricarea ansamblurilor auto și a mașinilor mari, a structurilor cadru și a componentelor acestora, precum și pentru efectuarea unor sarcini de sudură care necesită un grad ridicat de consistență a calității.
Integrarea software-ului și a perifericelor: sisteme de viziune, senzori și interfețe de siguranță
Fabricile moderne sunt compuse dintr-un ansamblu de componente hardware și soluții software inteligente. De exemplu, sistemele ghidate de vizualizare sunt capabile să identifice îmbinări dificile și să urmărească liniile de sudură care se mișcă în mod continuu, folosind camere calibrate și sisteme de detectare a marginilor. Aceste sisteme pot recalibra singure traseele lor și scutesc utilizatorul de necesitatea recalibrării manuale de fiecare dată. Senzorii de proces pot transmite modificări ale nivelurilor de tensiune ale arcului electric, precum și măsurători ale temperaturii și ale curentului către controllerul central. Acest controller este capabil să efectueze modificări ale proceselor în mai puțin de un secundă. Producătorii vor integra, de asemenea, sisteme conforme standardelor ISO 10218 și RIA 15.06, care opresc mișcarea unei mașini pentru a proteja operatorul atunci când acesta se află la o anumită distanță față de mașină. Aceste componente includ cortine luminoase, sisteme PLC special certificate și circuite pentru oprire de urgență, care sunt redundante. Un studiu publicat anul trecut în Journal of Manufacturing Systems a raportat că integrarea tuturor componentelor avansate ale unei fabrici a condus la un proces de fabricație care a redus numărul de defecte la sudură de la o medie de 37 la zero, iar fabrica a funcționat cu o viteză mai mare.
Considerații importante la alegerea unui sistem de robot de sudură
Luați în considerare tipul de îmbinare, grosimea materialului și volumul prevăzut de producție
Alegerea sistemului potrivit implică înțelegerea cerințelor specifice ale aplicației de sudură. Pentru lucrări de sudură precum sudurile de colț în mai multe treceri sau sudurile de rost îngust, sunt necesare roboți capabili să execute mișcări complexe și suduri precise. Totuși, pentru realizarea unor suduri de suprapunere simple, o configurație simplă poate fi suficientă. Pentru materiale cu grosime sub 3 mm, pentru a evita perforarea materialului, se poate utiliza o metodă de reducere a căldurii, cum ar fi sudarea GMAW cu impulsuri sau utilizarea unui laser de sudură în combinație cu un alt proces. Pentru secțiuni cu grosime peste 25 mm, metodele de sudură care folosesc un model rapid de umplere și balansare pot fi mai adecvate. Volumul producției reprezintă, de asemenea, un factor semnificativ în luarea deciziei. Producătorii care realizează peste 10.000 de unități pe lună pot considera cost-eficientă achiziționarea unor roboți rapizi cu 6 axe, echipați cu funcții avansate de urmărire a rostului și alte caracteristici de automatizare. În schimb, producătorii cu volume mai mici de producție, dar cu o varietate mai mare de produse, pot obține beneficii mai mari dintr-o soluție modulară și flexibilă. Conform raportului publicat anul trecut de Fabricators Journal, aproximativ 30% dintre problemele legate de sudura robotică sunt cauzate de forma îmbinării, care nu este compatibilă cu capacitățile robotului. Din acest motiv, este esențial să se culeagă, încă de la început, cerințele reale ale aplicației de sudură.
Capacitate de încărcare, rază de acțiune și repetabilitate pentru sudură de precizie
Capacitatea de încărcare trebuie să țină cont de toată echipamentul, cablurile și uneltele atașate. În funcție de tipul lucrării, cerințele privind capacitatea de încărcare pot fi de aproximativ 5 kg pentru operațiunile standard de sudură cu arc. Domeniul de acțiune (reach) determină volumul spațiului în care sistemul poate lucra. Proiectele de construcții navale necesită, de obicei, o rază de acțiune orizontală de 3 metri sau mai mult, în timp ce proiectele care implică asamblarea componentelor, cum ar fi lucrul pe piese auto, necesită doar 1,4–1,8 metri. Cel mai important factor este repetabilitatea, adică precizia cu care robotul poate reveni în aceeași poziție cu aceeași acuratețe, iar specificațiile pot fi extrem de riguroase. Aplicațiile din domeniul aerospace și al dispozitivelor medicale vizează toleranțe de fabricație de ±0,05 mm. Sistemele capabile să mențină o poziție termică stabilă la 150 de grade Celsius elimină, de asemenea, necesitatea de reprelucrare datorită deriverii termice. Raportul de producție IMTS 2023 arată că, atunci când domeniul de acțiune și repetabilitatea sunt proiectate eficient, nevoia de dispozitive complexe de fixare a pieselor scade cu 27%, iar numărul de defecțiuni se reduce cu 40%.
Adaptarea unui sistem de robot de sudură la fluxul de producție
Proiectarea celulei, dispozitivele de fixare și integrarea PLC
Înainte de a începe să încercați integrarea celulelor de sudură, trebuie să proiectați aceste celule în jurul fluxului de lucru real. Asigurați-vă că planificați amplasarea cu un spațiu liber de cel puțin 1,5 ori mai mare decât distanța maximă de întindere a robotului în jurul spațiului de sudură. Acest spațiu va satisface cerințele de siguranță și întreținere conform standardului ANSI/RIA R15.06. De asemenea, facilitează transportul materialelor în jurul spațiului de lucru și oferă mai mult spațiu pentru tehnicienii dumneavoastră. Dilatarea termică a dispozitivelor de fixare reprezintă o problemă majoră. Fixarea prea strânsă a dispozitivelor de sudură pentru aluminiu și oțel inoxidabil duce la o mare parte — aproximativ 15% — dintre problemele de sudură, conform cercetării recente FabTech 2023. Pentru ca integrarea să fie un succes, trebuie să abordăm comunicarea cu PLC-ul. Majoritatea lumii folosește EtherCAT sau Profinet, care permit o comunicare mai rapidă între PLC, sistemele de viziune și controlerele robotului. Aceste protocoale reduc, de asemenea, timpul necesar configurării unei sarcini de integrare cu aproximativ 40% și măresc eficiența generală a liniilor de producție.
Fixturarea modulară folosește plăci de bază și dispozitive de poziționare pentru a facilita reconfigurarea rapidă în funcție de diferite familii de piese
Unul dintre modurile de prevenire a erorilor care a fost adoptat este utilizarea buclelor de reacție care folosesc senzori. Un exemplu este utilizarea senzorilor de proximitate, care pot detecta prezența unei piese înainte de începerea următorului ciclu operațional
Gestionarea integrată a cablurilor constă în rutarea alimentării electrice, a semnalelor și a gazelor, cu suporturi ecranate și protejate împotriva solicitărilor mecanice pentru a reduce interferențele electromagnetice (EMI) asupra semnalelor de comandă
Formarea personalului și planificarea perioadei estimate pentru obținerea rentabilității investiției, începând de la momentul finalizării unei schimbări de configurație
Pentru ca automatizarea robotică să fie de succes, abilitățile umane și echipamentele adecvate sunt la fel de importante. Prin instruirea pe care o oferim echipei de întreținere și sudorilor, aceștia devin capabili să execute una dintre cele mai importante sarcini perturbatoare din noul proces: modificarea parametrilor pentru optimizarea sarcinii și depistarea defecțiunilor echipamentului. Această instruire reduce timpul de schimbare de la o sarcină la alta cu până la 30%. În aplicația de automatizare a sudurii, rentabilitatea așteptată a investiției se bazează pe mai mulți factori, printre care reducerea așteptată a costurilor de muncă pentru sudură cu 75 USD pe om-oră, reducerea rebuturilor, calitatea constantă a tuturor sudurilor produselor și posibilitatea de a urmări fiecare produs în cadrul procesului de fabricație. Pe baza experienței noastre acumulate în numeroase aplicații și companii diferite, ne așteptăm ca investiția lor să se amortizeze într-un interval de 18–24 luni de la lansare, cu infrastructura adecvată construită și procesele suportive implementate.
Cadre de competențe cu certificate ierarhizate în funcție de funcțiile de job (de exemplu, operator care evoluează către programator, apoi către integrator)
Utilizarea tehnologiei digital twin, care permite simulări digitale pentru planificarea offline a traiectoriilor și programarea fără coliziuni, fără a opri linia de producție
Implementarea tablourilor de bord OEE pentru ilustrarea producției reale comparativ cu cea planificată, în ceea ce privește timpul efectiv de arc, disponibilitatea, performanța, calitatea și pierderile
Întreținerea programată și proactivă îmbunătățește timpul mediu între defecțiuni cu 35%. Platformele de analiză a sudurii, care analizează modelele de sfrântură, modificările de tensiune și viteza de deplasare, reduc ratele de rebut cu 22% în producția mixtă.
Obținerea unei performanțe optime și a unei fiabilități pe termen lung pentru sistemul dumneavoastră de roboți de sudură
Întreținerea programată și ajustarea parametrilor arcului
Obținerea unor rezultate fiabile provine din efectuarea întreținerii necesare, nu din așteptarea ca lucrurile să cedeze mai întâi. Aceasta include respectarea specificațiilor de ungere pentru articulațiile axelor și efectuarea întreținerii motoarelor servo și a cablurilor circuitului. Conform cercetării din 2023 (referință preferată), această abordare elimină de fapt aproximativ jumătate din toate opririle neplanificate. Un alt aspect esențial este ajustarea parametrilor de sudură, atunci când este necesar.
Îmbunătățiri bazate pe date prin monitorizarea OEE și analiza calității sudurii
În contextul monitorizării OEE, ceea ce abordăm este fiabilitatea, care depășește reprezentarea sa ca metrică de întreținere și include potențialul de creștere prin îmbunătățirea continuă. Sistemul înregistrează datele în cazurile în care arcurile sunt menținute pe perioade îndelungate, identifică problemele în care efectorul final deviază de la traiectoria intenționată și înregistrează incidentele de suprasarcină termică. Folosind aceste date, sistemul corelează performanța operației în raport cu cele ale altor operatori care efectuează aceeași sarcină și identifică eventualele probleme înainte ca acestea să se agraveze. În domeniul sudurii, inteligența artificială își extinde capacitățile pentru a analiza modificările în formarea și comportamentul stropilor de sudură. Aceasta leagă problemele legate de stropi, uzura duzei și eroziunea vârfului de contact, precum și fluxul de gaz. Unitățile de producție cu experiențe variate în fabricație raportează o reducere aproximativă de 40% a timpului mediu de reparație, iar rata de acceptare de peste 98% pentru finalizarea primului sudură este noua normă.
Întrebări frecvente
1. Care sunt componentele principale ale unui sistem de robot de sudură?
Un sistem de robot de sudură este compus din trei componente principale: manipulator, controller și sursă de alimentare pentru sudură. Aceste componente lucrează împreună pentru a efectua sarcini automate de sudură cu o precizie și o consistență ridicate.
2. Cum sprijină software-ul sistemele de roboți de sudură?
Software-ul, combinat cu hardware-ul, îmbunătățește performanța sistemelor de roboți de sudură. Rezultate superioare în sudură, timpi mai scurți de configurare și capacitatea de a respecta cerințele de siguranță pot fi obținute prin utilizarea sistemelor de viziune, a senzorilor și a interfețelor de siguranță.
3. Ce factori sunt importanți la alegerea unui sistem de robot de sudură?
Factorii de luat în considerare la alegerea unui sistem de robot de sudură sunt tipul de îmbinări de sudură, grosimea materialelor care urmează să fie asamblate, dimensiunea lotului de producție, precum și sarcina utilă, distanța de lucru și repetabilitatea necesare.
4. Care sunt avantajele integrării roboților de sudură?
Avantajele integrării roboților de sudură constau în capacitatea de a proiecta configurația celulei, dispozitivele de fixare și comunicarea cu PLC-ul. O integrare bună conduce la timpi de configurare mai scurți, la o eficiență crescută în fluxul de lucru și la atingerea în timp util a obiectivelor operaționale.
5. Cum se pot îmbunătăți performanța și fiabilitatea roboților de sudură?
Roboții de sudură mai fiabili și cu performanțe superioare pot fi obținuți dacă întreținerea programată este asociată cu ajustarea parametrilor arcului. Realizarea unor îmbunătățiri bazate pe date, pe baza analizei indicelui OEE și a evaluării calității sudurii, poate duce la o îmbunătățire continuă.