EN
Что такое система сварочного робота? Определение, основная функция и значение в промышленности
Система сварочного робота состоит из роботизированной руки, источника сварочного тока, сварочной горелки и контроллера/программного обеспечения для управления, все эти компоненты позволяют сварщику выполнять автоматизированную сварку. В отличие от промышленных сварочных аппаратов, при использовании которых оператор должен присутствовать для контроля процесса сварки, система сварочного робота способна выполнять сварочные операции без надзора оператора. Ключевое преимущество системы сварочного робота заключается в возможности выполнения запрограммированных сварочных операций с уровнем повторяемости, недостижимым при ручной сварке. Система сварочного робота способна выполнять даже тысячи однотипных сварочных задач, сохраняя минимальные отклонения между завершёнными операциями. Система сварочного робота обеспечивает стабильную глубину проплавления и формирование однородного, прочного сварного соединения.
Современная промышленность получает ощутимые преимущества от применения системы сварочного робота, основанные на следующих четырёх обязательных требованиях производства:
Производительность: Система сварочного робота может выполнять сварочные задачи на 30–50 % быстрее, чем человек-сварщик. Кроме того, цикловое время работы системы сварочного робота остаётся стабильным, поскольку система не устаёт.
Качество: Достигается стабильность результатов, а доля брака снижается до 90 % для сварных швов, требующих высокого объёма производства.
Безопасность: Система сварочного робота исключает присутствие персонала в зоне воздействия сварочного аэрозоля, ультрафиолетового излучения и травм, вызванных повторяющимися нагрузками.
Возврат инвестиций (ROI): Сварочный робот сокращает объёмы брака и необходимость в сверхурочной работе и окупается в течение 12–24 месяцев, поскольку теперь не требуется дорогостоящий квалифицированный труд.
Именно сочетание этих факторов делает автоматизацию сварки неотъемлемой частью инфраструктуры, обеспечивающей конкурентное преимущество на мировом рынке — от автомобильной и авиакосмической промышленности до производства тяжёлого оборудования.
Ключевые компоненты системы сварочного робота: аппаратное обеспечение, программное обеспечение и требования к интеграции
Система сварочного робота использует комбинацию специализированного оборудования и программного обеспечения для автоматизации процессов соединения. Эти компоненты должны быть согласованы между собой, чтобы обеспечить оптимальный уровень безопасности, стабильности и воспроизводимости при выполнении сварочных операций.
Основные компоненты оборудования: роботизированная рука, источник сварочного тока, сварочная горелка, позиционер и система безопасности
Роботизированные манипуляторы, как правило, шестизвенные модели, которые мы так часто видим, обеспечивают необходимый тип движения для точного позиционирования сварочных горелок в требуемых местах. Эти системы подключаются к специализированным сварочным источникам питания, управляющим такими параметрами, как уровень напряжения, сила тока и форма волны, что позволяет поддерживать стабильную сварочную дугу на протяжении всего процесса. Что касается сварочных материалов, то система горелки работает либо с проволокой для сварки методом MIG, либо со специальными неплавящимися электродами, применяемыми при сварке методом TIG, а также управляет подачей защитного газа. Позиционеры заготовок также играют важную роль: они наклоняют или поворачивают детали, обеспечивая лучший доступ к сварным швам и позволяя использовать силу тяжести при формировании сварочной ванны. Система оснащена встроенными средствами безопасности: световыми завесами, блокирующими доступ в рабочую зону, аварийными кнопками «Стоп», расположенными в стратегически важных местах, и ограждениями вокруг опасных участков. Все эти меры безопасности соответствуют отраслевым стандартам, таким как ISO 10218-1 и ANSI/RIA R15.06, что гарантирует безопасность пользователей, работающих с системой.
Системы управления движением интегрированы с пультами ручного управления, программированием вне линии с имитацией и протоколами обратной связи в реальном времени.
Пульты управления позволяют программировать траекторию сварки, позволяя операторам непосредственно рисовать траектории на системе прямо на рабочем месте. Офлайн-программирование может выполняться с помощью программного обеспечения для моделирования, например, FANUC ROBOGUIDE и ABB RobotStudio. С их помощью инженеры могут программировать и тестировать надёжные траектории без остановки производственного процесса. Системы управления движением включают функции адаптивной коррекции траектории, которые позволяют системе автоматически компенсировать неоднородность деталей. Они вносят мельчайшие корректировки по одной или нескольким осям. EtherNet/IP и PROFINET — это системы обратной связи и управления в реальном времени. Они осуществляют мониторинг и управление напряжением и током при дуговой сварке и сварке швов в режиме реального времени. Они обеспечивают коррекцию процесса сварки для достижения заданного качества с точностью ±0,1 мм. Современные программные решения интегрируют стационарное оборудование и интеллектуальные устройства, способные в режиме реального времени реагировать на потребности производственной площадки.
Автоматизированные процессы сварки: выбор методов сварки — сварка струёй металла, лазерная сварка, контактная сварка сопротивлением; процесс сварки в рамках сварочного процесса является важнейшим этапом
Промышленный автоматизированный процесс сварки, связанный с системой сварочного робота, оказывает влияние на качество продукции, скорость производства и эксплуатационные затраты. Для серийного производства толстостенных конструкционных сталей и алюминия подходит сварка методом MIG. Сварка методом TIG, обеспечивающая точный контроль дуги и минимальное разбрызгивание, стала предпочтительным методом в аэрокосмической, медицинской и других отраслях, где требуются высокая точность и работа с тонкостенными материалами. При сварке выводов аккумуляторных элементов в электромобилях, где критически важны тепловое воздействие и скорость, предпочтительным методом является лазерная сварка, поскольку она может быть в 10 раз быстрее традиционной дуговой сварки. Автомобильная промышленность по-прежнему использует контактную точечную сварку для изготовления кузовов автомобилей, поскольку для одного транспортного средства может потребоваться до 3500 отдельных сварных точек, выполненных с высокой точностью по времени и давлению в течение миллисекунд. При выборе подходящего сварочного метода производители должны учитывать тип свариваемого материала и толщину соединения, объём производства, физико-механические свойства свариваемого материала, а также требования к изделию после сварки.
Варианты архитектуры роботов включают: 6-осевые шарнирные манипуляторы, порталные системы и совместно работающих роботов (коботов).
При выборе сварочных роботов необходимо учитывать такие факторы, как ограничения по занимаемому пространству, грузоподъёмность и требуемый уровень точности. Наиболее эффективны шестизвенных шарнирных роботов при выполнении сложных траекторий. Например, при кольцевой сварке труб вдоль трассы прокладки труб или при сборке каркасов транспортных средств. Эти машины способны повторять заданное положение с точностью до 0,05 мм и обеспечивают полную манипуляцию запястьем. В противоположном случае системы портальных роботов предлагают иной подход. Обладая высокой жёсткостью, они могут достигать длины до 15 метров. Такие системы применяются при реализации крупных проектов, охватывающих несколько строительных участков, например, при возведении большой ветряной электростанции или судна. Коллаборативные роботы (коботы) целесообразно использовать в небольших проектах, где оператор должен находиться в пределах досягаемости рабочей зоны. Коботы оснащены ограничителями силы в сочленениях и просты в программировании. Для работы с ними во многих мастерских не требуется специальной подготовки. Во многих установках традиционные роботизированные манипуляторы комбинируют с моторизованными позиционерами, поворачивающими тяжёлые или нестандартные по форме компоненты. Такой подход обеспечивает хорошую гибкость, однако тщательное планирование остаётся необходимым, поскольку грузоподъёмность варьируется от 3 кг до 500 кг, а рабочая зона — от 1 до 4 метров в зависимости от конфигурации.
Ключевые факторы успеха при внедрении системы сварочного робота
Интеграция системы сварочного робота: устранение разрыва между развертыванием аппаратного и программного обеспечения
Успех развертывания системы зависит от того, насколько бесшовно согласованы аппаратное и программное обеспечение. Каждый год журнал Automation World отмечает, что одну треть задержек при установке роботов вызывают проблемы, обусловленные несовместимостью аппаратного обеспечения. Компании должны проводить цифровое двойничное моделирование, чтобы определить, как их контроллеры взаимодействуют с датчиками и сварочным оборудованием до начала процесса установки. Например, световые завесы требуют полевых испытаний для проверки мер безопасности, а не лабораторных тестов. Применение модульного подхода к стандартным протоколам является выгодным. Использование OPC UA в сочетании со стандартной логикой IEC 61131-3 обеспечивает гибкую связь между компонентами системы, позволяя производителям сохранять модульность и масштабируемость своей системы на протяжении всех основных модернизаций автоматизации производства. Однако недостаточное планирование интеграции влечет за собой высокие затраты, особенно в сварочной отрасли, порождая множество проблем.
Вопросы, связанные с персоналом: обучение операторов, повышение квалификации технического персонала и управление изменениями
Новые системы оказываются успешными только в том случае, если те, кто с ними взаимодействует, готовы к их использованию. Сотрудники должны осознавать цель внедрения системы и адаптироваться к её техническим требованиям. Операторы должны чувствовать себя уверенно при работе с пультом управления (teach pendant) и программным обеспечением для программирования. Технический персонал должен понимать новый набор навыков, необходимых для оценки срока службы сетевых контроллеров. Работники положительно реагируют на организационные изменения. Некоторые компании отмечают, что применение междисциплинарных методов обучения позволило повысить скорость внедрения на 40 %. Регулярные, запланированные обновления параметров системы обеспечивают согласованность между сотрудниками и системой, а также улучшают эксплуатацию по всей организации. Сотрудники становятся сторонниками операционных улучшений в рамках всей системы.
Часто задаваемые вопросы
Что такое система сварочного робота?
Система сварочного робота — это автоматизированное сварочное решение, объединяющее программное обеспечение, роботизированные манипуляторы, комплекты горелок и источники сварочного тока.
Почему системы сварочных роботов используются в промышленности?
Системы сварочных роботов применяются в промышленности для повышения качества, производительности, безопасности и рентабельности инвестиций (ROI), включая экономию времени и высокую точность, а также снижение количества ошибок, допускаемых человеком при выполнении большого объёма сварных соединений.
Из каких элементов состоит автоматизированная сварочная система?
Автоматизированная сварочная система состоит из роботизированных манипуляторов, источников сварочного тока, сварочных горелок, сварочных позиционеров и элементов безопасности, а также программного обеспечения.
Какие методы сварки автоматизируются с помощью этих систем?
В зависимости от требуемых качества, скорости и стоимости применения эти системы могут использоваться для автоматизации сварки методами MIG, TIG, лазерной сварки и контактной точечной сварки.
Какие вопросы необходимо решить при автоматизации сварочных систем?
При внедрении автоматизации сварочных систем чрезвычайно важны интеграция, обучение персонала, совместимость систем и управление изменениями на рабочем месте.