EN
Huvudkomponenter i svetsrobotsystem och industriella användningsområden
Viktiga hårdvarukomponenter: Manipulator, styrenhet och svetskraftkälla
Ett svetsrobotsystem består av tre kärnhårdvarukomponenter: manipulatorn, styrenheten och strömkällan. Manipulatorer kan ha formen av en robotarm, där varianten med sex axlar är den vanligaste implementationen. Dessa komponenter innehåller servodrivna leder och högprecisionsskruvdrivningar för att möjliggöra mycket exakt rörelsestyrning. Dessa armar kan även styra 3D-svetssväggar, vilket gör dem mycket mångsidiga vid lösning av svetsproblem som innefattar ett stort antal olika fogtyper och storlekar. Styrenheten styr alla operationer och är mycket responsiv mot förändringar som sker under svetsprocessen. Den tar emot instruktioner från inbäddade program (eller lärsändare) och styr det robotiska systemet för att utföra svetsoperationer. Svetsströmkällan genererar och upprätthåller svetsbågen för att slutföra fogarna. Under en svetsoperation styr den gasbeskyddet, tillförselhastigheten för svetstråden samt svetsströmmen och -spänningen. Den tar hänsyn till fogtypen, metaltyckleken och -typen samt den svetsteknik som är mest lämplig för tillämpningen. Kombinationen av dessa komponenter skapar en mycket pålitlig, automatiserad svetslösning. Dessa svetsrobotsystem används för att tillverka bilarmonter, stora maskiner, konstruktionsramar och komponenter samt för att utföra svetsuppgifter som kräver en hög grad av kvalitetskonsekvens.
Programvara och periferiintegration: visionssystem, sensorer och säkerhetsgränssnitt
Moderna fabriker består av en rad hårdvarukomponenter och smarta programvarulösningar. Synstyrda system, till exempel, kan hitta svåra fogar och följa sömnadslinjer som ständigt rör sig genom att använda kalibrerade kameror och kantdetekteringssystem. Dessa system kan justera sina banor automatiskt och sparar användaren för att behöva göra det manuellt varje gång. Processsensorer kan kommunicera ändringar i spänningsbågnivåer samt mätvärden för värme och ström till den centrala styrenheten. Denna styrenhet kan göra ändringar i processerna på under en sekund. Tillverkare integrerar också system som uppfyller ISO 10218 och RIA 15.06 och stoppar en maskins rörelse för att skydda en operatör när denne befinner sig inom ett visst avstånd från maskinen. Dessa komponenter är ljusförhänge, särskilt godkända PLC-system samt redundanta kretsar för nödstopp. En studie i Journal of Manufacturing Systems som publicerades förra året rapporterade att integrationen av alla avancerade komponenter i en fabrik resulterade i en tillverkningsprocess som minskade antalet defekter i en svets från ett genomsnitt på 37 till noll, och att fabriken kunde drivas snabbare.
Viktiga överväganden vid val av svetsrobotsystem
Överväg typen av fog, materialets tjocklek och den förväntade produktionsvolymen
Att välja rätt system innebär att förstå de specifika kraven för svettningsapplikationen. Robotar som kan utföra komplicerade rörelser och noggranna svetsningar krävs för svettningsuppgifter såsom flerpasskant-svetsningar eller spetsvinkelna skarvsvarv med smala mellanrum. En enkel installation kan dock vara tillräcklig för att producera enkla överlappningssvetsningar. För material tunnare än 3 mm, för att undvika att bränna igenom materialet, kan en metod för att minska värmen användas, till exempel pulserad GMA-svetsning eller användning av en svetslaser i kombination med en annan process. För sektioner större än 25 mm kan svettningsmetoder som använder ett snabbt fyllnings- och svep mönster vara mer lämpliga. Produktionsvolymen är också en betydande faktor vid beslutstagandet. Tillverkare som producerar mer än 10 000 enheter per månad kan finna det kostnadseffektivt att köpa höghastighetsrobotar med sex axlar som inkluderar sömningsföljning och andra automatiseringsfunktioner. Å andra sidan kan tillverkare med mindre produktionsvolymer men större produktvariation dra större nytta av en modulär och flexibel lösning. Enligt Fabricators Journal rapporterades förra året att cirka 30 % av problemen med robotbaserad svetsning beror på att fogformen är inkompatibel med robotens kapaciteter. Av denna anledning är det mycket viktigt att redogöra för de faktiska kraven för svettningsapplikationen redan från början.
Lastkapacitet, räckvidd och upprepbarhet för precisionsvetsning
Lastkapaciteten måste ta hänsyn till all utrustning, kablar och anslutna verktyg. Beroende på arbetet kan lastkraven vara cirka 5 kg för standardbågsvetsningsarbeten. Räckvidden avgör det volymutrymme som systemet kan arbeta inom. Skeppsbyggnadsprojekt kräver vanligtvis minst 3 meter horisontell räckvidd, medan projekt som innefattar montering av komponenter, till exempel arbete på bilkomponenter, endast kräver 1,4–1,8 meter. Den mest betydelsefulla faktorn är upprepbarhet – den precision med vilken roboten kan återvända till samma position med samma noggrannhet – och specifikationerna kan vara mycket strikta. Tillämpningar inom luft- och rymdfart samt medicintekniska apparater syftar till tillverkningsundervisningar på ±0,05 mm. System som kan bibehålla en termisk position vid 150 grader Celsius eliminerar också omarbete orsakat av termisk drift. Enligt IMTS:s tillverkningsrapport från 2023 minskas behovet av komplex arbetsuppspänning med 27 % och antalet defekter med 40 % när räckvidd och upprepbarhet är effektivt utformade.
Att integrera ett svetsrobotsystem i en produktionsarbetsflöde
Cellutformning, fästutrustning och PLC-integration
Innan du börjar försöka integrera svetscellerna måste du utforma cellerna kring den faktiska arbetsflödesprocessen. Se till att du planerar din layout med minst 1,5 gånger robotens maximala räckvidd fri runt ditt svetsarbetsområde. Detta uppfyller säkerhets- och underhållskraven enligt ANSI/RIA R15.06. Det underlättar också transporten av material runt arbetsområdet och ger dina tekniker mer plats. Termisk utvidgning av fästutrustning är en stor fråga. Att spänna fast aluminium- och rostfritt stål i svetsfästen är för hårt, vilket enligt nylig forskning från FabTech 2023 resulterar i majoriteten av svetsproblem – cirka 15 %. För att integrationen ska bli framgångsrik måste vi hantera PLC-kommunikationen. De flesta delar av världen använder EtherCAT eller Profinet, vilket möjliggör snabbare kommunikation mellan PLC:er, visionssystem och robotstyrningar. Detta minskar också tiden för att sätta upp en integrationsuppgift med cirka 40 % och ökar den totala effektiviteten i produktionslinjerna.
Modulära spännanordningar använder basplattor och positioneringsanordningar för att underlätta snabb omkonfigurering för olika delgrupper
Ett sätt att förhindra fel, som har antagits, är användningen av återkopplingsloopar som använder sensorer. Ett exempel är användning av närhetssensorer som kan upptäcka om en del finns på plats innan nästa driftscykel påbörjas
Integrerad kabelförvaltning består av routade kraft-, signal- och gasledningar med skärmade, dragbelastningsavlastade bärdon för att minska elektromagnetisk störning (EMI) på styrsignalerna
Personalutbildning och planering för den förväntade tidsramen för avkastning på investeringen från och med det tillfälle då en omställning är slutförd
För att robotautomatisering ska lyckas är både människors kompetens och rätt utrustning lika viktiga. Genom den utbildning vi ger underhållslaget och svetsarna kan de utföra en av de viktigaste störande uppgifterna i den nya processen: ändra parametrar för att optimera uppgiften och felsöka utrustningen. Denna utbildning minskar omställningstiderna med upp till 30 %. I applikationen för svetsautomatisering beror den förväntade avkastningen på investeringen på flera faktorer, bland annat den förväntade minskningen av svetsarbetskostnader med 75 USD per man-timme, minskad skrotproduktion, konsekvent kvalitet på alla produktsvetsar samt möjligheten att spåra varje produkt genom tillverkningsprocessen. Baserat på vår erfarenhet från många olika applikationer och företag förväntar vi oss en avkastning på investeringen inom 18–24 månader från start, förutsatt att den lämpliga infrastrukturen är på plats och stödjande processer har införts.
Kompetensramverk med nivåbaserade certifieringar baserade på yrkesfunktioner (t.ex. operatör som utvecklas till programmerare och sedan till integratör)
Användning av digital-tvilling-teknik, vilket möjliggör digitala simuleringar för off-line-banplanering och kollisionsfri programmering utan att stänga ner produktionslinjen
Införande av OEE-instrumentpaneler för att visa faktisk kontra planerad produktion vad gäller båg-på-tid, tillgänglighet, prestanda, kvalitet och förluster
Schemalagd, proaktiv underhållsverksamhet förbättrar genomsnittlig tid mellan fel med 35 %. Plattformar för svetsanalys, som analyserar sprutmönster, förändringar i spänning och färdhastighet, minskar utslagsgraden med 22 % vid blandad produktion.
Uppnå optimal prestanda och långsiktig pålitlighet för ditt svetsrobotsystem
Schemalagt underhåll och justering av bågparametrar
Att uppnå tillförlitliga resultat beror på att utföra nödvändig underhållsarbete i stället för att vänta tills saker går sönder. Detta innebär att följa smörjningsanvisningarna för axelgångar samt utföra underhåll på servomotorer och kretskablar. Enligt (prefererad källa) 2023-undersökning eliminerar detta faktiskt ungefär hälften av alla oväntade stopp. En annan viktig aspekt är att justera svetsparametrar efter behov.
Datastyrd förbättring med hjälp av OEE-övervakning och analys av svetskvalitet
I samband med övervakning av OEE (Overall Equipment Effectiveness) handlar det vi behandlar om tillförlitlighet, vilket går utöver dess roll som underhållsmätvärde och inkluderar potentialen för tillväxt genom kontinuerlig förbättring. Systemet loggar data där bågar upprätthålls under längre perioder, identifierar problem där slutverktyget avviker från den avsedda banan samt loggar händelser av termisk överbelastning. Med hjälp av dessa data korrelerar systemet driftens prestanda i förhållande till andra som utför samma uppgift och identifierar potentiella problem innan de eskalerar. Inom svetsområdet utökar AI sina möjligheter till att undersöka förändringar i bildning och beteende hos svetsstänk. Det kopplar samman problem relaterade till stänk, nippelns slitage och slitning samt erosion av kontaktspetsen och gasflödet. Tillverkningsanläggningar med varierande produktionserfarenheter rapporterar en ungefärlig minskning med 40 % i genomsnittlig reparationstid, och en godkännanderate på över 98 % för första gången genomförd svetsning är den nya normen.
Vanliga frågor
1. Vilka är de primära komponenterna i ett svetsrobotsystem?
Ett svetsrobotsystem består av tre primära komponenter: manipulator, styrunit och svetskraftkälla. Dessa komponenter arbetar tillsammans för att utföra automatiserade svetsuppgifter med hög precision och konsekvens.
2. Hur stödjer programvara svetsrobotsystem?
Programvara, i kombination med hårdvara, förbättrar prestandan hos svetsrobotsystem. Bättre svetsresultat, kortare installations- och inställningstider samt möjligheten att uppfylla säkerhetskrav kan alla uppnås genom användning av visionssystem, sensorer och säkerhetsgränssnitt.
3. Vilka faktorer är viktiga vid valet av ett robotsvetssystem?
Faktorer som bör beaktas vid valet av ett robotsvetssystem är typen av svetsförband, tjockleken på de material som ska fogas samman, produktionspartistorlek samt den erforderliga bärförmågan, räckvidden och upprepbarheten.
4. Vilka är integreringsfördelarna för svetsrobotar?
Integrationsfördelarna med svetsrobotar är möjligheten att designa cellens layout, fästningarna och PLC-kommunikationen. En bra integration leder till kortare installations- och inställningstider, ökad effektivitet i arbetsflödet samt tidig uppnående av operativa mål.
5. Hur kan prestanda och pålitlighet hos svetsrobotar förbättras?
Mer pålitliga och bättre presterande svetsrobotar kan uppnås om schemalagd underhåll kombineras med justering av bågparametrarna. Att göra datastyrd förbättring baserat på analys av OEE (Overall Equipment Effectiveness) och bedömning av svetskvaliteten kan leda till kontinuerlig förbättring.