EN
Основні компоненти систем зварювальних роботів та промислові випадки їх застосування
Ключові елементи апаратного забезпечення: маніпулятор, контролер та джерело зварювального струму
Три основні апаратні компоненти утворюють систему зварювального робота: маніпулятор, контролер та джерело живлення. Маніпулятори можуть мати форму роботизованої руки, причому найпоширенішою реалізацією є варіант із шістьма осями. Ці компоненти оснащені сервоприводними шарнірами та високоточними редукторами, що забезпечує керування рухом з високою точністю. Такі руки також здатні керувати тривимірними зварювальними траєкторіями, що робить їх надзвичайно універсальними при вирішенні зварювальних завдань, пов’язаних із великою різноманітністю з’єднань та їхніх розмірів. Контролер керує всіма операціями й високо чутливий до змін, що відбуваються під час зварювального процесу. Він отримує інструкції з вбудованих програм (або навчальних пультів) та керує роботизованою системою для виконання зварювальних операцій. Джерело зварювального живлення створює та підтримує зварювальну дугу для формування з’єднань. Під час зварювальної операції воно керує газовим захистом, швидкістю подачі зварювального дроту, а також зварювальним струмом і напругою. При цьому враховує тип з’єднання, товщину й вид металу, а також найбільш підходящий зварювальний метод для конкретного застосування. Поєднання цих компонентів забезпечує надійне й автоматизоване зварювальне рішення. Такі системи зварювальних роботів використовуються для виробництва автомобільних зборок та великих машин, конструктивних рам і компонентів, а також для виконання зварювальних завдань, що вимагають високого ступеня стабільності якості.
Інтеграція програмного забезпечення та периферійних пристроїв: системи технічного зору, датчики та інтерфейси безпеки
Сучасні заводи складаються з набору апаратних компонентів та розумних програмних рішень. Наприклад, системи з візуальним керуванням здатні знаходити складні з’єднання й слідувати за швами, які постійно рухаються, використовуючи калібровані камери та системи виявлення країв. Ці системи можуть самостійно перекалібрувати свої траєкторії, що позбавляє користувача необхідності виконувати цю операцію вручну щоразу. Датчики процесу можуть передавати центральному контролеру інформацію про зміни рівня напруги дуги, а також про температуру й струм. Цей контролер здатний вносити зміни в процеси за менше ніж одну секунду. Виробники також інтегрують системи, що відповідають стандартам ISO 10218 та RIA 15.06, і зупиняють рух машини для захисту оператора, коли той перебуває на певній відстані від машини. До таких компонентів належать світлові завіси, спеціально сертифіковані системи ПЛК та резервовані ланцюги аварійного зупинення. У минулорічному дослідженні, опублікованому в журналі «Journal of Manufacturing Systems», повідомлялося, що інтеграція всіх передових компонентів заводу призвела до скорочення кількості дефектів у зварних швах із середнього показника 37 до нуля, а також до прискорення роботи заводу.
Важливі аспекти вибору системи зварювального робота
Враховуйте тип з'єднання, товщину матеріалу та очікуваний обсяг виробництва
Вибір правильного системи вимагає розуміння специфіки вимог до зварювального застосування. Для зварювальних робіт, таких як багатопрохідні кутові шви або шви у вузьких пазах, потрібні роботи, здатні виконувати складні рухи й акуратне зварювання. Однак для виготовлення простих накладних швів може вистачити проста конфігурація. Для матеріалів товщиною менше 3 мм, щоб уникнути прожарювання, можна застосувати методи зниження теплового навантаження, наприклад імпульсний процес GMAW або використання зварювального лазера в поєднанні з іншим процесом. Для перерізів товщиною понад 25 мм більш доцільними можуть бути зварювальні методи, що передбачають швидке заповнення й коливальний рух електрода («weave pattern»). Обсяг виробництва також є важливим чинником при прийнятті рішення. Виробники, що випускають понад 10 000 одиниць на місяць, можуть вважати економічно вигідним придбання високошвидкісних 6-осьових роботів із функціями відстеження шва та іншими автоматизованими можливостями. Навпаки, виробники з меншим обсягом виробництва, але більшою різноманітністю продукції, можуть отримати більше користі від модульного й гнучкого рішення. Згідно з даними «Fabricators Journal» за минулий рік, близько 30 % проблем із роботизованим зварюванням виникають через несумісність форми стику з можливостями робота. Саме тому надзвичайно важливо вже на початковому етапі точно визначити реальні вимоги до зварювального застосування.
Вантажопідйомність, досяжність та повторюваність для точного зварювання
Місткість вантажу має враховувати всю обладнання, кабелі та приєднані інструменти. Залежно від завдання, вимоги до вантажопідйомності можуть становити близько 5 кг для стандартних робіт з дугового зварювання. Дальність дії визначає об’єм простору, у якому система здатна працювати. У суднобудівних проектах зазвичай потрібна горизонтальна дальність 3 метри або більше, тоді як проекти, пов’язані зі збиранням компонентів (наприклад, робота з автокомпонентами), вимагають лише 1,4–1,8 метра. Найважливішим чинником є повторюваність — точність, з якою робот здатний повернутися в ту саму позицію з такою самою точністю; вимоги до цього параметра можуть бути надзвичайно жорсткими. У застосуваннях у галузях авіакосмічної промисловості та виробництва медичних пристроїв встановлюються виробничі допуски ±0,05 мм. Системи, здатні підтримувати теплову стабільність при температурі 150 °C, також усувають необхідність переділки деталей через теплове зсування. Згідно з Виробничим звітом IMTS за 2023 рік, ефективне проектування дальністі дії та повторюваності скорочує потребу в складних пристроях для фіксації виробів на 27 %, а кількість браку — на 40 %.
Інтеграція системи зварювального робота в виробничий процес
Проектування робочої комірки, кріплення та інтеграція з ПЛК
Перш ніж почати інтегрувати зварювальні робочі місця, необхідно спроектувати їх з урахуванням реального технологічного процесу. Переконайтеся, що при плануванні розташування ви передбачили вільний простір навколо зварювальної робочої зони щонайменше в 1,5 раза більший за максимальну досяжність вашого робота. Це забезпечить виконання вимог стандартів ANSI/RIA R15.06 щодо безпеки та технічного обслуговування. Також це полегшить транспортування матеріалів усередині робочої зони й надасть більше простору для ваших техніків. Теплове розширення пристосувань є серйозною проблемою. Затискання пристосувань для зварювання алюмінію та нержавіючої сталі надто жорстке, що призводить до більшості (приблизно 15 %) зварювальних проблем, згідно з недавнім дослідженням FabTech 2023. Для успішної інтеграції необхідно вирішити питання комунікації з ПЛК. У більшості країн світу використовуються протоколи EtherCAT або Profinet, які забезпечують швидшу взаємодію між ПЛК, системами машинного зору та контролерами роботів. Ці протоколи також скорочують час на налаштування завдання інтеграції приблизно на 40 % та підвищують загальну ефективність виробничих ліній.
Модульна система кріплення використовує базові плити та елементи позиціонування для забезпечення швидкої переналаштування під різні сімейства деталей
Один із застосованих способів запобігання помилкам — це використання зворотних зв’язків із датчиками. Наприклад, датчики наближення можуть виявити наявність деталі до початку наступного технологічного циклу
Інтегроване кабельне обслуговування передбачає прокладання силових, сигнальних і газових ліній у екранованих носіях із компенсацією механічних навантажень, що зменшує вплив електромагнітних завад на керуючі сигнали
Навчання персоналу та планування очікуваного терміну окупності з моменту завершення заміни обладнання
Щоб роботизована автоматизація була успішною, навички персоналу та належне обладнання мають однакове значення. Завдяки навчанню, яке ми надаємо команді з технічного обслуговування та зварникам, вони здатні виконувати одну з найважливіших інноваційних задач у новому процесі: змінювати параметри для оптимізації завдання та усувати несправності обладнання. Це навчання скорочує час переналагодження до 30 %. У застосуванні зварювальної автоматизації очікуваний показник повернення інвестицій залежить від кількох чинників, зокрема від передбачуваного зниження витрат на зварювальну працю на 75 доларів США за людино-годину, зменшення браку, стабільної якості всіх зварних швів продукції та можливості відстежувати кожний виріб протягом усього виробничого циклу. Виходячи з нашого досвіду роботи з різними застосуваннями та компаніями, ми очікуємо повернення інвестицій протягом 18–24 місяців після початку реалізації проекту за умови наявності відповідної інфраструктури та впровадження підтримуючих процесів.
Рамки компетенцій із сертифікацією різних рівнів, що базується на функціях посади (наприклад, оператор → програміст → інтегратор)
Використання технології цифрового двійника, що дозволяє проводити цифрове моделювання для офлайн-планування траєкторій руху та безколізійного програмування без зупинки виробничої лінії
Впровадження інформаційних панелей OEE для відображення фактичного та планового обсягу виробництва за показниками часу горіння дуги, доступності, продуктивності, якості та втрат
Планове проактивне технічне обслуговування підвищує середній час між відмовами на 35 %. Платформи аналітики зварювання, що аналізують характер бризок, зміни напруги та швидкості переміщення, знижують рівень браку на 22 % у умовах змішаного виробництва.
Досягнення оптимальної продуктивності та тривалої надійності вашої системи зварювальних роботів
Планове технічне обслуговування та налаштування параметрів дуги
Досягнення надійних результатів досягається шляхом виконання необхідного технічного обслуговування, а не очікуванням, поки компоненти вийдуть з ладу. Це включає дотримання специфікацій щодо мастила для осьових з’єднань та проведення технічного обслуговування сервоприводів і кабельних ліній. Згідно з дослідженням (вказати джерело) 2023 року, це фактично усуває близько половини всіх неочікуваних простоїв. Ще одним важливим аспектом є коригування параметрів зварювання за потреби.
Покращення на основі даних із використанням моніторингу OEE та аналітики якості зварювання
У контексті моніторингу OEE те, що ми розглядаємо, — це надійність, яка виходить за межі її представлення як метрики технічного обслуговування й охоплює потенціал зростання завдяки постійному вдосконаленню. Система реєструє дані у випадках, коли дуга підтримується протягом тривалих періодів, виявляє проблеми, пов’язані з відхиленням робочого органа від заданої траєкторії, а також фіксує випадки теплового перевантаження. Використовуючи ці дані, система корелює ефективність виконання операції порівняно з іншими системами, що виконують ту саму задачу, і виявляє потенційні проблеми до того, як вони загостряться. У сфері зварювання штучний інтелект розширює свої можливості для аналізу змін у формуванні та поведінці бризок зварного шва. Він пов’язує проблеми, пов’язані з бризками, зносом сопла та ерозією контактного наконечника, а також порушенням газового потоку. Виробничі потужності з різним досвідом виробництва, за повідомленнями, скоротили середній час ремонту приблизно на 40 %, а показник прийняття зварних швів при першому проході перевищує 98 % — це новий стандарт.
Часті запитання
1. Які основні компоненти системи зварювального робота?
Система зварювального робота складається з трьох основних компонентів: маніпулятора, контролера та джерела зварювального струму. Ці компоненти працюють у взаємодії для виконання автоматизованих зварювальних завдань із високою точністю та стабільністю.
2. Як програмне забезпечення сприяє роботі систем зварювальних роботів?
Програмне забезпечення у поєднанні з апаратним забезпеченням підвищує ефективність систем зварювальних роботів. Завдяки використанню систем технічного зору, датчиків та інтерфейсів безпеки можна досягти кращих зварювальних результатів, скоротити час на налаштування та забезпечити виконання вимог щодо безпеки.
3. Які фактори мають значення при виборі системи зварювального робота?
При виборі системи зварювального робота слід враховувати тип зварювальних швів, товщину матеріалів, які потрібно з’єднати, розмір партії виробництва, а також необхідну вантажопідйомність, досяжність і повторюваність.
4. Які переваги інтеграції зварювальних роботів?
Переваги інтеграції зварювальних роботів полягають у можливості проектування компоновки робочої комірки, технологічної оснастки та взаємодії з програмованим логічним контролером (ПЛК). Якісна інтеграція забезпечує скорочення часу на підготовку, підвищення ефективності виробничого процесу та своєчасне досягнення експлуатаційних цілей.
5. Як можна підвищити продуктивність та надійність зварювальних роботів?
Більш надійні та ефективні зварювальні роботи можна отримати за умови поєднання планового технічного обслуговування з налаштуванням параметрів дуги. Впровадження покращень, заснованих на аналізі загального коефіцієнта ефективності обладнання (OEE) та оцінці якості зварних швів, сприяє постійному вдосконаленню.