Как работает коллаборативный сварочный робот?

Коллаборативный сварочный робот сочетает в себе программируемое перемещение с управляемым процессом сварки. Робот перемещает сварочную горелку вдоль заданного соединения, в то время как источник питания для сварки регулирует силу тока, напряжение, подачу проволоки и другие параметры процесса.

На операторов возлагаются задачи по загрузке деталей, проверке оснастки, выбору программы, утверждению технологии сварки, контролю качества первой детали и наблюдению за ходом производства.

Использование коллаборативного сварочного робота позволяет повысить стабильность результатов и сократить объем однообразной ручной работы. Однако для обеспечения стабильного качества по-прежнему необходимы точность изготовления деталей, подходящая оснастка, корректно подобранные параметры сварки, обеспечение надлежащего доступа горелки к месту сварки и соблюдение мер безопасности.

Что такое коллаборативный сварочный робот?

Коллаборативный сварочный робот — это роботизированная система сварки, предназначенная для гибкой настройки программ и тесного взаимодействия с квалифицированными операторами.

В состав комплектной системы обычно входят: шестиосевой манипулятор, контроллер робота, сварочная горелка, источник сварочного тока, механизм подачи проволоки, комплект кабелей, технологическая оснастка для фиксации деталей, средства обеспечения безопасности, а также (опционально) устройства отслеживания сварочного шва.

Оператор подготавливает заготовку и выбирает соответствующую производственную программу. Затем коллаборативный робот выполняет повторяющиеся движения горелкой, предусмотренные технологическим процессом сварки.

Термин «коллаборативный» характеризует определенные функции и режимы работы робота. Однако этот термин не означает, что излучение дуги, сварочный дым, искры, электрический ток, нагретый металл или движущиеся части оборудования становятся безвредными.

Как работает коллаборативный сварочный робот: пошаговое описание

1. Анализ требований к сварке

Проект по роботизированной сварке начинается с анализа свариваемой детали и требований к качеству шва.

Команда проекта оценивает материал, толщину, тип соединения, пространственное положение шва, его длину, допустимые деформации, требования к внешнему виду валика, объем производства, целевое время цикла и стандарты контроля качества.

Настройка оборудования должна выполняться в соответствии с аттестованной технологией сварки или утвержденным диапазоном параметров. Высокая точность позиционирования робота не сможет компенсировать недостатки самого технологического процесса сварки.

2. Установка детали в оснастку

Оператор устанавливает деталь в оснастку, имеющую надежные базовые поверхности для точного позиционирования и стабильные точки зажима.

Коллаборативный сварочный робот обычно перемещается по заранее заданным координатам. Смещение детали может привести к тому, что сварочный стык окажется вне запрограммированной траектории движения горелки.

Конструкция оснастки должна обеспечивать точное положение стыка и при этом предоставлять свободный доступ для сварочной горелки. Кроме того, оснастка должна быть удобной для загрузки и выгрузки деталей, а также для проведения контроля качества и технического обслуживания.

3. Создание или выбор программы для робота

Для серийного производства можно выбрать уже существующую программу. Для нового изделия требуется создание новой или модификация имеющейся программы.

Методы программирования могут включать обучение методом «ручного ведения» (drag teaching), графическое программирование, использование пульта обучения (teach-pendant), ввод координат или автономное (оффлайн) программирование.

Программа обычно содержит данные о «домашней» позиции, точках подвода, точках начала и конца сварки, промежуточных точках траектории и позициях безопасного отвода инструмента.

4. Проверка положения горелки

Перед началом производства оператор проверяет положение рабочей точки инструмента (TCP — Tool Center Point). Точность TCP определяет соответствие между запрограммированным положением робота и фактическим расположением сварочной проволоки или горелки.

Оператор также проверяет угол наклона горелки, расстояние от токоподводящего наконечника до изделия, отсутствие помех для кабелей и элементов оснастки, конфигурацию робота и доступность всех участков сварного соединения.

5. Ввод параметров сварки

Контроллер робота управляет перемещением, а источник сварочного тока регулирует параметры энергии сварки.

Программа сварки может включать такие параметры, как сила тока, напряжение, скорость подачи проволоки, скорость перемещения, время предварительной и последующей подачи газа, режимы зажигания и гашения дуги, параметры заварки кратера и параметры колебательных движений горелки.

Каждый параметр должен соответствовать материалу, толщине, типу присадочной проволоки, защитному газу, конструкции соединения и требуемому качеству шва.

6. Выполнение пробного прохода (без сварки)

Пробный проход подразумевает перемещение коллаборативного сварочного робота по запрограммированной траектории без возбуждения сварочной дуги. Пробный запуск помогает выявить недостаточную дальность действия, сложные положения робота, помехи от кабелей, столкновения приспособлений, ограничения по осям, сингулярности и небезопасные движения.

Любая проблема, обнаруженная во время пробного запуска, должна быть устранена до первой пробной сварки.

7. Выполнение и проверка пробной сварки

Первая пробная сварка подтверждает, правильно ли работают траектория движения робота и параметры сварки.

Проверка может включать в себя внешний вид сварного шва, размер валика, подрез, пористость, сплавление, признаки проплавления, деформацию, разбрызгивание и точность размеров.

Производство должно начинаться только после того, как пробная сварка будет соответствовать применимым требованиям приемки.

Как программируется робот для коллаборативной сварки?

Обучение методом перетаскивания позволяет оператору направлять робота к требуемым положениям и записывать точки сварки.

Графический интерфейс программирования может уменьшить объем традиционного кода робота, необходимого для выполнения распространенных сварочных задач. Операторы могут располагать команды движения, команды сварки, настройки процесса и управляющие сигналы в визуальном рабочем процессе.

Прямые сварные швы обычно требуют меньшего количества точек траектории. Для сварки криволинейных сварных швов, круглых соединений, многосекционных изделий и сварки с использованием позиционера требуется более детальное планирование траектории.

Обучение с помощью протяжки упрощает запись положения, но знания в области сварки остаются необходимыми. Оператору по-прежнему необходимо понимать угол перемещения, рабочий угол, подвод тепла, защиту, расположение шва, проплавление и предотвращение дефектов.

Как работает многослойная и многопроходная сварка?

Толстые соединения могут потребовать нескольких слоев сварки и нескольких проходов.

Программа для многослойной и многопроходной сварки генерирует соответствующие траектории сварки с использованием заданных смещений. Различные слои и проходы могут использовать разные положения, скорости перемещения, токи, напряжения и настройки перемещения.

Оператор может проверить сгенерированную траекторию перед сваркой и при необходимости скорректировать отдельные слои.

Автоматизация многопроходной сварки не устраняет необходимости в очистке между проходами, контроле температуры между проходами, управлении деформациями и контроле сварного шва.

Как проходит типичный цикл сварки?

Оператор загружает заготовку и проверяет правильность ее фиксации в оснастке.

Получив сигнал о готовности, коллаборативный сварочный робот перемещается из исходного положения в точку начала сварки. Сварочная система подает защитный газ и зажигает дугу в соответствии с запрограммированной последовательностью.

Робот движется по заданной траектории, поддерживая выбранное положение, ориентацию и скорость перемещения сварочной горелки. Программа может изменять параметры сварки, параметры колебательных движений горелки или ориентацию робота в определенных точках.

По завершении сварки шва система гасит дугу, выполняет запрограммированную процедуру подачи газа после сварки (пост-продувку), отводит горелку от нагретой детали и возвращается в безопасную позицию для выгрузки.

Затем оператор извлекает и осматривает сваренную деталь.

Какие меры безопасности необходимы?

Функции безопасности коллаборативного робота могут включать обнаружение столкновений, контроль скорости и усилия, виртуальные границы, использование сигналов безопасности и режимы контролируемой работы.

Сварка сопряжена с дополнительными рисками, помимо тех, что связаны с движением робота. К опасностям, возникающим при сварке, относятся излучение дуги, сварочные дымы, искры, высокие температуры, электрический ток, риск возгорания, острые кромки и нагретые детали.

Комплексная оценка рисков должна охватывать этапы производства, загрузки, обучения робота, тестирования программы, замены расходных материалов, очистки, технического обслуживания и устранения неисправностей.

Для готовой установки могут потребоваться сварочные экраны, системы дымоудаления, устройства аварийной остановки, защитные сканеры, системы блокировки доступа, защитная спецодежда и средства пожаротушения.

Использование коллаборативного робота не означает, что сварочный комплекс автоматически становится безопасным без ограждений. Требования безопасности зависят от конкретного применения и действующих местных стандартов.

Для каких задач подходит это решение?

Коллаборативный сварочный робот может эффективно использоваться при серийном производстве изделий (малыми и средними партиями), требующем повторяемости операций.

Типичные сферы применения включают изготовление металлических шкафов, рам оборудования, металлической мебели, кронштейнов, кухонного и спортивного оборудования, компонентов сельскохозяйственной и строительной техники, автомобильных деталей, труб и различных изделий из листового металла.

Наиболее подходящими задачами являются те, которые характеризуются повторяющейся геометрией изделий, стабильным расположением сварных швов, удобным доступом к местам сварки, надежной фиксацией деталей и четко определенными стандартами качества.

Задачи, связанные с постоянной сменой типов деталей, неконтролируемыми зазорами в соединениях, труднодоступными швами или крайне малыми объемами производства, могут потребовать дополнительных инженерных решений или выбора иного метода производства.

Каковы основные преимущества?

Коллаборативный сварочный робот обеспечивает высокую повторяемость движений горелки и стабильную скорость сварки на протяжении всей рабочей смены.

Автоматизация позволяет снизить утомляемость оператора, вызванную выполнением однообразных операций, и дает возможность квалифицированным сварщикам сосредоточиться на отработке технологических процессов, сварке сложных соединений, контроле качества и совершенствовании производства. Использование сохраненных программ позволяет ускорить переналадку оборудования при условии надлежащего контроля оснастки и версий программ.

Реальную производительность следует оценивать с учетом полного производственного цикла, а не только скорости перемещения робота. На конечный результат влияют такие этапы, как загрузка, фиксация детали, прихватка, непосредственно сварка (время горения дуги), перепозиционирование, охлаждение, выгрузка, контроль качества, доработка и переналадка.

Заключение

Принцип работы коллаборативного сварочного робота основан на сочетании программируемого перемещения по шести осям и управляемого процесса сварки.

Функции обучения методом ручного перемещения (drag teaching) и графического программирования упрощают настройку системы. Функции поиска и отслеживания шва позволяют компенсировать определенные отклонения в геометрии соединения. Возможности выполнения колебательных движений горелки и многопроходной сварки позволяют реализовывать более сложные технологические процессы.

Успешное внедрение системы по-прежнему зависит от стабильности параметров деталей, конструкции оснастки, корректности технологических параметров, качества контроля, квалификации персонала и соблюдения мер безопасности, соответствующих конкретной задаче.

Оценка решения для коллаборативной лазерной сварки от Huawei Laser

Компания Huawei Laser предлагает конфигурации роботов для коллаборативной сварки с грузоподъемностью от 3 до 12 кг и рабочим радиусом от 919 до 1434 мм.

Доступные конфигурации обеспечивают перемещение по шести осям, возможность обучения методом ручного перемещения (drag teaching), графическое программирование, контроль усилий в шарнирах, обнаружение столкновений, мониторинг процесса сварки, выполнение колебательных движений горелки (weaving), планирование многослойной и многопроходной сварки, а также опциональные функции поиска или отслеживания сварочного шва.

В зависимости от выбранной конфигурации точность повторного позиционирования робота может варьироваться от ±0,02 до ±0,05 мм. Некоторые конфигурации обеспечивают класс защиты робота IP67, что позволяет использовать их в сложных производственных условиях.

Конкретные параметры — грузоподъемность, рабочий радиус, точность повторного позиционирования, класс защиты, сварочные функции, датчики, источник сварочного тока, позиционер, контроллер и средства обеспечения безопасности — определяются в соответствии с выбранным решением Huawei Laser.

Для проведения технической оценки направьте в Huawei Laser следующие данные: чертеж детали, материал, толщину, тип соединения, длину шва, объем производства, текущий метод сварки, требования к качеству и целевое время цикла.