Robotizace / Automatizace | 17. 9. 2020

Asistenční systémy pro robotizované svařování: Podpora pro automatizovanou sériovou výrobu

Automatizované svařování, zcela autonomní, s dokonalými svarovými švy – to je naše vize. Problémy se styčnými mezerami, upínací tolerancí a dalšími nepravidelnostmi se stanou minulostí, bude je totiž automaticky vyrovnávat robotizovaný svařovací systém – i když to je zčásti ještě hudba budoucnosti. Přesto nám již dnes mnoho asistenčních systémů robota pomáhá snížit počet ručních zásahů do automatizované sériové výroby: Systémy WireSense, SeamTracking, TouchSense a TeachMode od společnosti Fronius představují široké portfolio špičkových technologií pro různá použití.

Autor: Andreas Hummelbrunner, Product Line Manager MIG/MAG High End Robotics, R&D Fronius International GmbH

Existují různé systémy, které nabízejí podporu při automatizovaném robotizovaném svařování. Cílem všech je zamezit časovým ztrátám při taktované výrobě a zajistit spolehlivou kvalitu svaru. Hlavní roli zde hraje senzorika. Laserové, vizuální nebo hmatové senzory mají zjistit, zda se díl nachází na správném místě a zda nevznikly styčné mezery. Dále je možné určit, jak na to má systém reagovat. Tento doplňkový hardware však kromě často vysokých investičních nákladů skrývá i spoustu vynaloženého úsilí při montáži a provozu.

Mnoho z těchto systémů sice poskytuje kvalitní svary, ale nesou s sebou časové ztráty. Kromě toho svou velikostí a rozsahem zpravidla omezují přístup k dílům. Společnost Fronius proto nabízí alternativu, která nabízí řešení těchto výzev: Díky vysoce přesnému řízení svařovacího drátu v kombinaci s rychlým přenosem dat svařovacího zdroje TPS/i je možné použít drát nejen jako přídavný materiál, ale také jako senzor. To otevírá zcela nové možnosti.

Rozpoznávání polohy hran a výšky styčných mezer pomocí technologie WireSense

Díky patentované technologii WireSense může robot ve spojení se svařovacím zdrojem rozpoznat polohu hran i případné styčné mezery mezi plechy. Z drátové elektrody se tak stává výškový senzor. Při snímání povrchu pomocí technologie WireSense se robot nejprve přesune do požadované polohy. Svařovací drát, který je napájený nízkým senzorovým napětím, prostřednictvím vratného pohybu nasnímá díl s použitím frekvence v řádu stovky hertzů. Pokud se přitom drát dotkne dílu, vznikne nepatrný zkrat. Tento zkrat se zvednutím drátu opět ukončí.

Svařovací zdroj TPS/i zanalyzuje změnu polohy svařovacího drátu, ke které došlo v okamžiku zkratu, a poté vyšle do robota signál o výšce. V kombinaci s údaji o poloze z řízení robota a referenčním bodem definovaným na začátku tak technologie WireSense umožňuje přesnou registraci změny geometrie dílu. Pokud by se s robotem vybaveným technologií WireSense přejíždělo nad svařencem po rovnoběžných trasách uspořádaných těsně vedle sebe a přitom se měřily jednotlivé výškové body, mohl by se teoreticky získat celý povrch dílu ve 3D.

Nejvýznamnějším praktickým použitím této senzoriky je detekce hran a výšky, například u přeplátovaných svarů. Nejprve se definuje prahová hodnota, která je o něco nižší než výška hrany plechu. Pokud svařovací zdroj při snímání prostřednictvím technologie WireSense zjistí hodnoty, které se nacházejí nad touto prahovou hodnotou, je detekována hrana plechu a svařovací zdroj TPS/i okamžitě předá digitální dotykový signál a zjištěnou hodnotu výšky. Díky tomu robot ví, kde se hrana plechu nachází a jak je vysoká.

Detekce hran Korekce dráhy robota

Na základě tohoto signálu může řízení robota ukládat aktuální údaje o své poloze a jejich porovnáváním s požadovanými údaji korigovat další dráhu robota. Tím se zjišťují a vyrovnávají nepřesnosti dílu. Robot díky tomu vždy svařuje přesně na správném místě. Detekce hran je možná u plechů s tloušťkou 0,5 až 20 milimetrů.

Měření výšky: Spolehlivé svařování navzdory styčným mezerám

Protože s digitálním dotykovým signálem se odesílá také přesně změřená výška hrany plechu, je možné pomocí technologie WireSense vypočítat styčné mezery mezi plechy. Pokud jsou rozměry styčných mezer předem přesně definované, používají se pro ně různé svařovací programy uložené ve svařovacím zdroji TPS/i, tzv. programové bloky. Robot díky tomu může adekvátně reagovat a svařovat přesně s těmi parametry svařování, které jsou vždy dokonale přizpůsobené konkrétnímu rozměru styčné mezery.

Technologie WireSense tak pomáhá při kolísavé toleranci svařovaných dílů a poradí si i s tolerancemi v technice upínání. Tento asistenční systém zajišťuje spolehlivou kvalitu svaru a snižuje potřebu dokončovacích prací i zmetkovost dílů až o 100 procent – bez dodatečného senzorového hardwaru. Svařovací systém Fronius musí být vybaven pouze systémem CMT Ready, aby se zajistila vysoce přesná kontrola svařovacího drátu.

Rychlé programování robota díky systému TeachMode

Ještě před prvním svařováním je nutné ručně naprogramovat dráhu robota – to je takzvaný proces učení. Svářeč nebo programátor přitom řídí robota pomocí ovladače Teach Pendant, objede díl a uloží odpovídající údaje o poloze. Pro kvalitu svaru je důležité, aby se podél celého svarového švu dodržovala konstantní vzdálenost mezi dílem a kontaktní špičkou – takzvaný stickout. Také při tomto časově náročném ručním procesu mohou asistenční systémy pomoci.

Systém TeachMode od společnosti Fronius zamezuje prostřednictvím vratného pohybu drátu prohnutí svařovacího drátu při pohybu podél dílu. Jakmile robot podkročí přednastavený stickout, spustí se vratný pohyb drátu. Opticko-akustický signál zároveň informuje uživatele, že musí oddálit svařovací hořák od dílu. Tím si uživatel ušetří oddělování zdeformovaného drátu a opětovné odměřování stickoutu. A proces učení se zrychlí až o 30 procent.

SeamTracking: Sledování svaru během svařování

Asistenční systém Fronius SeamTracking se uplatní zejména při výrobě kolejových a stavebních vozidel: Při svařování tlustých plechů nebo dlouhých svarů může na základě vznikajícího tepla dojít k deformaci nebo změně vzájemné polohy dílů. Aby robot přesto svařoval na správném místě, je potřeba systém, který během svařování spolehlivě rozpozná svařovací polohu. Toto rozpoznávání polohy u koutových svarů a navařovaných tupých svarů zajistí systém SeamTracking, a to bez jakéhokoli dodatečného senzorového hardwaru.

Robot během svařování přejíždí sem a tam mezi oběma plechy. Z naměřených aktuálních hodnot jednotlivých parametrů svařování určí skutečnou svařovací polohu, respektive příslušné odchylky. Poté automaticky upraví předem naprogramovanou dráhu a zajistí spolehlivé svařování ve správné poloze.

Rozpoznání polohy koutového svaru díky systému TouchSense

Prostřednictvím systému TouchSense může robot před každým svařováním automaticky zkontrolovat polohu koutových svarů a vyrovnat tolerance dílu a upnutí. Přitom se drátovou elektrodou nebo plynovou hubicí, které jsou vždy napájené nízkým senzorovým napětím, dotýká obou plechů na začátku a na konci svarového švu. Díky signálům získaným ze zkratu tak lze určit optimální bod startu.

Úspora nákladů díky asistenčním systémům na bázi drátu

Asistenční systémy robota od společnosti Fronius zajišťují efektivní a spolehlivé postupy při robotizovaném svařování. Výrazně snižují množství dokončovacích prací na dílech a náklady na dodatečné přeprogramování drah robota, který dokáže průběh svarového švu sám korigovat. Tím také snižují výrobní náklady. Asistenční systémy Fronius používají drátovou elektrodu jako senzor i jako přídavný materiál. Díky tomu uživatelé ušetří náklady na senzorový hardware i výdaje za jeho údržbu a navíc nedochází k žádnému omezení přístupu k dílu.

Obr. 1: Díky asistenčním systémům pro robotizované svařování od společnosti Fronius se drát stává senzorem.

Obr. 2: Pomocí systému WireSense drátová elektroda „ohmatá“ díl a jak u plechů, tak také u trubek rozpozná polohu a výšku hran.

Obr. 3: Vysoce dynamický a přesný pohyb drátu pohonné jednotky Robacta Drive CMT umožňuje nasnímání dílu prostřednictvím drátové elektrody.

Obr. 4: WireSense lze použít s každým svařovacím systémem TPS/i od společnosti Fronius, který je vybaven hardwarem pro svařovací proces CMT.

Obr. 5: Systém TeachMode od společnosti Fronius nabízí podporu při programování dráhy robota a zefektivňuje celý proces.

Fotografie: Fronius International GmbH

Video o systému WireSense

Video o systému TeachMode

TouchSense & SeamTracking


www.fronius.com