Zrobotyzowane stanowiska spawalnicze - przykłady konfiguracji

Wybór koncepcji zrobotyzowanego stanowiska spawalniczego należy poprzedzić analizą techniczno-ekonomiczną uwzględniającą dokładność wykonania łączonych elementów, rodzaj połączeń spawanych (w tym metodę i technikę spawania), a także wymiary i położenie spoin sczepnych. Ponadto powinno się określić oczekiwaną wydajność oraz wymagania BHP. Końcowym etapem jest kompletacja wszystkich niezbędnych komponentów.

CZĘŚĆ I: KOMPONENTY SKŁADOWE STANOWISKA ZROBOTYZOWANEGO

ROBOT SPAWALNICZY

Fot.1. Kabina spawalnicza z dwoma stołami (widok na jeden ze stołów)

Roboty dedykowane do aplikacji zrobotyzowanego spawania powinny zapewniać precyzyjne pozycjonowanie spoiny łączącej dwa elementy.

Dobierając robot, należy wziąć pod uwagę następujące parametry:

• liczbę osi programowalnych i stopni swobody (3 osie podstawy i 3 osie ramienia zapewniają dowolne ustawienie palnika w przestrzeni),
• zasięg pracy robota,
• dokładność i powtarzalność ruchów,
• zaimplementowane opcje spawalnicze: układanie ściegów zakosowych (weaving), modyfikacja ścieżki w czasie rzeczywistym RTPM – Real Time Path Modulation, itp.

Wśród oferty robotów Kawasaki do automatyzacji spawania łukowego przeznaczone są urządzenia serii FA. Roboty te dysponują 6 osiami napędowymi sterowanymi za pomocą elektrycznych serwonapędów, co czyni ich pracę szybką i dynamiczną. Zaimplementowane funkcje spawalnicze ułatwiają programowanie oraz optymalizują wydajność spawania.

ŹRÓDŁO ZASILANIA WRAZ Z UKŁADEM PODAWANIA DRUTU

Decydując się na wybór źródła zasilania, należy zwrócić szczególną uwagę na analizę wymaganych pozycji spawalniczych oraz parametry łączonego materiału. Dzięki temu określona zostanie metoda spawania, a także wymagane parametry prądowe.

Przy metodach MIG/MAG/TIG szczególnie ważne jest zapewnienie sterowania źródłem prądu poprzez wejścia/wyjścia robota lub cyfrowe protokoły komunikacyjne. Źródła zasilania powinny również umożliwiać pomiar rzeczywistych parametrów spawania i wprowadzanie korekt, a w przypadku wykrycia nieprawidłowości powinno nastąpić automatyczne zatrzymanie stanowiska.

W przypadku wspomnianych robotów Kawasaki możliwa jest współpraca ze źródłami spawalniczymi większości producentów. Dodatkowo, dzięki specjalnemu oprogramowaniu i dedykowanym funkcjom, mogą być wykorzystywane do różnych technik spawalniczych (m.in. MIG/MAG, TIG, ColdArc).

URZĄDZENIA PERYFERYJNE

Do grupy urządzeń peryferyjnych zaliczyć można urządzenia zapewniające dostęp do spoin oraz ciągłość pracy stanowiska:

• pozycjonery jedno- i wieloosiowe (ustawiają elementy spawane w odpowiednim położeniu),
• złącze antykolizyjne (służą do zatrzymania procesu w przypadku kolizji elementu łączonego z uchwytem spawalniczym),
• stacja czyszcząca (system przedmuchowo-spryskujący ze stacją odcinania drutu; zapewnia stały wolny wylot elektrody oraz zmniejsza przywieranie odprysków spawalniczych),
• urządzenia zabezpieczające (bariery i kurtyny świetlne, skanery laserowe, zamki bezpieczeństwa).

CZĘŚĆ II: BUDOWA ZROBOTYZOWANYCH STANOWISK SPAWALNICZYCH

Pomimo tego, że zrobotyzowane stanowiska spawalnicze opracowuje się zgodnie z indywidualnymi założeniami aplikacji, pewne schematy pozostają uniwersalne.

WARIANT 1

Fot.2. Pozycjoner dwuosiowy

Stanowisko stanowi konfigurację bazową dla wszystkich systemów przedstawionych również w dalszej części artykułu. Jest to rozwiązanie najprostsze, jednak zapewnia pełną funkcjonalność.

Konfiguracja stanowiska bazuje na robocie spawalniczym połączonym ze źródłem zasilania oraz 1- lub 2-stanowiskowym stołem spawalniczym. Dla produktów o małych gabarytach wykorzystywany jest stół 2-stanowiskowy, a dla dużych gabarytów – dwa stoły 1-stanowiskowe.

Podczas gdy robot łączy zaciśnięte elementy na stanowisku 1., operator odbiera zespawane detale na stanowisku 2. Następnie mocowane są kolejne półfabrykaty.

Cykl ten występuje naprzemiennie, dzięki czemu czas jarzenia się łuku zostaje zoptymalizowany. Pomiędzy stołami spawalniczymi znajduje się przesłona chroniąca operatora przed jarzącym się łukiem.

WARIANT 2

Fot.3. Pozycjoner trójosiowy z główną osią pionową

Budowa stanowiska w układzie drugim bazuje na poprzedniej konfiguracji. Podstawą jest tu stanowisko z jednym robotem wraz ze źródłem zasilania. Rolę stołu pełni pozycjoner dwuosiowy. Jest to rozwiązanie dedykowane do łączenia elementów o dużych gabarytach, które wymagają zmiany orientacji przestrzennej w czasie trakcie procesu.

WARIANT 3

Fot.4. Współpraca dwóch robotów

W kolejnym wariancie stanowisko może być rozbudowane o sterowanie dodatkowymi osiami. W przedstawionej na rys. 3 konfiguracji główna oś obrotnika jest pionowa, natomiast oś na każdej z dwóch leżni jest pozioma.

Dzięki konfiguracji 3 dodatkowych osi stanowisko to jest obsługiwane przez operatora w jednym miejscu, a zaciśnięte elementy na każdym z dwóch stołów mogą być łączone w dowolnym położeniu kątowym.

Konfiguracja taka jest najczęściej stosowana w przypadku elementów o konstrukcji ramowej. Konfiguracja stanowiska występuje także w wariancie z 3 pionowymi lub 3 poziomymi osiami obrotu.

WARIANT 4

W przypadku konieczności zastosowania pozycjonera o więcej niż dwóch stopniach swobody (wariant 2), uzasadnione jest wykorzystanie wariantu z robotem pełniącym rolę pozycjonera. Zastosowanie dwóch współpracujących ze sobą robotów przemysłowych jest rozwiązaniem najbardziej elastycznym o zdecydowanie większej funkcjonalności od wcześniej opisanych systemów. Robot pełniący rolę pozycjonera charakteryzuje się zazwyczaj udźwigiem od kilkudziesięciu do kilkuset kilogramów.

Przedstawiony proces projektowania stanowisk oraz warianty konfiguracyjne stanowią punkt wyjścia w przypadku inwestycji w zrobotyzowane stanowiska spawalnicze. Należy jednak pamiętać, że ze względu na specyfikę produkcji oraz indywidualne wymogi użytkownika systemu, każdy projekt powinien być rozpatrywany indywidualnie.

Marcin Kruczyński

ASTOR Warszawa