Автономные сварочные решения: экспертные сравнения и инсайты

GarLine & SharpTrack — передовые решения отслеживания шва для «автономной сварки»

Производство становится все более автоматизированным и требовательным к простым в использовании решениям. В сварочном секторе, из-за нехватки квалифицированного сварочного персонала, автоматизированные и роботизированные сварочные решения востребованы и одновременно становятся более экономически эффективными для производителей и фабрикантов. Многие существующие сварочные решения можно считать «полуавтоматизированными», однако такие решения требуют постоянного взаимодействия оператора, длительного периода настройки сварки и высококвалифицированного оператора. Полностью автоматизированная роботизированная сварка может называться «Автоматической сваркой». Однако, если требуется очень мало взаимодействия оператора и задачи настройки сильно упрощены, то такое решение можно назвать «автономным». Но достичь автономии с минимальной активностью оператора сложно. Роботизированное сварочное решение требует улучшения процесса, чтобы стать по-настоящему автономным или безводительским, таким как лазерные сенсоры отслеживания/поиска шва с адекватной интегрированной интеллектуальностью для выполнения оптимальных сварочных стратегий в любой момент времени.

Технологии, доступные для автоматизированной или полуавтоматизированной сварки

В статье, опубликованной на сайте Motoman.com 31 марта 2022 года, Джошуа Лит предоставил руководство по различным опциям автоматизированной сварки. Он выделил пять общих категорий: тактильное чувствование (Touch Sensing), проволочное чувствование (Wire Sensing), сквозно-дуговое чувствование (Through-the-Arc Sensing), лазерное точечное чувствование (Laser Point Sensing) и лазерное профильное чувствование (Laser Profile Sensing). Он также разделил автоматизированные задачи между поиском шва (Seam Finding) и отслеживанием шва (Seam Tracking):

Поиск шва против отслеживания шва

«В чем разница между поиском шва и отслеживанием шва?» и «Как узнать, когда использовать поиск шва против отслеживания шва?» — это частые вопросы, которые наши эксперты по роботизированной сварке часто слышат. С этим в виду, вот несколько моментов для рассмотрения при решении, как действовать с роботизированным сварочным процессом:

Поиск шва (Seam Finding)

Для того чтобы робот точно локализовал сварочный стык перед началом сварки, рекомендуется высокоскоростной поиск шва или стыка. Заготовки неизбежно имеют некоторый диапазон вариаций, но ваша цель — минимизировать эту вариацию со специфицированными деталями и оснащением, и быть в пределах половины ширины сварочной проволоки в шве стыка. Этот процесс можно выполнить несколькими способами через различные технологии, позволяя роботу найти сварочный стык. После обнаружения шва путем нахождения обычно двух или более известных точек на детали, программный путь смещается роботом для завершения сварки. Тип требуемого поиска шва диктуется двумя основными факторами: ожидаемым тактовым временем и типом стыка. Поиск шва — одна из самых популярных сварочных функций, и часто достигается через следующие контактные и бесконтактные опции:

Тактильное чувствование (Touch Sensing) — идеально для поиска ориентации деталей с простыми стыками и геометрией. Этот метод, также известный как «проволочное касание», включает физическое касание сварочной проволоки от конца горелки для детектирования проводимой поверхности детали, подлежащей сварке. Низкая скорость робота и конечное касание замыкают цепь с низким напряжением, подаваемым через проволоку. Это также можно сделать с насадкой горелки в некоторых сценариях. Выполняется через встроенные функции на сварочном источнике питания, предназначенном для автоматизации; системы вроде пакета Touch Sense от Yaskawa используют цепь с низким напряжением во время низкоскоростного поиска для определения лучшей позиции для сварочного стыка.

Проволочное чувствование (Wire Sensing) — похоже на тактильное чувствование, где проволока от горелки тактильно контактирует с деталью. Эта опция использует сервопривод в горелке для быстрого движения проволоки вверх-вниз пока робот движется по детали. Это позволяет легко локализовать накладные стыки и может измерять такие параметры, как высота материала и зазоры.

Лазерное точечное чувствование (Laser Point Sensing) — в 2-5 раз быстрее тактильного чувствования. Использование базового лазерного точечного сенсора (установленного на сварочной горелке) захватывает местоположение и ориентацию детали почти так же быстро, как стреляет лазер, обеспечивая быстрый и точный поиск шва.

Лазерный поиск шва (Laser Seam Finding / Search) — способен улавливать больше характеристик в одном сканировании по сравнению с лазерным точечным сенсором. Использование интерфейса профильного лазера (программная опция), такого как MotoEye™ SF от Yaskawa, обеспечивает экстремально быстрые измерения стыка. Корпорация FANUC America предоставляет похожую функцию под названием R901 SW option. Это решение хорошо работает с сенсирующим устройством, использующим 3D многолазерную оптику дальномерной визуализации для предоставления необходимых измерений/данных зазора стыка роботу перед началом сварки.

Плюсы:

• Работает на разных материалах при любом освещении
• Легко обучается с макро-заданиями
• Предоставляет данные зазора стыка
• Большая фокальная дистанция; монтируется вдали от дуги
• Локализует 2.5D; смещение и глубина
• Компактное и самодостаточное
• I/O интерфейс можно ретрофитнуть на старые контроллеры

Минусы:

• Средняя-высокая сложность; обучение системе зрения рекомендуется
• Может ограничивать доступ в деталь/оснащение
• Поле зрения 40 или 50 мм может требовать множественные поиски для больших смещений

Отслеживание шва (Seam Tracking)

Часто упрощающее программирование, эта опция использует инновационную технологию для оснащения робота возможностью отслеживать позицию шва в реальном времени во время сварочного процесса. Отслеживание шва популярно для приложений, где может происходить деформация при сварке детали или для тяжелых отливных деталей, и обычно выполняется следующими методами:

Сквозно-дуговое отслеживание шва (Through-the-arc Seam Tracking) — лучшее для деталей с длинными или изогнутыми швами, варьирующимися от детали к детали. Сквозно-дуговый трекер шва, такой как ComArc LV (низкое напряжение) от Yaskawa, использует твердотельный сенсор, установленный рядом со сварочным источником питания, для активного измерения характеристик дуги во время сварочной последовательности. Это определяет вариации между обученным путем робота и реальным путем шва.

Лазерное отслеживание шва (Laser Seam Tracking) — рекомендуется для материалов с переменными швами, требующими максимально быстрого тактового времени. Этот метод сочетает высокопроизводительный лазер с высокоскоростным контроллером для поиска шва и местоположения детали в реальном времени пока деталь сваривается. Это идеальное решение для высокосмешанного, низкообъемного производства, как может быть в цехе заказного производства. Подход также требует меньше оснащения, чем полуавтоматизированные или автоматизированные подходы к сварке. Выделенная программа компенсирует путь, даже если деталь перемещена, а также адаптирует сварочные параметры для местоположения шва и вариации.

Плюсы:

• Надежно отслеживает тонкостенные накладные стыки
• Поддерживает высокие скорости перемещения (>100 IPM)
• Плетение с отслеживанием возможно
• Отслеживание не влияет на сварочные настройки
• Поддерживает координированное движение
• Доступен Ethernet интерфейс
• Камера закалена против сварочной дуги
• Адаптивная сварочная функция; скорость и сварочные настройки

Минусы:

• Высокая сложность и иногда (не всегда) высокая стоимость
• Обучение системе зрения требуется
• Сенсор на горелке ограничивает доступ к стыку в тесных пространствах
• Радиус отслеживания ограничен 40-60 мм
• Ограничено двумя роботами на одну систему

Преимущества использования лазерных профильных сенсоров GarLine для отслеживания и поиска шва

Из детального анализа г-на Лита видно, что есть несколько способов обеспечить сварочную автоматизацию. Но многие техники не достигают истинной автономии, означающей беспилотную работу, адаптивное управление и высокую простоту использования. Последнее решение, предложенное г-ном Литом, было лазерным профильным отслеживанием/поиском шва. Оно предлагает высшую степень автономии, так как смотрит вперед по шву для определения пути робота для проведения сварки и через встроенный процессор (у GarLine) имеет быструю обработку сигналов и может делать на лету корректировки требуемой сварки на основе измеренной ширины или глубины.

Garmo Instruments из Сарагосы, Испания, разработала линейку лазерных профильных сварочных сенсоров #GarLine, обладающих жесткостью, гибкостью и адаптивностью для многих различных сварочных приложений и на широком спектре материалов.

Вот краткое описание того, как автономия сварки выгодна производителю:

Улучшенные условия труда

С сенсорами GarLine рабочие выполняют задачи в более безопасной среде, избегая традиционных рисков для здоровья и эргономики сварки, так как больше нет необходимости работать близко к сваре.

Быстрая перестройка для малого серийного производства

Сенсоры GarLine имеют очень удобное меню-ориентированное настройку либо на персональном компьютере, либо интегрированную на панели обучения робота или кобота для широкого спектра брендов и моделей, включая Fanuc, ABB Robotics, #Universal Robotics (UR) и другие. Это упрощает обучение операторов и позволяет быстрые изменения программ на основе изменений в производстве деталей. GarLine — идеальное решение для цехов заказного производства с высоким смешением и малым объемом, а также полезно для широкого спектра размеров и форм деталей благодаря большому диапазону меню-опций и встроенной сварочной адаптации.

Обогащенное качество продукта

Оптическая точность GarLine и автоматические корректировки передаются роботу с очень высокой скоростью, поэтому сварочное решение GarLine приносит пользу производителю, достигая лучших качественных швов, более быстрой сварки, меньшего процента ненужных отходов и, следовательно, более высокого темпа готового продукта за меньшее время, избегая переработки и производственных потерь.

Повышенная производительность

Простота концепции «меньше — больше» — цель для любого бизнеса, включая производителей в сварочном секторе. Меньшее время, вложенное в производство, включая настройку станка и оснащение деталей, при сохранении высокого качества результатов, улучшает общую производительность (OEE).

Особенности сенсоров GarLine

Надежный сенсор

GarLine превосходит класс изоляции IP67 и успешно работает в диапазоне -20 °C / 70 °C. Его дизайн включает материалы для аэрокосмического использования, обеспечивающие оптимальную ЭМИ-изоляцию, включая при TIG-сварке.

Умная электроника

Ее электроника состоит из 4 параллельных процессоров, использующих 4 Гб ОЗУ, которые обрабатывают изображения со скоростью 42 кадра в секунду в полном разрешении. Кроме того, сенсоры GarLine включают инновационные алгоритмы для динамической адаптации параметров сенсора и лазера для коррекции проблем отражения в приложениях с меняющимися условиями поверхности материала. Полоса лазера находится далеко за пределами любых полос света, производимых сварочной дугой.

Простое обслуживание

GarLine оснащен одноразовым поликарбонатным защитным экраном и внутренним окном из Gorilla Glass. Сенсор воздушного охлаждения, которое также служит воздушной завесой перед лицом сенсора для дополнительной защиты. Есть опция водяного охлаждения для очень горячих сред. Водяной кулер интегрирован в монтажную пластину с креплением ARC-Swiss. Это решение обеспечивает быструю и легкую замену сенсора, если когда-либо потребуется.

Для всех типов автономной сварки (коботы, промышленные роботы и ПЛК-управляемые машины) сенсоры GarLine для поиска шва — это Plug & Play решение, так как их интерфейс отображается непосредственно на панели сварочной системы робота, без необходимости дополнительных компьютеров, специального ПО, кабелей или любых дополнительных устройств.

Помимо функций отслеживания и поиска шва, сенсоры GarLine также включают другие очень полезные функции, востребованные в автономной сварке.

Функции лазерного сенсора GarLine для отслеживания и поиска шва

Поиск шва (Seam search): расчет коррекций в реальном времени с заранее заданным взглядом вперед для перемещения горелки к шву. Сенсор находит правильные точки обучения сварочного стыка перед сваркой, компенсируя отклонение детали.

Функция локализации (Location function): GarLine сканирует 4 точки детали, захватывая ее форму и помещая на плоскость. Этот процесс сканирования и локализации выполняется в 10 раз быстрее, чем только с функцией Touch Sense. GarLine измеряет вращение и трансляцию по 3 осям каждая, вычисляя в сумме 6 позиций шва.

Многопроходная сварка (Multipass): функция легкого программирования для многослойных швов.

Обнаружение конца при отслеживании (End-detection tracking): сенсор обнаруживает конец шва и останавливает сварку.

Предварительная конфигурация избегания тегов (Pre-tag-avoid configuration): сенсор может быть сконфигурирован для прямой сварки и пропуска предпрограммированных зазоров вдоль стыка.

Плетение и адаптивное плетение (Weaving and adaptive weaving): благодаря «заглядыванию вперед» зрения сенсора GarLine, траектория горелки адаптируется к ширине шва, обеспечивая заполнение зазоров зигзагом.

Решения колонна и балка (Column and Beam Solutions)

Зная потребности сварочного рынка, Garmo Instruments также разработала комплексный легкий сварочный набор с решением SharpTrack, обеспечивающий конечную кастомизированную и удобную решение для автономных сварочных приложений.

Бес усилий автоматизация сварки с системой SharpTrack и сенсорами GarLine

В сотрудничестве с QUIRÓS INGENIERÍA Y AUTOMATIZACIÓН S.L, Garmo Instruments разработала Plug & Play набор, обеспечивающий пользователям:

• доступ к множественным и гибким опциям программирования ПЛК
• кастомизацию SHARPtrack под требования приложения (выбор модели слайда, бренда ПЛК (в настоящее время доступны Siemens, Rockwell и Panasonic ПЛК), драйверов, длины кабелей и кастомизированных особенностей шкафа управления согласно приложению);
• доступ с панели к всем сварочным функциям (отслеживание сварочного шва, мониторинг в реальном времени, ручное перемещение слайда, живой контроль смещения, настройка сварочной скорости и параметров источника).

Функция заглядывания вперед GarLine обеспечивает точное отслеживание шва в реальном времени и микрокоррекции траектории сварочной горелки. Сенсор GarLine выполняет коррекции траектории с такой скоростью, что она невоспринимаема глазом. Эта точность, помимо обеспечения безупречных качественных швов, гарантирует безупречную воспринимаемую ценность в конечном продукте.

SHARPtrack уже включает предопределенные и персонализируемые программы, превращая автоматизацию сварки в Plug&Play. Простая установка, и не требуется обширное программирование.

Думаете об обновлении вашего сварочного приложения?

Свяжитесь с командой Garmo Instruments для получения дополнительной информации о сенсорах GarLine и системе SharpTrack.

? www.futura-automation.com

? www.garmo-instruments.com

✉ sales@futura-automation.com

☏ (+1) 612-756-2390