Spoina pod nadzorem

Preview
Agata Pinkas
1.3.2016
Reklama
Reklama

 

Robotyzacja procesów spawalniczych pozwala zwiększyć wydajność i jakość produkcji. W celu zwiększania dokładności uzyskanego połączenia spawanego stosuje się szereg rozwiązań z zakresu sensoryki, które rozpoznają i mierzą spoinę, a w razie potrzeby korygują trajektorię ruchu uchwytu spawalniczego.

Stosowanie robotów spawalniczych w zakładach przemysłowych ma na celu uzyskanie wysokiej jakości i powtarzalności połączeń spawanych. O ile w przypadku łączenia niewielkich elementów roboty radzą sobie bez problemów, o tyle przy dużych gabarytach może dochodzić do spadku precyzji pracy robota.

Ramię robota pracuje według zaprogramowanego schematu i jeżeli dojdzie do błędów w trakcie mocowaniu spawanych detali czy ustawienia palnika, położenie spoiny może nie zgadzać się z założonym. Także spawane elementy mogą się różnić dokładnością wykonania, co ma wpływ na jakość wykonanego szwu. Aby zachować precyzyjne pozycjonowanie spoiny, konieczna jest modyfikacja trajektorii ruchu palnika. Można jej dokonać w trybie offline w programie symulacyjnym, w którym trajektorie wyznacza się na podstawie modeli cyfrowych lub online – czyli w czasie rzeczywistym w trakcie spawania. Obie metody wykorzystują różnego rodzaju czujniki rozpoznające i mierzące geometrię spoiny, a następnie na podstawie uzyskanych danych umożliwiają optymalizację pozycjonowania robota i parametrów spawania.

Reklama

Metody kontaktowe i bezkontaktowe
Zrobotyzowane stanowiska spawalnicze wyposażone są w programowalne sterowanie, które umożliwia zmianę trybu i wskaźników pracy robota. Czujniki systemów sensorycznych są montowane na ramieniu robota lub elementach stałych stanowiska. Proste czujniki komunikują się za pomocą sygnałów dwustanowych lub analogowych, a bardziej zaawansowane współpracują często ze specjalizowanymi kontrolerami przetwarzającymi wstępnie uzyskane sygnały, które następnie przesyłane są do sterownika robota.

Sensory umożliwiają kontrolowanie operacji spawania dzięki możliwości wykrycia wewnętrznych i zewnętrznych czynników, które na nie wpływają, oraz ich przetwarzania i transmisji na sygnał pomiarowy. Czujniki badające geometrię spawu generują informację na podstawie kształtu rowka spawalniczego lub powierzchni, na której wykonano spoinę. Ze względu na sposób pozyskiwania danych dzielimy je na kontaktowe (taktylne) i bezkontaktowe.

Czujniki taktylne pozwalają na wykrycie w trybie offline punktu początku i końca spoiny oraz jej śledzenie przy relatywnie niskich nakładach technicznych. Pomiar wykonywany jest za pomocą dyszy gazowej uchwytu spawalniczego, drutu spawalniczego lub specjalnego sztyftu umieszczonego w pobliżu uchwytu spawalniczego. Element dotykowy pod napięciem zbliża się do mierzonego obiektu i podczas zetknięcia z nim zostaje wytworzony sygnał, a miejsce styku jest zapamiętane. Porównując położenie zapisane w programie sterującym z położeniem zmierzonym sensorem, wyliczona zostaje różnica trajektorii i program sterujący zmienia ruch palnika o wektor wynikający z obliczeń.

Sensory bezkontaktowe, jak nazwa wskazuje, badają spoinę bezstykowo. Są one bardziej niezawodne m.in. ze względu na trudne warunki towarzyszące procesowi spawania. Czujniki prądowe (łukowe) odnotowują zmianę długości łuku powstającą w trakcie układania ściegów zakosowych. W stałonapięciowych źródłach prądu, które stosuje się do zrobotyzowanego spawania, wraz ze wzrostem długości łuku wartość prądu maleje. To właśnie na podstawie tej zależności czujniki pomiarowe korygują ruch robota. Aktualne wartości prądu pozwalają automatycznie wyznaczyć ścieżkę spoiny. Odchylenie od linii wtopienia lub zmiana szerokości rowka wymusza automatyczne wprowadzenie korekty do ustawienia palnika spawalniczego. Odbywa się to zarówno w kierunku poziomym, jak i pionowym, tak aby utrzymać stałą długość wylotu drutu spawalniczego.

Spotykane są także systemy bazujące na połączeniu pracy czujnika taktylnego i łukowego. W takiej kombinacji czujnik taktylny pozycjonuje uchwyt spawalniczy na początku spoiny, a łukowy śledzi przebieg spawania wzdłuż rowka. Przy każdym ruchu zakosowym uchwytu spawalniczego czujnik łukowy sprawdza przebieg prądu i napięcia. System sterowania przelicza uzyskane sygnały prądowe i napięciowe i przekształca w sygnały bocznej i pionowej korekcji położenia uchwytu spawalniczego w trybie online.

 

MM KOMANTARZ
Tomasz Jastrzębski, dyrektor ds. Sprzedaży w Cloos Polska

Wykorzystanie odpowiedniego sensora w aplikacji spawalniczej usprawnia pracę i wpływa na jakość oraz czas procesu spawalniczego. Cloos swoje roboty spawalnicze wyposaża w sensory różnego rodzaju, w tym optyczne typu offline i online. Sensor optyczny offline dokonuje pomiaru spoiny przed rozpoczęciem procesu spawania. Wiązka laserowa wysłana na detal stanowi podstawę pomiaru geometrii i wymiarów spoiny. Jego działanie może uzupełniać się z innymi rodzajami sensorów, np. z sensorem prądowym. W przypadku sensora typu online śledzenie spoiny odbywa się w trakcie procesu spawania. Na jego początku sensor laserowy przesuwa się do zaprogramowanego punktu rozpoczęcia spawania. Głowica laserowa czujnika, która jest zainstalowana równolegle do palnika spawalniczego, wysyła wiązkę lasera na detal i dane wynikające z jej odbicia przekazuje do sterownika robota, który je przetwarza, porównując z zadanymi tolerancjami i deformacjami pod wpływem temperatury. Bazując na wyliczonych wielkościach, system zmienia pozycję palnika i dopasowuje parametry procesu spawalniczego. Sensor wprowadza korekty na bieżąco, przez co zapewnia optymalne rezultaty spawania.

 

Powiązane firmy

Reklama

Systemy laserowe
Korekty trajektorii palnika zamocowanego na ramieniu robota można dokonać także za pomocą sensorów laserowych. Stosuje się je w metodach korekty offline i online. W przypadku pomiarów offline czujniki laserowe pracują na zasadzie triangulacji optycznej – czujnik wysyła wiązkę laserową, która odbija się od kontrolowanej powierzchni i trafia do odbiornika. Ten z kolei ją przelicza, a następnie przesyła dane do oprogramowania robota. Informacje zostają porównane z zawartym w programie wzorem, który zawiera opis kształtu spoiny oraz dopuszczalne odchylenia od niej (tolerancję).

Laserowe systemy śledzenia spoiny składają się z dwóch modułów. Jeden z nich stanowi czujnik laserowy zamontowany na ramieniu robota, który monitoruje spawaną powierzchnię, drugi – sterownik umieszczony w osobnej obudowie. Oba moduły połączone są ze sterowaniem robota za pomocą magistrali Ethernet.
Sterownik rozpoznaje położenie spoiny na podstawie analizy rozkładu charakterystycznych punktów, które mierzone są za pomocą wiązki laserowej (lub kilku równoległych wiązek) wysyłanej przez czujnik na wybrany fragment spoiny. Jej pomiar odbywa się w sposób ciągły z określonym taktem. Pozwala to także ustalić kąt ustawienia narzędzia względem spoi-ny. Punkty, które bada czujnik, zależą od rodzaju spoiny i są opisane w programie sterującym funkcją śledzenia połączenia spawanego.

Czujniki laserowe do śledzenia spoiny wyposażone są w instalację do chłodzenia (powietrzem lub cieczą) oraz dysze doprowadzające sprężone powietrze, mające za zadanie ochronę przed zanieczyszczeniami czy dymem.
Metoda śledzenia spoiny oparta na czujnikach laserowych ma swoje zalety i wady. Na jej korzyść przemawia fakt, że można ją stosować do kontroli zróżnicowanych kształtów rowków spawalniczych. Poza tym czas cyklu pomiarowego jest krótki, a bezpośrednia współpraca z układem sterowania robotem zapewnia szybką korektę trajektorii palnika lub ewentualne zatrzymanie procesu spawania w przypadku zbyt dużych odchyleń od założonej tolerancji. Do wad na pewno można zaliczyć wrażliwość na trudne warunki towarzyszące operacjom spawania. Dodatkowo laserowe układy śledzenia spoiny najlepiej sprawdzają się w przypadku długich spawów, a moduł z czujnikiem osadzanym przy palniku ogranicza zakres jego działania – do spawanych powierzchni musi być swobodny i dość szeroki dostęp.

 

MM KOMENTARZ
Erik Steenkist, Valk Welding
Firma Valk Welding opracowała laserowy system wizyjny Arc-Eye, który śledzi spoinę w czasie rzeczywistym i w razie potrzeby natychmiast koryguje tor ruchu palnika. To co wyróżnia nasze rozwiązanie, to kołowy, a nie liniowy pomiar. Obraz 3D może być tworzony w trakcie pojedynczego skanowania i jest wolny od zakłóceń wynikających z odbicia. Uzyskana informacja służy do regulacji pracy robota pod względem mocy, prędkości i wychylenia palnika. Jeżeli czujnik wykryje odkształcenie, oprogramowanie przekazuje kontrolerowi robota w ciągu ułamka sekundy szereg danych, koniecznych do poprawy położenia, orientacji, prędkości ruchu i parametrów spawania, a sam proces spawania jest nadal kontynuowany. System Arc-Eye został zoptymalizowany do pracy z robotami marki Panasonic.

 

Na tropie spoiny
Obecnie wszystkie firmy konstruujące roboty spawalnicze mają w swojej ofercie systemy śledzenia spoiny. Spory wybór czujników i metod umożliwiających kontrolę rowka spawalniczego oraz spoiny pozwala na konstrukcję różnorodnych systemów.

Firma ABB dla swoich robotów opracowała narzędzie WeldGuide. Jest to prądowo-napięciowy system śledzenia spoiny w czasie rzeczywistym, sterowany z poziomu kontrolera robota. WeldGuide potrafi w trybie automatycznym monitorować i śledzić spaw oraz rozbieżności między zaprogramowaną ścieżką spoiny a jej rzeczywistym położeniem.
Comau dla swoich robotów stworzył układ śledzenia spoiny o nazwie SeamTrack, który wraz z aplikacją Seam- Finder wyszukuje i monitoruje dokładność prowadzenia spoiny. System ten także opiera się na pomiarze zmian w prądzie spawania.

W robotach firmy Cloos spotkać można zarówno sensory prądowe, jak i laserowe – te z kolei typu offline i online. Producent ten stosuje także systemy kombinowane. KUKA swoje roboty wyposaża m.in. w nowoczesny skaner laserowy TH6D niemieckiej firmy Scansonic. System ten umożliwia określenie położenia złącza spawanego przed spawaniem oraz śledzenie spoiny i korekcję online trajektorii ruchu robota.

 

LITERATURA
[1] Ch. Paul, L. Höfner, Sensory w robotyzacji spawania, Przegląd Spawalnictwa 8/2011, s. 28-31.
[2] M. Pachuta, Z. Pilat, Skanery do śledzenia spoiny on-line, www.automatykaonline.pl.
[3] M. Gołąbek, Sensory w spawalnictwie i w procesach cięcia, Politechnika Wrocławska, Wydział Automatyki i Robotyki

Reklama

O Autorze

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama