Сварочный робот. Сварочные роботы

В современном машиностроении, например, в судостроении, тяжелом транспортном машиностроении и др. технологические операции сварки, в частности дуговой, контактной, относятся к одним из наиболее распространенных.

Автоматизация процесса сварки позволяет исключить тяжелый и вредный труд сварщиков, повысить эффективность производства и качество сварных изделий.

Существующие автоматы для дуговой сварки предназначены для сварки изделий сравнительно ограниченного типа швов, главным образом с протяженными прямолинейными и кольцевыми швами, выполняемыми в нижнем положении. Применение сварочных автоматов в условиях серийного и мелкосерийного производства экономически нецелесообразно, а иногда невозможно из-за неизбежных частных переналадок сложного оборудования. В то же время основная масса сварных конструкций имеет швы произвольно ориентированные в пространстве, со сложной траекторией.

Промышленные роботы позволяют расширить диапазон границы автоматизации процесса сварки. Многозвенная кинематика руки робота обеспечивает возможность перемещения закрепленной на ней сварочной головки по сложным пространственным траекториям.

Сварочный робототехнический комплекс (РТК) включает, как правило, автоматический манипулятор горелки, систему управления, позиционер (манипулятор изделия) и сварочное оборудование (сварочную головку с источником питания), сопряженное с системой управления РТК.

Промышленные сварочные роботы для дуговой сварки имеют различное конструктивное исполнение, их манипуляторы обладают, как правило, пятью – шестью степенями подвижности, обеспечивающими все многообразие подвижности горелки.

Различают региональные (переносные) движения робота, служащие для перемещения горелки вдоль линии свариваемого шва и ориентирующие движения – для обеспечения положения горелки относительно линии разделки свариваемых деталей.

В настоящее время существуют роботы портального типа и антропоморфного типа.

Роботы портальной конструкции работают в декартовой системе координат, при этом движения трех основных степеней подвижности по осям X, Y, Z – поступательные, и два ориентирующих движения – поворот и наклон горелки – вращательные. Примером такой компоновки могут служить роботы серии PW японской фирмы Шин Мейва, болгарский робот РБ-251 и т.д.

Роботы портальной конструкции предназначены для сварки крупногабаритных изделий протяженными швами, например корпусов, каркасов, крупных рамных конструкций и т.д. Они хорошо встраиваются в роботизированные линии и участки, однако занимают значительные производственные площади, кроме того, время холостых движений этих роботов относительно велико, вследствие больших диапазонов перемещения. Это делает неэффективным применение их для сварки мелких узлов с большим количеством коротких швов, расположенных в различных пространственных положениях.

Сварочные роботы антропоморфного типа имеют все степени подвижности вращательные. К ним относятся: роботы типа «Мистер Арос» японской фирмы Хитачи, Кика RB-760 (ФРГ), ASEA IRB-6 (Швеция), ТУР-10, РМ-0,1, созданы еще в СССР. Эти роботы отличаются высокими скоростями холостых перемещений (800–1000 мм/с) с расположением манипуляторов изделия с одной или двух сторон.

Рис. 4.1. Схемы РБК: а – с манипуляторами изделий, расположенных в линию; б – по обе стороны манипулятора сварочного инструмента

Однако РБК в этом случае занимает большую площадь и коэффициент использования манипуляторов невысок.

Манипуляторы изделия обеспечивают как бы дополнительными степенями подвижности робота, работают с ним по единой программе, управление или осуществляется от системы управления робота.

Технологическая оснастка для сборки и фиксации свариваемых изделий может находиться на позиционере постоянно, в этом случае для совмещения времени загрузки-разгрузки свариваемых изделий и сварки их роботом применяются двух и более позиционные поворотные столы (рис. 4.2а) или два отдельных манипулятора изделия, работающего с одним роботом (рис. 4.2б).

Это позволяет более полно использовать робот. В то время как на одной позиции осуществляется сварка, на другой оператор осуществляет разгрузку-загрузку.

Если время загрузки-разгрузки намного меньше времени сварки, то один оператор сможет обслуживать два, три и более робота (рис. 4.2в). Они обладают хорошими манипуляционными возможностями, занимают относительно небольшие площади.

Рис. 4.2. Позиционные поворотные столы

Для обеспечения сварки в удобном (нижнем) положении и доступа ко всем швам изделия сварочные роботы обычно оснащаются манипуляторами изделия (позиционерами). Возможно несколько схем относительно перемещения сварочного инструмента и изделия:

Изделие остается неподвижным или равномерно перемещается на конвейере, а сварочный инструмент осуществляет все необходимые перемещения. Применяется, когда все швы доступны для манипулятора инструмента или когда габаритное изделие трудно переориентировать, например, при контактной точечной сварке кузовов автомобилей.

Изделие периодически меняет свою ориентацию с помощью манипулятора изделия, но во время сварки остается неподвижным, а сварочный инструмент выполняет все перемещения, необходимые для сварки.

Изделие и сварочный инструмент непрерывно находятся в движении, необходимом для сварки, с учетом смещений изделия при его переориентации (распространено при дуговой сварке).

Изделие выполняет все перемещения, необходимые для сварки, а сварочный инструмент закреплен неподвижно. Манипулятор изделия – робот (например, при контактной сварке стационарными машинами).

Для повышения эффективности использования роботов, улучшения их технического обслуживания целесообразно их группировать в роботизированные технологические участки линии, а в будущем – в гибкие производственные системы изготовления сварных конструкций.

Сварочные роботы выполняют основную технологическую операцию, и поэтому любая ошибка в программе, неточность следования по заданной траектории, нарушение режимов и скорости сварки приводят к браку. Погрешность отработки траектории у современного ПР дуговой сварки составляет ± (0,2–0,5) мм, а отклонение от заданной скорости не превышает ± (5–8) %.

Подобные жесткие требования вызывают необходимость аттестации манипуляторов сварочных роботов. Точность аттестации влияет на точность выполнения движения горелки при работе робота.

Система управления роботов строится на основе микро-ЭВМ. Реализуя программное обеспечение, ЭВМ рассчитывает траекторию движения горелки, вырабатывает сигналы на выполнение тех или иных команд и управляет движением робота с учетом параметра конкретного манипулятора. Кроме того, программное обеспечение выполняет также функции диалога оператора с роботом, аварийно-диагностические функции по отслеживанию состояния оборудования.

Каждый раз перед сваркой изделий нового типа оператор должен запрограммировать работу робота, т.е. обучить робота по конкретному изделию. Управляя движением робота от дистанционного пульта обучения, оператор последовательно подводит сварочную головку к заранее намеченным опорным точкам на свариваемом изделии и заносит в систему управления их координаты нажатием кнопки «Память» указывая характер траектории между ними (прямая дуга). Если на пути между соседними свариваемыми точками оказывается препятствие, например элементы зажимного приспособления, то в память робота вводят координаты дополнительных точек, определяющих траекторию движения инструмента в обход препятствия на холостом ходу. В общем случае реальная траектория может представлять собой любую пространственную кривую, и задача оператора – выбрать положение опорных точек таким образом, чтобы реальная траектория не отличалась от планируемой на значение, превышающее заданную погрешность. В качестве геометрических признаков траектории в большинстве систем используют классические признаки задания прямой или дуги окружности. Для программирования отрезка прямой необходимо записать две опорные точки, дуги – три, полной окружности – четыре опорные точки. Тогда опорные точки планируемой траектории будут являться точками сопряжения отрезков прямых и дуг окружностей.

Одновременно в память системы заносится технологическая информация о режимах работы сварочного оборудования.

Выполнение программы начинается после того, как собираемый или свариваемый узел займет требуемое исходное положение, и сигнал об этом поступит в запоминающее устройство. По каждой степени подвижности перемещение задается гидроцилиндром. Каждый гидроцилиндр имеет детектор (лат. открыватель) положения, связанный с запоминающим устройством. Орган сравнения, в который поступают сигналы команд и сигналы детекторов положения, по значению их разности управляет перемещением штоков гидроцилиндров, пока рабочий орган не займет положения, заданного программой. Затем дается сигнал на включение инструмента. Окончание сварочной операции служит, в свою очередь, сигналом для дальнейшего движения инструмента к месту выполнения следующей операции. Существенным достоинством робота является возможность быстрой смены программ, хранящихся в памяти машины. В руке робота могут быть закреплены клещи для контактной сварки, резки, сварочная головка для дуговой сварки, захватное устройство. При контактной сварке возникают большие операционные нагрузки из-за значительной массы сварочных клещей, перемещаемых с большими скоростями. При работе робота дуговой сварки условия облегчаются сравнительно малой массой сварочной головки (3–5 кг) и плавным режимом движения (V св 3–50 мм/с). В то же время используемая при контактной сварке относительно простая позиционная система управления не может обеспечить перемещение инструмента по непрерывной траектории с заданной скоростью движения, т.е. оказывается непригодной для дуговой сварки, тепловой резки и т.д.

Нужно иметь в виду, что робот может обеспечить стабильно высокое качество выполнения соединений только при отсутствии существенных отклонений размеров и формы свариваемых элементов. Поскольку такие отклонения все же неизбежны, то наличие жесткой программы является существенным недостатком роботов первого поколения. Предполагается, что роботы второго поколения будут оборудованы системами обратной связи, с помощью которых рабочая программа будет автоматически корректироваться при изменении положения изделия. В то же время роботы первого поколения – более дешевые и простые – будут находить широкое применение.

Использование промышленных роботов позволяет решать вопросы автоматизации контактной точечной, дуговой точечной, дуговой, электронно-лучевой сварки. Применение роботов возможно в виде автономных роботизированных технологических рабочих мест, участков, линий, цехов.

Существенный эффект может быть получен лишь при концентрации применения роботов, объединенных в роботизированные участки. На нем выполняются следующие операции: накопление и хранение комплекта заготовок, выдач этих комплектов на освободившееся рабочее место, автоматического ввода программы работы оборудования, механизация и автоматизация сборки конструкций под сварку (установка, зажим и удержание заготовок в процессе сварки, выгрузка сварного изделия на следующую операцию – контроль, термообработку, механическую обработку, покрытие и т.д.).

В настоящее время разработаны типовые планировки частично автоматизированных производственных участков с использованием роботов для дуговой сварки. В состав участка входят роботы РБ-251, манипуляторы изделия, стеллажный склад, шкафы управления склада, автоматический кран – штабелёр, обслуживающий склад, манипуляторы сбалансированные, пульты управления роботизированными рабочими местами.

Основными параметрами поточных линий, определяющих меру ритмичности и непрерывности их работы, являются ритм потока, выпуска и общая продолжительность производственного цикла.

Ритм потока или производительность линии – это количество продукции, выпускаемой в единицу времени. Такт выпуска – интервал времени, через который производится выпуск изделия.

Примером может служить поточная линия У950 изготовления канистр, которая имеет следующие рабочие позиции:

1 – приварки горловины;

2 – сборки и прихватки полукорпусов;

3 – сварки корпусов по периметру;

4 – приварки ручки;

5 – контроль на герметичность.

Для соединения половин корпуса по периметру применяется шовная электрическая контактная сварка, а для сварки остальных элементов канистры используется полуавтоматическая сварка в защитном газе.

Роботизированная сварка имеет ряд преимуществ перед ручным методом сварки:

• точное соблюдение и контроль режима сварки;
• высокая скорость сварочного процесса, увеличение мощности производства;
• точность и качество сварочного шва;
• способность подключения широкого спектра вспомогательного оборудования (датчики, позиционеры и пр.);
• существенное сокращение количества брака, благодаря строгому соблюдению технологии;
• легкий переход на новое изделие;
• постоянный расход сварочных материалов, что позволяет более точно определять себестоимость товара;
• экономическая оправданность (один сварочный робот манипулятор может заменить нескольких сварщиков).

Процесс сварки – это довольно ответственная задача. В результате таких манипуляций человеку приходится одновременно контролировать множество технологических моментов: скорость прохождения шва, рабочие параметры сварочного оборудования, алгоритм и технологию. Подобная многозадачность даже для специалиста может быть проблематична, а для сварочного робота не имеет никакого значения.

ПРЕДПОСЫЛКИ К РОБОТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА И ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВАРОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Сварка автомат и роботизация производства позволяют справиться с подобными сложностями. Система управления сварочных роботов строго контролирует все параметры процесса, позволяя повысить уровень производительности и добиться качества процесса. Автоматическая сварка сейчас уже не является чем-то уникальным. Данная технология нашла широкое распространение в мире, прошла тернистый путь, доказала свою состоятельность и на данный момент уже проверена временем. Многие предприятия поставили на поток сварку металлических изделий, применяя сварочных роботов. Технология автоматической сварки позволяет значительно увеличить производительность выпуска изделий и избавиться от зависимости в трудовой силе, при этом всегда идеально соблюдать технологию. Сварочный робот имеет возможность применения на предприятиях из различных производственных сфер, вне зависимости от серийности выпуска.

Применение робототехники - универсальный путь автоматизации сварочной технологии не только в серийном, но и мелкосерийном производстве, так как при смене изделия можно использовать тот же робот, изменяя лишь его программу. Роботы позволяют заменить монотонный физический труд, повысить качество сварных изделий, увеличить их выпуск. Один робот может заменить труд четырех человек. При изготовлении сварных изделий следует иметь в виду, что сравнительно просто применять роботы для контактной точечной сварки нахлесточных соединений, сложнее - для электродуговой сварки угловых и тавровых соединений и крайне сложно - для электродуговой сварки стыковых соединений.

Роботы предъявляют специфические требования к технологии изготовления изделия: необходима высокая точность всех заготовок узла, стабильность положения сварного соединения в пространстве и высокое качество сварочных материалов. Возможность использования роботов определяется размерами и формой их рабочего пространства, точностью позиционирования, скоростью перемещения, числом степеней подвижности инструмента, особенностями управления.

Для перемещения не ориентированных в пространстве предметов достаточно трех степеней подвижности, а для полной пространственной ориентации - шести. Для выполнения сварных швов в общем случае необходимо иметь пять степеней подвижности. Обычно три степени подвижности обеспечивает базовый механизм робота, а еще две степени добавляет механическое устройство - кисть робота, на которой крепится рабочий инструмент (сварочная головка, клещи для контактной сварки или газовый резак). Базовый механизм робота может быть выполнен в прямоугольной (декартовой), цилиндрической, сферической и ангулярной (антропоморфной) системах координат (рис. 166). Система координат базового механизма определяет конфигурацию и габариты рабочего пространства робота, в пределах которого возможно управляемое перемещение его исполнительного органа. Робот с прямоугольной системой координат имеет рабочее пространство в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 167, а), размеры которого меньше габаритов самого робота. Промышленные роботы с цилиндрической (рис. 167, б) и сферической (рис. 167, в) системами координат обслуживают более объемное пространство при сравнительно малой площади основания манипулятора. Более компактными являются роботы, выполненные в антропоморфной системе координат, образующие рабочее пространство, близкое к сфере (рис. 167, г).

Рис. 166. Основные схемы базовых механизмов роботов

Рис. 167. Рабочее пространство роботов с прямоугольной (а), цилиндрической (б), сферической (в) и с антропоморфной (г) системами координат

Все типы роботов могут быть установлены неподвижно или с возможностью передвижения по напольным или подвесным направляющим. В основе компоновки базовых механизмов роботов принят модульный принцип. Каждый модуль имеет однокоорди-натное движение. Агрегатная система робототехники позволяет из стандартных блоков, имеющих прямоугольные и вращательные движения (рис. 168), собирать оптимальный промышленный робот, имеющий только требуемое число степеней свободы. Путем использования простых модульных элементов, которые легко могут быть применены для других целей, увеличивается многовариантность и гибкость системы.

В роботах применяют гидравлические, пневматические и электромеханические приводы. Пневмопривод конструктивно прост, однако при его использовании требуемое перемещение инструмента (углы поворота, длина хода) задают только перестановкой упоров, т.е. по каждой степени подвижности имеются только два положения. Гидравлический привод компактен и позволяет управлять инструментом с большой точностью. Электропривод требует использования сложных безлюфтовых редукторов, но зато он проще в обслуживании и обеспечивает высокие быстродействие и точность. Этот тип привода используют, как правило, в сварочных роботах. Пневмопривод применяют в промышленных роботах для сборки деталей, при погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работах.

Кроме линейных и вращающихся модулей на европейских промышленных предприятиях для сварочных и газорезательных работ используют роботы с шестью степенями свободы при различном их конструктивном оформлении (рис. 169). Для сварки в среде защитных газов крупных металлоконструкций применяют роботы портального типа, выполненные в декартовой системе координат с точностью позиционирования инструмента ± 0,35мм. Робот "Горизонтальный-80" (Франция) имеет гидравлический привод, координаты цилиндрические, точность ± 0,3 мм. Робот "Жолли-80" (Италия) оснащен электрическим приводом, координаты цилиндрические, точность ± 0,5 мм. Робот рычажный 6СН (США) имеет гидравлическую систему управления, выполнен в антропоморфной системе координат, точность позиционирования ± 1,27 мм. Гидравлическим приводом оснащен робот "Полярный-6000" (Италия), работающий в системе сферических координат с точностью ± 1 мм.

Системы управления движением инструмента робота подразделяются на цикловые, позиционные и контурные.

Цикловая система наиболее проста, так как программируют обычно две позиции: начало и конец перемещения инструмента. В роботах с цикловым управлением широко используют пневмопривод.

Рис. 168. Агрегатная система компоновки сварочных роботов:
а - типовые блоки и компоновка из них робота; б - примеры сочетаний блоков, обеспечивающих различное число степеней свободы

Рис. 169. Конструкции роботов с шестью степенями свободы:
а - "Горизонтальный-80" (Франция); б- "Жолли-80" (Италия); в - рычажный 6СН (США); г - "Полярный-6000" (Италия)

Позиционная система управления задает не только последовательность команд, но и положение всех звеньев робота, ее используют для обеспечения сложных манипуляций с большим числом точек позиционирования. При этом траектория инструмента между отдельными точками не контролируется и может отклоняться от прямой, соединяющей эти точки. Однако завершение перемещения в каждой точке обеспечивается с заданной точностью. Систему называют однопози-ционной, если она предусматривает остановку инструмента в конце каждого отдельного перемещения (в каждой точке). Такая система пригодна для контактной точечной сварки, для сборочных и транспортных операций.

Многопозиционная система управления предусматривает прохождение промежуточных точек без остановки с сохранением заданной скорости. При достаточной частоте промежуточных точек такая система управления обеспечивает перемещение инструмента по заданной траектории и поэтому может использоваться для дуговой сварки. Однако в этом случае введение программы в память робота требует значительных затрат времени.

Контурная система управления задает движение в виде непрерывной траектории или контура, причем в каждый момент времени определяет не только положение звеньев манипулятора, но и вектор скорости движения инструмента. Эта система обеспечивает движение инструмента по прямой линии или окружности путем задания соответственно двух или трех точек участков траектории. Это существенно упрощает обучение робота, так как отдельные участки траектории могут интерполироваться дугами окружности и отрезками прямых. Роботы с контурным управлением используют для дуговой сварки и термической резки.

Программа выполнения операций дуговой сварки обычно вводится в память робота оператором в режиме обучения. Оператор последовательно подводит горелку к ранее намеченным опорным точкам и вводит их координаты в систему управления с указанием характера траектории между ними: прямая или дуга. Одновременно в память системы вводятся данные о скорости движения горелки и других параметрах режима сварки. При серийном выпуске обучение робота проводят на первом сварном узле.

В условиях мелкосерийного производства отклонения размеров при переходе от одного узла серии к другому могут оказаться значительными, поэтому приходится каждый узел серии программировать заново. В этих условиях применяют роботы с иным способом обучения. Оператор устанавливает на горелку специальный наконечник и вручную перемещает горелку вдоль соединения, касаясь наконечником свариваемых кромок деталей. Сигналы от датчика, фиксирующего перемещение наконечника, вводятся в систему управления в виде координат точек, отстоящих одна от другой на определенном расстоянии. Время обучения робота намного меньше времени сварки, что позволяет осуществлять введение программы индивидуально на каждом экземпляре изделия. Роботы такого типа обучения применяют при сварке протяженных швов в крупногабаритных листовых конструкциях или при частой смене изделий. При этом швы должны быть угловые, тавровые или стыковые с выраженной разделкой кромок, чтобы при обучении наконечник двигался точно по стыку.

Промышленный робот чаще всего является манипулятором инструмента. В зависимости от назначения на руке робота закрепляют захватное устройство, сварочные клещи для точечной сварки, горелку для дуговой сварки в среде защитных газов, резак для термической резки и др.

Захватные устройства служат для захвата и удержания деталей или инструментов, а также их позиционирования в процессе выполнения технологических операций. По принципу действия они могут быть механическими, вакуумными, магнитными, эластично охватывающими и др. Неуправляемые механические захватные устройства выполняют в виде пинцетов, цанговых пальцев и втулок, клещей с прижимной пружиной (рис. 170), усилие зажатия которых осуществляется за счет упругих свойств зажимающих элементов. Такие захваты применяют при манипулировании объектами небольшой массы. Для высвобождения объекта используют специальные съемники. Более широко используют командные механические захватные устройства клещевого типа. Движение зажимающих губок обеспечивают с помощью передаточного механизма (рычажного, реечного, клинового) от пневмопривода. Для этого используют поршневые или диафрагменные двигатели (рис. 170, д). Более универсальны магнитные и вакуумные захватные устройства.

Эластично-охватывающие захватные устройства используют при изготовлении хрупких изделий. При подаче сжатого воздуха через отверстие в корпусе / камера 2 сжимается и захватывает изделие (рис. 171, я). Если изделие захватывают за внутреннюю поверхность, то эластичную камеру делают снаружи. Захватное устройство с эластичными изгибающимися камерами (рис. 171, б) имеет жесткий корпус 1, на котором закреплена призма 3 и две камеры 2. Несимметричное расположение гофр приводит к тому, что при подаче сжатого воздуха камеры изгибаются, захватывая и прижимая деталь к призме. Этим достигается требуемое сочетание точности базирования детали с мягкостью захвата.

Рис. 170. Схемы механизмов захватных устройств типа клещей:
а - пружинный; б - рычажный; в - реечно-рычажный; г - клинорычажный; д - рычажно-диафрагменный

Рис. 171. Схемы эластично охватывающих захватных устройств:
а - с внутренней расширяющейся камерой; б - с изгибающимися камерами;
1 - корпус; 2 - камера; 3 - призма

Захватные устройства часто снабжают контактными датчиками, датчиками проскальзывания и регистрации усилия, ультразвуковыми и оптическими датчиками и др. Это позволяет выявлять предметы, находящиеся между губками и снаружи вблизи захвата.

Суммарные погрешности при изготовлении деталей и сборке узла, отклонения в приспособлении, ошибки при позиционировании руки робота могут привести к неправильной укладке сварного шва. Поэтому для направления сварочной головки по линии стыка деталей и обеспечения постоянного расстояния от горелки до изделия применяют различные датчики положения сварочного инструмента, отличающиеся принципом действия. По способу отыскания линии сварного соединения датчики разделяют на контактные и бесконтактные. Контактные датчики (рис. 172) снимают информацию о месте укладки шва, используя свариваемые кромки или линию сплавления валика с кромкой. Контактные датчики с копирными роликами могут быть соединены со сварочной горелкой жестко или гибко - через управляющее механическое устройство для смещения горелки в нужном направлении. Пневматические и электромеханические датчики содержат копирующий элемент - щуп, который под действием пневмоцилиндров, пружин или собственной массы прижимается к копирующей поверхности с небольшой силой 1...10 Н. Копирование осуществляют впереди места сварки или сбоку от него. Преобразование механического сигнала в электрический осуществляют электроконтактными, фотоэлектрическими, резисторны-ми или дифференциально-трансформаторными преобразователями. Все эти щупы сблокированы со сварочной горелкой.

Рис. 172. Контактные датчики положения сварочного инструмента:
а, б, в - щупы; г, д - копирные ролики

К бесконтактным датчикам относятся телевизионные, фотоэлектрические, индуктивные, пневматические и др. Телевизионные датчики снимают информацию о движении сварочной горелки при наличии контрастных границ или линий при подсветке их осветителем (линия стыка, копирная линия или риска, копирная лента, зазор). Они дают большой объем информации о положении и геометрических параметрах сварного соединения, современны и перспективны. Условия применения фотоэлектрических датчиков аналогичны условиям применения телевизионных датчиков, так как они считывают информацию с контрастных линий.

Электромагнитные датчики получают информацию о стыке или поверхности изделия в результате изменения параметров магнитного поля, создаваемого самим датчиком.

Пневматические струйные датчики работают на принципе изменения давления в выходном сопле при истечении газа на поверхность изделия: чем ближе сопло к поверхности, тем давление больше. Большой объем информации о сварке можно получить, используя для освещения шва монохроматическое излучение лазера. За один поворот датчика, закрепленного на горелке, проводится до 200 измерений, дающих полную трехмерную модель свариваемого стыка в зоне вокруг места сварки. Общим недостатком рассмотренных датчиков является то, что они не контролируют блуждание конца электродной проволоки из-за ее искривления или износа токоподвода. Поэтому более перспективна система, при которой в качестве датчика используют сварочную дугу или электрод, что позволяет получать информацию непосредственно в точке сварки. Отпадает необходимость в запоминании информации и в построении следящих систем, сблокированных со сварочной горелкой.

Роботизированными технологическими комплексами (РТК) называют снабженные роботами рабочие места, участки или линии. Компоновка РТК зависит от характера изделия и серийности его выпуска: В комплект РТК обычно входят робот, совершающий перемещение сварочного инструмента, и манипулятор изделия, позволяющий сваривать все швы в наиболее удобном пространственном положении.

Манипулятор изделия как бы дополняет степени подвижности робота, работает с ним по единой программе и управляется от той же системы. Большое многообразие конструктивных форм сварных изделий вызывает потребность сложного манипулирования ими при сварке, что часто не может быть обеспечено с помощью стандартных сварочных вращателей. Поэтому при конструировании РТК используют модульный принцип построения манипуляторов. Простейшие модули (рис. 173) обеспечивают вращение изделия относительно горизонтальной и вертикальной оси. Установка модулей а на поворотный стол б создает двухпозиционный манипулятор д, позволяющий передавать изделие с позиции сборки на позицию сварки. При компоновке в из модулей получают двухпозиционный манипулятор, обеспечивающий дополнительно поворот изделия из горизонтального положения в вертикальное. Установка траверс г с механизмами вращения планшайб на компоновку д не только позволяет получить дополнительную степень подвижности, но и создает возможность закрепления в манипуляторе е изделий значительных размеров. В зависимости от характера выполняемой технологической операции (сборочной, сварочной) на планшайбах манипулятора устанавливают сборочное приспособление либо устройство для закрепления свариваемого изделия.

Рис. 173. Модульный принцип компоновки манипуляторов:
а - модуль с горизонтальным вращением; б - модуль с вертикальным вращением; в - двухпорционный манипулятор; г - траверса; д - компоновка из модулей а и б; е - сложный манипулятор из модулей

Роботизированный технологический комплекс может состоять, например, из установленного на портале робота для автоматической сварки плавящимся электродом в среде смеси защитных газов и двух-позиционного манипулятора. Когда на правой позиции манипулятора производят сварку, на его левой позиции устанавливают и закрепляют новое собранное изделие. После окончания сварки робот перемещается на левую позицию манипулятора, а на правой позиции производят замену изделия. Если этот манипулятор установить на поворотное основание (рис. 173, е), то необходимость в перемещении робота отпадает и его можно установить стационарно.

При использовании РТК предусматривают меры безопасности обслуживающего персонала. Аварийные ситуации могут возникать из-за непредусмотренных движений робота во время работы и обучения. Поэтому необходима во всех случаях остановка робота при входе человека в рабочее пространство. Отключение робота выполняют устройства защиты, в основе которых используют контактные, силовые, ультразвуковые, индукционные, светолокационные и другие датчики.

Сварочными роботами принято называть полностью автоматизированные системы для выполнения сварочных работ с возможностью программирования.

Основные задачи, которые преследует роботизация - это вывод человека из сварочной зоны, полная автоматизация производства, а значит и повышение производительности в несколько раз.

§ Роботизированная сварка. Особенности применения

§ Технологический процесс применения роботизированной сварки

§ Настройка и калибровка роботизированного сварочного комплекса

§ Размещение комплекса роботизированной сварки

Роботизированная сварка. Особенности применения

Роботизированная сварочная система использует в методе производства использование роботов-манипуляторов, рабочий цикл которых программируется и задается отдельно.

Как правило, среди первых преимущество таких систем выделяют большое качество шва и большую выработку.

Работа дуговой электрической сварки с баласного реостата или инверторного преобразователя практически невозможна без использования выпрямителей. Читайте подробнее здесь о принципе работы сварочных выпрямителей.

Читайте здесь все о требованиях для сварочного кабеля.

Техническая характеристика дуги сварочного робота позволяет производить сварочные работы дугой до нескольких миллиметров, что в сущности дает возможность прокладывать шов толщиной не более 3-4 миллиметров.

Также на прокладку шва не влияет геометрия и позиция захвата заготовки, так как практически все роботы работают с заготовкой на зажимах, возможное отклонение не должно превышать 5 мм.

Кроме того возможна ручная корректировка изделия, которое подается к роботу. Это в конечном итоге существенно повышает качество габаритных заготовок, которые не попадают в зажим, но это до 30% может снизить производительность.

Основная дополнительная оснастка робота должна обеспечивать прочное крепление заготовки к подающему суппорту.

Следует избегать использования оснастки, как инструмента правки геометрии заготовки и решать данные проблемы до попадания заготовки на операцию автоматизированной сварки.

Только зажимные приспособления гидравлического устройства с возможностью регулировки силы нажатия можно использовать как дополнительные манипуляторы для регулировки пространственного положения заготовки и робота сварщика.

Журнал сварочных работ особенный технический документ, который позволяет осуществлять контроль за проведением сварочных работ, их качеством, временем проведения работ и прочего.

Ак как огневые и сварочные работы требуют особенных навыков у производителя работ, соблюдения норм технической и промышленной безопасности, а так же допусков, то проводиться периодическая аттестация с целью продления или получения разрешения и допуска к огневым работам различных категорий. Читайте об аттестации сварщика здесь.

Сварка автоматизированная с применением роботов дает потрясающие результаты качества, но и к заготовке есть ряд требований - заготовка должна быть исполнена с перечнем особых требований, например для листового металла исключаются все виды предварительной резки, кроме лазерной.

Технологический процесс применения роботизированной сварки

Для выбора метода роботизированной сварки должны быть серьезные предпосылки, основа которых - серьезное промышленное производство штампованной сборки. Для реализации сварочных задач автоматами подразделяют следующие виды сварки:

Электрическая дуговая сварка в защитной газовой среде плавким и неплавящимся электродом;

Сварка электрической дугой под слоем флюса или шлака;

Сварка пламенем плазменной фактуры;

Сварка лазером;

Комбинированный гибридный вид сварки с применением деформирующих вальцов;

Промышленные роботы для сварки точечно.

Сварочные аппараты любого вида, инверторные или полуавтоматы – качественное оборудование, но рано или поздно наступает момент для его ремонта и удаления возникших неисправностей. Читайте подробнее о ремонте сварочных аппаратов.

О технике работы и мерах предосторожности при работе со сварочным карандашом читайте здесь.

Все эти методы характерны для собственных видов производства и оставляют различное исполнение и качество сварочного шва. Все методы подразумевают использование оборудования и расход материалов, поэтому есть целесообразность проведения регулярных технических осмотров и обследований оборудования.

Ярчайшим примером роботизированной техники для сварки является манипуляторная электродуговая цеховая сварка.

Данный способ и качество проведения работ во многом зависит от следующих компонентов:

Сварочная проволока и ее состав;

Вид используемого газа-протектора;

Равномерность подачи присадочной или сварочной проволоки;

Подвод нулевого провода от источника тока к заготовке;

Перепад температуры в рабочем цеху;

Огромное значение имеет и вид металла, его качество и плавильные характеристики, наличие каверн и разнотолщинности.

Настройка и калибровка роботизированного сварочного комплекса

Обычно для калибровки выделяют три последовательны этапа:

§ калибровка внешних осей движения робота-манипулятора;

§ координация движений инструмента;

§ координация окружения.

Первые два пункта калибровки являются строго обязательными, их исполнение обязательно, как правило, производится сразу же после монтажа и включения.

Термитная сварка - варочные работы, при которых используется термитный состав - порошковая смесь из алюминиевой или магниевой пудры, которая в равных пропорциях смешивается с металлической окалиной и присадочными горючими элементами металлического происхождения.

Почему лазерная резка металла применяется на большинстве линий промышленного производства? Читайте здесь.

Предварительная калибровка по параметрам умолчания производится на заводе-изготовителе.

Калибровка инструмента позволяет наладить взаимодействие сварочных портов и заготовки в плоть до расстояния в доли миллиметра, это очень важно для промышленности ракетостроения и военной промышленности.

Настройка координационной системы так же очень важна поскольку отвечает за пространственное передвижение шарнирного манипулятора с большой траекторией возможных движений.

Размещение комплекса роботизированной сварки

Чаще всего подобные комплексы монтируются в цехах автоматической сборки с соблюдением конструктивных нюансов и возможных технологических требований:

§ вокруг робота должна быть охранная зона не менее полутора метров;

§ должен быть слот для установки дополнительного оборудования, например сушилки для воздуха, когда не обходимо подача сухого воздуха (сварка микросхем или сплавов);

§ подвижные фрагменты конструкции робота должны быть закрыты кожухами.

Труд человеческих рук останется востребованным всегда, но в наш век работа человека может быть существенно облегчена применением роботизированной техники. Роботизация сварки ярчайший тому пример.

,Сваркой принято называть получение жесткого неразъемного соединения между двумя металлическими поверхностями.
Читайте подробнее о сварке металлов.

О том, как добиться качественного соединения алюминия при сварке читайте тут.

В последние годы многие успешные предприятия металлообработки, заинтересованные в выпуске качественной продукции, регулярно проводят мероприятия, направленные на эффективную модернизацию своего производства. Один из важных этапов этого процесса - использование сварочного робота, чтобы заменить человеческий труд.

Ручная электродуговая сварка представляет собой весьма сложный и ответственный процесс, для выполнения которого от человека требуются особые знания и большой опыт работы. Работа сварщика тяжелая и монотонная, и на качество её выполнения большое влияние оказывает так называемый человеческий фактор.

Развитие современной робототехники позволило снять влияние этого параметра, ведь робот для сварки в комплекте с профессиональным сварочным оборудованием не только не уступает любому опытному сварщику, но и превосходит его результаты труда. Каковы же конкретные преимущества современных роботов для сварки перед человеком?

1. Широкие возможности настройки

У каждой рабочей программы сварочного робота имеется ряд определённых параметров, соответствующих требованиям к сварке тех или иных изделий. Таким образом, можно настроить робота под конкретную толщину детали, вид и длину сварного шва, расположение шва в пространстве и другие особенности сварки.

Вот некоторые параметры роботизированной сварки, которые можно модифицировать в процессе работы:

• Определение последовательности выполнения сварки
• Время подачи защитного газа до начала и после окончания сварки
• Данные для автоматического высвобождения проволоки при приварке
• Скорость подачи и оттягивания проволоки
• Данные для корректировки геометрии шва.

2. Универсальность и быстрая перестройка

Сварочный робот - это современный механизм, отличающийся универсальностью действий, а также высокой скоростью перехода на выполнение новых операций. В отличие от специализированного оборудования, способного выполнять лишь ту задачу, для которой оно было спроектировано, робот легко переключается с одной работы на другую и даже способен выполнять некоторые процессы одновременно.

Роботы могут использоваться для сварки как компактных деталей, так и тяжеловесных заготовок абсолютно любой конструкции. Например, в этом видео робот приваривает рёбра жёсткости к двутавровой балке:

Возможность быстрой перестройки с одного типа работ на другие - то, что существенно отличает робота для сварки не только от специализированного оборудования, но и от сварщика-человека.

Принципиальное различие между роботизированными технологиями и обычными, традиционными средствами - в том, что роботы всегда имеют многоцелевое назначение, легко перестраиваясь на выполнение разнообразных операций, в том числе и при возникновении нестандартных ситуаций.

Знаете ли вы? Каждый год доля сварочных работ, выполняемых роботами, неуклонно растёт. Скажем, в Европе число сварочных роботов на заводах и фабриках ежегодно увеличивается на 10%.

3. Безопасность

Роботизированные комплексы всегда огорожены для того, чтобы предупредить возможность получения травмы. На предприятиях принимаются все меры, чтобы в течение эксплуатации робота несанкционированный персонал не находился в пределах его рабочей зоны.

Обычная форма защиты - высокий забор - дополняется защитными лучами, пересечение с которыми автоматически остановит робот манипулятор. Кроме того, дополнительную безопасность обеспечивают и кнопки аварийной остановки.

4. Точность выполнения работ

Точечная сварка роботом - уже давно признанный метод, ведь требуемая точность позиционирования по этой технологии составляет всего 1 мм, что было доступно уже первому поколению роботов. При дуговой сварке требуются значительно более жёсткие допуски, по сравнению с контактной, ведь изменение в положении дуги не должно быть выше 0,5 мм.

Высокая точность сварки роботом обеспечивается безошибочными колебательными движениями горелки, однако для того, чтобы добиться идеальной повторяемости при использовании робота на производстве, необходимо выполнение ряда требований:

• Обеспечение высокой точности позиционирования всех сварочных узлов
• Обеспечение стабильности соединений сварных швов
• Использование сварочных материалов только наивысшего качества.

Экономическая оправданность роботов для сварки, или когда стоит роботизировать производство

Все эти преимущества сварочных роботов, безусловно, важны, но нельзя забывать и о том, что промышленные роботы - это всегда большие расходы, которые могут не оправдаться, если ваше предприятие не будет соответствовать такой технике.

В стоимостном выражении, сварочный робот для электродуговой сварки экономически обоснован при производстве не менее 1000 единиц продукции в год. Для более мелких объёмов производства программирование робота и производственных приспособлений вряд ли будет доходным.

Наиболее значимые преимущества, а также некоторые недостатки роботов для сварки обобщены в следующей таблице:

Если вы хотите подробней ознакомиться с тем, как происходит сварка роботом, предлагаем посмотреть видеоролик о роботизированной сварке (приварка крепежа):

Уже долгое время мы разрабатываем проекты на основе промышленных роботов KUKA по автоматизации любых производственных процессов — сварка, фрезеровка, резка, покраска, сборка, паллетирование и пр.

С моделями роботов вы можете ознакомиться в нашем каталоге по ссылке ,

а получить подробную информацию и разработку проекта можно, связавшись с нашими специалистами

по телефонам +7 (495 )787-49-12, 8-800-500-49-12

Так же Вы можете связаться напрямую с интересующим Вас специалистом, посмотрев его контакты в разделе « Наши сотрудники» по

Будем рады ответить на все возникшие вопросы!