Làm thế nào hàn ống Robot xử lý các khớp phức tạp

Giới thiệu

Hàn ống robot ngày càng trở nên quan trọng trong môi trường sản xuất nơi các cụm ống chứa các khớp nối lặp đi lặp lại, thay đổi hướng, đường nối chu vi, kết nối nhánh hoặc điều kiện truy cập chặt chẽ.Các ứng dụng này đòi hỏi nhiều hơn là chỉ đơn giản là di chuyển một ngọn đuốc hàn xung quanh một đường ống.

Một hệ thống hàn ống robot thành công phải phối hợp vị trí mỏ hàn, xoay phôi, hình học khớp, thông số hàn, độ chính xác của vật cố định và đôi khi cảm biến đường may.Khi các yếu tố đó được thiết kế như một quy trình, tự động hóa có thể cải thiện độ lặp lại và làm cho các khớp nối ống phức tạp dễ quản lý hơn nhiều qua các chu kỳ sản xuất lặp đi lặp lại.

Thách thức là các mối nối ống hiếm khi đơn giản như mối hàn thẳng trên một tấm phẳng. góc ngọn đuốc thay đổi liên tục xung quanh các bề mặt cong, trọng lực ảnh hưởng đến hồ hàn khác nhau khi thay đổi hướng và biến đổi kích thước có thể dịch chuyển đường may thực ra khỏi đường được lập trình.

Bài viết này giải thích cách hàn ống robot quản lý những thách thức đó, khớp nối nào phù hợp nhất với tự động hóa và tại sao cảm biến, bộ định vị, đồ đạc và lập kế hoạch quy trình lại quan trọng như chính robot.

Hàn ống Robot là gì?

Hàn ống bằng robot sử dụng robot công nghiệp hoặc robot cộng tác để điều khiển mỏ hàn xung quanh các mối nối ống theo các đường dẫn được lập trình hoặc điều chỉnh bằng cảm biến.

Tùy thuộc vào ứng dụng, robot có thể làm việc với:

• cụm ống cố định
• ống quay
• bộ định vị đa trục
• khớp chu vi
• kết nối nhánh
• cấu trúc ống cong
• nhiều đường kính ống
• các cụm chế tạo lặp đi lặp lại

Quá trình hàn cơ bản có thể khác nhau. hệ thống robot có thể được cấu hình xung quanh các hình thức khác nhau của hàn hồ quang, tùy thuộc vào vật liệu, thiết kế khớp, yêu cầu sản xuất và kiểm soát quy trình cần thiết.

Sự khác biệt quan trọng là hàn ống robot không chỉ được xác định bởi robot.

Hệ thống hoàn chỉnh thường bao gồm robot, thiết bị hàn, thiết bị cố định, bộ định vị, hệ thống mỏ hàn, bộ điều khiển và đôi khi là công nghệ cảm biến đường may hoặc thị giác.

Tại sao hàn ống khó tự động hóa hơn

Mối hàn thẳng trên phôi phẳng cho phép mỏ hàn duy trì hướng tương đối ổn định.

Hàn ống là khác nhau vì khớp nối theo một bề mặt cong.

Khi robot di chuyển xung quanh một đường ống, mối quan hệ giữa ngọn đuốc và khớp liên tục thay đổi.Nếu đường ống đứng yên, cổ tay robot có thể cần phải xoay qua một đường dẫn phức tạp.Nếu phôi quay, robot và bộ định vị phải duy trì đồng bộ hóa.

Một số biến ảnh hưởng đến quá trình:

Những yếu tố này giải thích tại sao hàn ống robot nên được thiết kế xung quanh toàn bộ hình dạng khớp thay vì chỉ đơn giản là xung quanh tầm với của robot.

Các mối nối chu vi trong hàn ống robot

Các mối nối chu vi là một trong những ứng dụng tự nhiên nhất để hàn ống robot.

Mối hàn theo chu vi của đường ống nơi hai thành phần hình trụ gặp nhau. hệ thống có thể tiếp cận điều này theo hai cách cơ bản.

Một phương pháp giữ cho đường ống đứng yên trong khi robot di chuyển ngọn đuốc xung quanh khớp.

Cái còn lại xoay đường ống trong khi robot duy trì vị trí hàn ổn định hơn.

Đối với nhiều ứng dụng, việc xoay phôi mang lại sự sắp xếp được kiểm soát tốt hơn vì robot không cần phải di chuyển qua một đường tròn cực đoan.

Bộ định vị có thể xoay đường ống ở tốc độ được kiểm soát trong khi robot duy trì vị trí và hướng mỏ hàn cần thiết.

Tuy nhiên, cấu hình tốt nhất phụ thuộc vào kích thước ống, trọng lượng thành phần, hình học xung quanh, tiếp cận khớp và liệu các đường nối khác có phải được hàn trong cùng một chu kỳ hay không.

Do đó, bố cục tự động hóa nên được chọn sau khi phân tích toàn bộ cụm lắp ráp thay vì chỉ đường may theo chu vi.

Nhánh và các khe giao nhau

Các mối nối ống nhánh phức tạp hơn vì đường may không theo một vòng tròn đơn giản.

Khi một ống giao nhau với một đường hàn khác, đường hàn có thể trở thành ba chiều. hình học chính xác phụ thuộc vào đường kính ống, góc giao nhau và chuẩn bị khớp.

Điều này tạo ra một số thách thức cho robot.

Hướng mỏ hàn có thể cần phải thay đổi liên tục. khoảng cách giữa mỏ hàn và phôi phải được kiểm soát. robot phải tránh va chạm với cả hai đường ống trong khi vẫn duy trì quyền truy cập vào khớp.

Lập trình từng điểm truyền thống có thể xử lý các khớp này, nhưng nỗ lực lập trình tăng lên khi hình học trở nên phức tạp hơn.

Nhận dạng dựa trên tầm nhìn và tạo đường dẫn kỹ thuật số có thể làm cho quy trình linh hoạt hơn khi có nhiều kích thước ống hoặc hình dạng nhánh.

Yêu cầu cơ bản vẫn giữ nguyên: hệ thống tự động hóa phải hiểu vị trí của mối nối thực và duy trì hướng hàn thích hợp dọc theo toàn bộ đường dẫn.

Vai trò của bộ định vị trong hàn ống phức tạp

Bộ định vị đặc biệt quan trọng trong hàn ống robot vì chúng cho phép phôi di chuyển theo hướng thuận lợi hơn.

Không nên buộc robot phải hoàn thành mọi mối hàn chỉ thông qua chuyển động của cánh tay nếu việc xoay hoặc nghiêng bộ phận tạo ra đường hàn đơn giản hơn.

Một người định vị có thể giúp:

• duy trì định hướng ngọn đuốc ổn định hơn
• giảm cấu hình cổ tay robot cực đoan
• cải thiện khả năng tiếp cận chung
• tạo chuyển động hàn mượt mà hơn
• giữ robot bên trong một phạm vi làm việc hiệu qu
• đơn giản hóa hàn chu vi
• hỗ trợ chuyển động đa trục phối hợp

Ví dụ, một cụm ống với các đường nối ở một số mặt có thể yêu cầu định hướng lại nhiều lần. thay vì dừng quá trình và định vị lại thành phần theo cách thủ công, bộ định vị có thể lập trình có thể di chuyển phôi tự động.

Trong các hệ thống tiên tiến hơn, robot và bộ định vị hoạt động như các trục phối hợp.

Điều này cho phép chúng di chuyển cùng nhau trong khi vẫn duy trì mối quan hệ cần thiết giữa ngọn đuốc và đường may.

Tại sao độ chính xác của đồ đạc lại quan trọng

Một hệ thống robot có thể lặp lại chuyển động của nó rất chính xác, nhưng nó vẫn phụ thuộc vào phôi xuất hiện ở vị trí có thể dự đoán được.

Đây là lý do tại sao thiết kế đồ đạc là rất quan trọng.

Nếu một đường ống được đặt khác nhau trong mỗi chu kỳ, mối nối thực tế có thể dịch chuyển ra khỏi đường hàn được lập trình.

Ngay cả những thay đổi nhỏ cũng có thể trở nên quan trọng khi hình dạng khớp hẹp hoặc khi mối quan hệ giữa ngọn đuốc với công việc cần thiết được kiểm soát chặt chẽ.

Một vật cố định tốt nên:

• thiết lập vị trí đường ống lặp lại
• ngăn chặn chuyển động không mong muốn
• duy trì khớp fit-up
• tránh chặn truy cập ngọn đuốc
• cho phép tải hiệu quả
• hỗ trợ trình tự hàn cần thiết

Thiết kế đồ đạc cũng nên xem xét hành vi nhiệt.

Các cụm ống có thể di chuyển hoặc biến dạng khi hàn tiến triển. do đó, vật cố định phải giữ thành phần một cách thích hợp mà không tạo ra sự kiềm chế không cần thiết gây ra các vấn đề mới.

Trong hàn ống robot, độ chính xác của vật cố định là một phần của độ chính xác của đường dẫn.

Làm thế nào Seam Tracking Xử lý biến thể ống

Các cụm ống được chế tạo thực tế hiếm khi giống hệt với hình dạng kỹ thuật số danh nghĩa của chúng.

Dung sai cắt, hình thành, lắp ráp, hàn dính, tải vật cố định và các mối hàn trước đó đều có thể ảnh hưởng đến nơi đường may xuất hiện.

Nếu robot chỉ đi theo một đường được lập trình cố định, những khác biệt đó có thể làm giảm độ chính xác của hàn.

Cảm biến đường may giúp giải quyết vấn đề này.

Tùy thuộc vào hệ thống, cảm biến có thể xảy ra trước khi hàn hoặc trong quá trình hàn.Mục tiêu là xác định vị trí khớp thực tế so với đường dẫn dự kiến.

Sau đó, hệ thống có thể điều chỉnh quỹ đạo của robot trong giới hạn xác định.

Điều này đặc biệt hữu ích cho:

• khớp chu vi dài
• kết nối nhánh
• cụm ống chế tạo
• các thành phần có sự thay đổi kích thước được kiểm soát
• cấu trúc lặp đi lặp lại với sự khác biệt nhỏ về vị trí

của SHUIPO hệ thống hàn robot có thể được tích hợp với các công nghệ định vị và cảm biến khi các ứng dụng đòi hỏi sự linh hoạt cao hơn xung quanh sự thay đổi phôi thực t.

Mục tiêu không phải là làm cho độ chính xác của vật cố không cần thiết.

Chiến lược tốt hơn là kiểm soát càng nhiều biến thể càng tốt thông qua sản xuất và cố định, sau đó sử dụng cảm biến để quản lý những khác biệt có thể dự đoán được còn lại.

Đường dẫn cố định vs hàn ống robot hướng dẫn cảm biến

Không phải mọi ứng dụng hàn ống robot đều cần cảm biến tiên tiến.

Nếu phôi có độ lặp lại cao và các thiết bị cố định định vị các mối nối một cách nhất quán thì đường dẫn được lập trình cố định có thể mang lại kết quả tuyệt vời.

Hàn hướng dẫn cảm biến trở nên có giá trị hơn khi sự thay đổi phôi gia tăng.

Sự lựa chọn chính xác phải dựa trên sự thay đổi sản xuất được đo lường thay vì tự động thêm công nghệ cảm biến.

Góc ngọn đuốc và định hướng xung quanh các khớp cong

Độ cong của ống tạo ra một thách thức định hướng liên tục.

Khi ngọn đuốc di chuyển xung quanh mối hàn chu vi, hướng bề mặt cục bộ thay đổi liên tục.

Do đó robot phải duy trì mối quan hệ thích hợp giữa:

• điện cực hoặc dây
• đường tâm khớp
• bề mặt ống
• hướng đi du lịch

Nếu robot chỉ đơn giản đi theo tâm hình học của đường may mà không điều chỉnh hướng mỏ hàn, góc hàn có thể dần dần trở nên không phù hợp.

Đây là lý do tại sao các chương trình hàn ống robot thường chứa cả thông tin vị trí và định hướng.

Robot không chỉ được hướng dẫn nơi di chuyển.

Nó cũng phải biết ngọn đuốc nên được định hướng như thế nào tại mỗi điểm.

Đối với các giao lộ đường ống phức tạp hơn, hướng này có thể thay đổi đồng thời ở nhiều trục.

Việc tạo đường dẫn trơn tru trở nên đặc biệt quan trọng vì chuyển động cổ tay đột ngột có thể cản trở chuyển động hàn ổn định.

Quản lý vị trí bắt đầu và dừng

Hàn ống thường liên quan đến các đường nối vòng kín.

Điều đó có nghĩa là robot cuối cùng sẽ quay trở lại khu vực bắt đầu hàn.

Vùng bắt đầu và dừng xứng đáng được lập kế hoạch quy trình cẩn thận vì nó có thể ảnh hưởng đến tính liên tục của mối hàn đã hoàn thành.

Lập trình nên định nghĩa:

• vị trí bắt đầu hồ quang chính xác
• phong trào ổn định
• hướng đi du lịch
• chiến lược chồng chéo khi thích hợp
• hành vi dừng hồ quang
• chuyển động ngọn đuốc cuối cùng

Mục tiêu là để đảm bảo rằng quá trình chuyển đổi giữa điểm bắt đầu và điểm kết thúc của mối hàn theo chu vi vẫn được kiểm soát và lặp lại.

Trong các ứng dụng nhiều đường, thách thức trở nên lớn hơn vì các đường hàn tiếp theo phải được định vị chính xác so với các đường hàn trước đó.

Đây là một lĩnh vực khác mà việc định vị phôi và kiểm soát đường đi nhất quán trở nên cần thiết.

Hàn ống robot cho khớp nối nhiều đường

Một số mối nối ống yêu cầu nhiều hơn một đường hàn.

Trong hàn thủ công, người vận hành có kinh nghiệm có thể đánh giá trực quan hạt trước đó và điều chỉnh lần hàn tiếp theo.

Hàn đa bước bằng robot yêu cầu mối quan hệ đó phải được chuyển thành các đường dẫn được kiểm soát và logic quy trình.

Hệ thống phải hiểu vị trí mỗi đường chuyền phải được đặt so với hình dạng mối nối và mối hàn trước đó.

Các chiến lược có thể bao gồm:

• đường dẫn bù được xác định trước
• các chương trình nhiều lượt được lưu trữ
• nhận dạng đường may dựa trên cảm biến
• điều chỉnh đường dẫn thích ứng
• xoay phôi được kiểm soát

Sự phù hợp của từng phương pháp phụ thuộc vào hình dạng mối nối và mức độ biến đổi dự kiến giữa các thành phần.

Hàn ống bằng robot nhiều bước thường yêu cầu kiểm soát quy trình mạnh hơn so với hàn một bước vì lỗi ở lần hàn sớm có thể ảnh hưởng đến mọi lần hàn sau.

Chế tạo ống trộn cao và tính linh hoạt của robot

Chế tạo ống không phải lúc nào cũng liên quan đến việc chạy dài các thành phần giống hệt nhau.

Các nhà sản xuất có thể xử lý một số đường kính ống, chiều dài, giao điểm, góc khớp hoặc cấu hình lắp ráp.

Điều này tạo ra một thách thức tự động hóa hỗn hợp cao.

Lập trình cố định truyền thống vẫn có thể hoạt động, nhưng số lượng chương trình và thay đổi thiết lập có thể phát triển nhanh chóng.

Hệ thống hàn ống robot linh hoạt hơn có thể sử dụng:

• các chương trình được tham số hóa
• mô hình phôi kỹ thuật số
• nhận dạng bộ phận dựa trên tầm nhìn
• tự động phát hiện đường may
• quy trình hàn tái sử dụng
• đồ đạc có thể điều chỉnh
• bộ định vị có thể lập trình

Mục tiêu là tách biệt những gì thay đổi khỏi những gì không đổi.

Ví dụ, một họ cụm ống có thể sử dụng các đường kính khác nhau trong khi có chung loại mối nối cơ bản và quy trình hàn.

Một hệ thống linh hoạt có thể sử dụng những yếu tố chung đó thay vì coi mọi sản phẩm như một dự án tự động hóa hoàn toàn mới.

Cách Robot Reach Ảnh hưởng đến Thiết kế Tế bào hàn ống

Không nên đánh giá tầm với của robot chỉ bằng cách so sánh tầm với tối đa với kích thước phôi.

Một robot hoạt động tốt nhất trong một phong bì làm việc hiệu qu.

Khi hàn gần mép cực của tầm với của nó, việc duy trì hướng mỏ hàn thích hợp có thể trở nên khó khăn.

Do đó, các cụm ống lớn có thể yêu cầu:

• một đường ray robot tuyến tính
• xoay phôi
• nhiều vị trí robot
• bộ định vị đa trục
• bố cục ô thay thế

Phân tích va chạm cũng quan trọng không kém.

Robot phải tránh chính đường ống, các bộ phận cố định, cấu trúc định vị, cáp hàn và các thiết bị xung quanh.

Mô phỏng trước khi cài đặt cuối cùng có thể giúp xác định những vấn đề này trước khi chúng trở thành hạn chế vật lý.

Bố cục ô tốt nhất là bố cục cho phép truy cập trơn tru vào tất cả các khớp cần thiết mà không buộc robot phải thực hiện các cấu hình cực đoan lặp đi lặp lại.

Khi hàn ống robot có ý nghĩa nhất

Hàn ống robot cung cấp giá trị mạnh nhất khi quá trình chứa các nhiệm vụ hàn lặp đi lặp lại hoặc có cấu trúc.

Những ứng viên giỏi thường có:

• khớp nối ống định kỳ
• kích thước thành phần được kiểm soát
• hình học lắp ráp có thể dự đoán được
• quy trình hàn ổn định
• sản xuất lặp đi lặp lại
• đường may có thể truy cập
• tài liệu tham khảo phù hợp về vật cố định
• biến thể khớp có thể đo lường được

Sự phức tạp một mình không làm cho hàn robot không phù hợp.

Một khớp ba chiều phức tạp vẫn có thể được tự động hóa nếu hình dạng của nó có thể dự đoán được.

Thách thức lớn hơn là tính không thể đoán trước.

Một khớp trông đơn giản thay đổi đáng kể từ thành phần này sang thành phần khác có thể khó tự động hóa hơn so với khớp phức tạp lặp lại nhất quán.

Đây là lý do tại sao độ lặp lại của quá trình thường quan trọng hơn tính đơn giản về mặt hình học.

Những sai lầm hàn ống Robotic phổ biến

Một sai lầm phổ biến là giả định rằng một bộ định vị quay tự động giải quyết hàn chu vi.

Bộ định vị vẫn phải định vị đường ống chính xác và phối hợp chính xác với quá trình hàn.

Một sai lầm khác là bỏ qua sự thay đổi ở các giao lộ nhánh.

Nếu việc cắt và lắp ráp đường ống di chuyển đường may thực ra khỏi hình học được lập trình, robot cần cải thiện khả năng kiểm soát quy trình hoặc cách xác định sự thay đổi đó.

Truy cập ngọn đuốc cũng thường xuyên bị đánh giá thấp.

Các thiết bị cố định giữ đường ống an toàn có thể cản trở ngọn đuốc hoặc cổ tay robot.

Các nhà sản xuất cũng nên tránh thiết kế tự động hóa xung quanh một thành phần mẫu lý tưởng.

Thử nghiệm nên sử dụng phôi sản xuất đại diện bao gồm biến thể kích thước và lắp ráp thông thường.

Cuối cùng, quá trình hoàn chỉnh cần được kiểm tra.

Nếu tải, căn chỉnh, hàn dính hoặc định vị vẫn không ổn định, tự động hóa hoạt động hàn cuối cùng một mình có thể không giải quyết được vấn đề sản xuất cơ bản.

Làm thế nào để đánh giá một ứng dụng hàn ống Robot

Một đánh giá hữu ích bắt đầu bằng cách nhóm các thành phần ống theo loại khớp và hình dạng.

Xác định:

• đường kính ống
• cấu hình khớp
• góc nhánh
• chiều dài đường may
• dung sai kích thước dự kiến
• các quá trình hàn
• định hướng bắt buộc
• giới hạn truy cập

Sau đó kiểm tra dòng sản xuất thực tế.

Xác định cách các đường ống được cắt, lắp ráp, định vị, hàn dính, chuyển giao và định vị trước khi hàn lần cuối.

Đo lường sự biến đổi thực sự thay vì chỉ dựa vào bản vẽ.

Sau đó, xác định xem các thiết bị cố định có thể kiểm soát sự thay đổi hay không hoặc có nên thêm cảm biến hay không.

Sau đó, tầm với của robot, chuyển động của bộ định vị, hình dạng ngọn đuốc và khoảng sáng gầm va chạm phải được đánh giá cùng nhau.

Quá trình này cung cấp một nền tảng mạnh mẽ hơn nhiều so với việc lựa chọn thiết bị trước và cố gắng điều chỉnh phôi sau đó.

Tương lai của hàn ống robot

Hàn ống bằng robot đang hướng tới các hệ thống đòi hỏi ít giảng dạy điểm cố định hơn và có thể phản ứng hiệu quả hơn với hình dạng khớp thực tế.

Tầm nhìn, cảm biến đường may, mô hình kỹ thuật số, tạo đường dẫn tự động và điều khiển thích ứng ngày càng trở nên quan trọng đối với các cấu trúc đường ống phức tạp.

Thay đổi quan trọng nhất là khả năng kết nối hình học kỹ thuật số với thông tin phôi thực t.

Một mô hình kỹ thuật số có thể xác định đường may nên ở đâu.

Một cảm biến có thể xác định đường may thực sự ở đâu.

Sau đó, robot có thể áp dụng quy trình hàn đã được xác thực dọc theo đường dẫn đã hiệu chỉnh.

Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích cho chế tạo hỗn hợp cao trong đó hình dạng mối nối vẫn có cấu trúc nhưng kích thước hoặc vị trí thành phần thay đổi trong giới hạn đã biết.

Các hệ thống trong tương lai vẫn sẽ phụ thuộc vào đồ đạc tốt, kỹ thuật hàn và các quy trình ngược dòng ổn định.

Tự động hóa trở nên thông minh hơn khi có thông tin tốt hơn, chứ không phải khi kiểm soát sản xuất cơ bản bị bỏ qua.

Kết luận

Hàn ống robot có thể xử lý các khớp phức tạp một cách hiệu quả khi robot, bộ định vị, vật cố định, công nghệ cảm biến và quy trình hàn được thiết kế như một hệ thống phối hợp.

Các đường nối chu vi có thể được đơn giản hóa thông qua việc xoay phôi có kiểm soát. khớp nhánh có thể được quản lý với quy hoạch đường dẫn ba chiều. cảm biến đường may có thể bù đắp cho sự thay đổi có thể dự đoán được, trong khi các thiết bị cố định chính xác cung cấp tham chiếu lặp lại mà robot yêu cầu.

Yếu tố quan trọng nhất không phải là liệu một mối nối ống có vẻ phức tạp hay không.

Đó là liệu hình học, sự biến đổi và quy trình sản xuất có thể được hiểu và kiểm soát hay không.

Khi những điều kiện đó được áp dụng, hàn ống bằng robot có thể biến các mối nối lặp lại khó khăn thành các hoạt động sản xuất ổn định, có thể lập trình trong khi vẫn giữ được tính linh hoạt cần thiết cho các cụm ống khác nhau.

Câu hỏi thường gặp

Cần giúp đỡ Chọn giải pháp hàn ống robot phù hợp?

Nếu bạn không chắc chắn về cách hàn ống robot có thể xử lý đường kính ống, hình dạng khớp, kết nối nhánh, bộ định vị, đồ đạc hoặc biến thể đường may của bạn, nhóm của chúng tôi có thể giúp đánh giá quá trình hàn hoàn chỉnh. Liên hệ SHUIPO để được tư vấn kỹ thuật và phát triển phương pháp tự động hóa xung quanh các điều kiện sản xuất thực tế của bạn.