Roboty spawalnicze FANUC – wysoka funkcjonalność i łatwość obsługi

FANUC Robotics produkuje roboty przemysłowe, charakteryzujące się wskaźnikiem niezawodności 99,99 %.  Powodem, dla którego FANUC jest w stanie utrzymać wysokie standardy jakościowe jest bezpośrednia kontrola produkcji prawie wszystkich komponentów, z których zbudowany jest robot, takich jak na przykład: system operacyjny, serwonapędy, serwo-wzmacniacze, sterowniki osi czy enkodery. Roboty FANUC mogą być wykorzystane w różnorodnych gałęziach przemysłu: od samochodowego poprzez produkcję artykułów AGD aż do przemysłu spożywczego lub budowlanego. Poszczególne rodziny robotów FANUC zostały zaprojektowane do realizacji wyspecjalizowanych zadań, takich jak: paletyzacja produktów o dużym ciężarze, przenoszenie elementów, załadunek i wyładunek maszyn, a także spawanie łukowe i zgrzewanie punktowe. W niniejszym artykule prezentujemy roboty spawalnicze firmy FANUC.

Roboty spawalnicze FANUC noszą najczęściej nazwę Arc-Mate. Modele spawalnicze Arc-Mate zostały skonstruowane w celu realizacji różnorodnych procesów spawania (MIG/MAG, TIG, laser). Dzięki konstrukcji pustego w środku ramienia, roboty te pozwalają na prowadzenie przewodów spawalniczych wewnątrz ramienia. Takie rozwiązanie znacznie ogranicza ewentualność wystąpienia kolizji przewodów spawalniczych z innymi elementami stanowiska spawalniczego. Dodatkowo ze względu na oddalenie serwonapędów od kiści robota, kiść robota jest na tyle wąska, iż umożliwia spawanie elementów z bardzo utrudnionym dostępem do miejsca ułożenia spoiny.

Szeroki zakres maksymalnych zasięgów robotów (1420mm do 3110mm), możliwość zastosowania pozycjonerów spawalniczych (udźwig stołu spawalniczego od 300 do 1000kg), a także możliwość umieszczenia robota na dodatkowych torach jezdnych pozwala na realizację praktycznie wszystkich zadań z dziedziny spawania łukowego.

Poruszanie robota na torze jak i poruszanie robota względem stołu spawalniczego może być programowane przez polskich programistów w bardzo ułatwiony sposób: zarówno sam robot, jak i tor jezdny oraz pozycjoner FANUC są zorientowane w jednym wspólnym układzie współrzędnych względem końcówki drutu spawalniczego na końcu palnika. Wykorzystanie wspólnego układu współrzędnych przez zastosowanie oryginalnego stołu spawalniczego FANUC umożliwia łatwe synchronizowanie ruchu robota z jednoczesnym obrotem detali spawanych.

Do spawania łukowego używane są następujące roboty FANUC:

• Arc-Mate 100iC o zasięgu maksymalnym 1420mm i masie 130kg;
• Arc-Mate 100iC/6L o zasięgu maksymalnym 1632mm i masie 135kg;
• Arc-Mate 120iC o zasięgu maksymalnym 1811mm i masie 250kg;
• Arc-Mate 120iC/10L o zasięgu maksymalnym 2009mm i masie 250kg;
• M-710iC/20L o zasięgu maksymalnym 3110mm i masie 540kg.

Najczęściej w Polsce stosuje się roboty spawalnicze do spawania metodą MIG/MAG. Gdy istnieje potrzeba spawania metodą TIG lub cięcia plazmą należy zastosować zestaw ochrony robota spawającego TIG-KIT. Zestaw TIG-KIT pozwala na ochronę robota w zastosowaniach wysoko częstotliwościowych. Zestaw nie dopuszcza do uszkodzeń części elektronicznych, pozwala na wykorzystanie tego samego robota przy różnych zastosowaniach spawalniczych. Znakomitym uzupełnieniem zrobotyzowanych systemów spawalniczych jest stacja czyszcząca. Stacja czyszcząca umożliwia automatyczne czyszczenie i konserwacje elektrody palnika bez konieczności interwencji obsługi. Zastosowanie stacji czyszczącej pozwala na wydłużenie okresów bezobsługowej pracy zrobotyzowanego stanowiska spawalniczego.

Specjalistyczna funkcjonalność robotów spawalniczych FANUC

Wszystkie roboty FANUC sterowane są za pomocą zunifikowanego kontrolera R-30iA. Wysoka zdolność przetwarzania danych w wyniku zastosowania systemu operacyjnego wykorzystywanego w maszynach sterowanych numerycznie (CNC) pozwala na zwiększenie prędkości ruchu, a także przyspieszenie reakcji robota.

Poniżej wymieniono najważniejsze cechy robotów spawalniczych FANUC ułatwiające realizację procesu:

Przewody technologiczne wewnątrz ramienia i kiści (nadgarstka) ramienia. Dzięki konstrukcji pustego w środku ramienia, roboty te pozwalają na prowadzenie przewodów spawalniczych wewnątrz ramienia. Takie rozwiązanie znacznie ogranicza ewentualność wystąpienia kolizji przewodów spawalniczych z innymi elementami stanowiska spawalniczego. Ta funkcjonalność zwiększa też niezawodność okablowania – przewody są poddawane skręcaniu zamiast rozciąganiu.

Wąska kiść (nadgarstek) ramienia. Ze względu na oddalenie serwonapędów od kiści robota, kiść robota jest na tyle wąska, iż umożliwia spawanie elementów z bardzo utrudnionym dostępem do miejsca ułożenia spoiny.

Łatwość komunikacji ze wszystkimi dostępnymi na rynku źródłami spawalniczymi. Każdy producent źródeł spawalniczych ma w swojej ofercie interfejs do komunikacji z robotem FANUC.

Podajnik drutu zainstalowany na ramieniu robota (przy osi trzeciej). Możliwość instalacji podajnika drutu na ramieniu robota redukuje długość przewodów technologicznych, zapewniając lepszą i wygodniejszą kontrolę prowadzenia drutu. Ta funkcjonalność zwiększa też niezawodność układu.

Wysoka prędkość robota pomiędzy spawami. Wysoka prędkość robotów spawalniczych FANUC pozwala na skrócenie czasu przejazdów pomiędzy poszczególnymi spoinami, a przez to skraca czas trwania produkcji poszczególnych elementów.

Możliwość montażu robota w dowolnej pozycji. Roboty spawalnicze FANUC mogą być zainstalowane zarówno podstawą do dołu jak i podstawą do góry, pod dowolnym kątem itd. Ta funkcjonalność pozwala na zaoszczędzenie miejsca na produkcji i zwiększenie możliwości zastosowań.

FANUC Robotics dodatkowo produkuje różnorodne rozszerzenia programowe, pozwalające na elastyczne dopasowanie aplikacji do indywidualnych potrzeb użytkownika. Poniżej wymieniono te najczęściej stosowane podczas procesu spawania łukowego:

Wczesne Wykrywanie Kolizji (High Sensitive Collision Detection). Funkcje zabezpieczające przed kolizją uaktywniają wysoko czułą metodę detekcji kolizji robota z innymi obiektami, wykorzystującą dynamiczną informację w celu wykrycia jakiegokolwiek zaburzenia momentu obrotowego z powodu wystąpienia kolizji. Pozwala to na znacznie szybsze wykrycie kolizji, niż w przypadku standardowej metody detekcji, minimalizując ewentualne uszkodzenia narzędzi i robota. Ponadto redukcji ulega także czas przestoju linii po kolizji, a w związku z tym zwiększa się wydajność robota. Dodatkowo poziom czułości może być zmieniany podczas wykonywania programu.

Oscylacje. Oscylacje pozwalają na układanie większych spawów, czyli łączenie materiałów o różnej grubości. Opcja ta istnieje dzięki możliwości ustawienia różnych czasów spawania po obydwóch stronach spawu, czy też zmostkowanie dużych szczelin pomiędzy elementami, które mogą być spowodowane tolerancją komponentów lub odkształceniem na skutek wysokiej temperatury lub spawanie cienkich blach metalowych, które w innym wypadku mogłyby być przetopione.

Kompensacja Trajektorii Spawania (Through Arc Seam Tracking = TAST) - funkcja ta jest nisko kosztową metodą podążania za ścieżką spawania w celu konsekwentnego dopasowania się do rzeczywistej pozycji elementu spawanego, co jest kluczowym elementem w przypadku zrobotyzowanego spawania. Metoda ta bazuje na łuku jako czujniku spawania do pomiaru zmiany prądu spawania, który jest uzależniony od zmiany długości łuku. Robot stara się skompensować zmiany długości łuku poprzez regulację pozycji i ruchu palnika.

Automatyczne Poszukiwanie Pozycji Detali (Touch sensing) – funkcja pozwala robotowi na automatyczną zmianę zaprogramowanej trajektorii ze względu na zmianę położenia spawanych elementów, bazując na informacji z nisko prądowego obwodu zwarciowego lub innego dedykowanego urządzenia. Jednoczesne zastosowanie funkcji poszukiwania pozycji detali oraz kompensacji trajektorii spawania pozwala na: znalezienie źle ustawionych komponentów, poprawne spawanie elementów bazujące na parametrach łuku, dokładne spawanie elementów zmieniających kształt podczas spawania. Funkcja poszukiwania pozycji elementów (Touch sensing) pozwala na zidentyfikowanie pozycji elementów umiejscowionych poza tolerancją, natomiast funkcja kompensacji trajektorii spawania (TAST) pozwala na aktywne śledzenie ścieżki podczas procesu spawania.

Koordynacja ruchów (Coordinated motion) – funkcja pozwalająca robotowi podążać za ruchem pozycjonera, który trzyma element obrabiany. Ruch narzędzia robota jest kontrolowany relatywnie do elementu obrabianego bazowanego na pozycjonerze. Prędkość względna zdefiniowana w programie jest utrzymywana w odniesieniu do obrabianego elementu jak również kąta narzędzia. Jest to jeden z kluczowych elementów procesu spawania łukowego, pozwalający na uzyskanie najwyższej jakości oraz przyspieszenie, znaczne uproszczenie i zwiększenie elastyczności procesu programowania.

Ochrona palnika (Torch Guard) - funkcja ta ma na celu kompensację zmian końcówki prądowej po długotrwałym spawaniu lub w przypadku jej wymiany. W takich przypadkach operacja spawania może nie zostać dokładnie przeprowadzona. Funkcja pomaga zapobiec regulacji punktu centralnego narzędzia (TCP) lub w najgorszym przypadku ponownego programowania trajektorii. Dodatkowo udostępniana jest funkcja automatycznej regulacji punktu centralnego narzędzia (TCP), która zapewnia automatyczną kompensację zużywania się elektrody spawalniczej i końcówki prądowej w celu zredukowania defektów i zwiększenia wydajności.

Identyfikacja obciążenia zainstalowanego na robocie (PAYLOAD ID). Standardowa konfiguracja obciążenia robota jest bardzo skomplikowana. Przy zastosowaniu funkcji identyfikacji obciążenia robot porusza osiami kiści wraz obciążeniem dokonując samodzielnej, automatycznej identyfikacji. Rezultat automatycznej identyfikacji obciążenia może zostać zastosowany do ustawień funkcji zabezpieczających palnik przed kolizją.

Instrukcja skoku warunkowego uzależnionego od kolizji lub dotknięcia elementu (COLLISION SKIP / TOUCH SKIP). Dzięki funkcji skoku uzależnionego od kolizji/dotknięcia elementu, robot jest w stanie wykryć, kiedy dotyka obiektu oraz inteligentnie dopasować swoją trajektorię. Element jest wykrywany automatycznie przez układ sterowania serwo-wzmacniacza. Reakcja robota na kolizję lub dotknięcie komponentu może być łatwo zaprogramowana przy użyciu instrukcji szybkiego skoku (High speed skip).

Ruch z pomiarem sił (SOFTFLOAT). Funkcja ruchu z pomiarem sił pozwala robotowi na kompensację wpływu zmian precyzji wykonania elementów obrabianych, poprzez zwiększenie elastyczności prowadzenia ramienia. Opcja ta jest używana w aplikacjach, w których robot powinien w pewnym stopniu ulegać zewnętrznej sile, w celu uzyskania zamierzonego rezultatu. Wykorzystywana jest w takich procesach, jak ładowania komponentów i narzędzi do maszyn, a także rozładowania wtryskarek. Dostępne są dwa typy prowadzenia z pomiarem sił: złączowy (JOINT) oraz kartezjański. W trybie złączowym – elastyczność jest określana dla jednej, wybranej osi lub zdefiniowanej kombinacji osi. W trybie kartezjańskim – elastyczność jest określana dla kierunków X,Y,Z ; w tym trybie, robot zachowuje się jak sprężyna w określonym kierunku.

Pakiet koordynacji ruchów wielu robotów (COORDINATED MOTION PACKAGE). Funkcja koordynacji ruchu w najprostszej swojej postaci pozwala robotowi podążać za ruchem pozycjonera, który trzyma element obrabiany. Ruch narzędzia robota jest kontrolowany relatywnie do elementu obrabianego zabazowanego na pozycjonerze. Prędkość względna zdefiniowana w programie jest utrzymywana w odniesieniu do obrabianego elementu jak również kąta narzędzia. Jest to jeden z kluczowych elementów dla procesu spawania łukowego, w celu uzyskania najwyższej jakości, jak również przyspieszenia procesu programowania.

Sterowanie kilkoma robotami z jednego kontrolera (MULTI ROBOT CONTROL). Funkcja sterowania kilku robotów z jednego kontrolera pozwala na sterowanie do czterech robotów przez pojedynczy kontroler. Roboty mogą poruszać się synchronicznie lub niezależnie, zgodnie z programem. Dzięki takiej konfiguracji, roboty mogą być sterowane z jednego panelu programowania oraz współdzielić obwód awaryjnego zatrzymywania.

Sterownik typu PLC jako dedykowany procesor w kontrolerze robota (INTEGRATED PMC). Dedykowany procesor PMC umożliwia wykonanie programu logiki drabinkowej poprzez kontroler robota, co eliminuje potrzebę stosowania zewnętrznego sterownika PLC w przypadku małych systemów. Program tworzony jest z pomocą oprogramowania PC FAPT LADDER III. Program wykonywany jest przez specjalny, dedykowany do obsługi komunikacji oraz dowolnych układów wejść/wyjść procesor, bez jakiegokolwiek wpływu na ruch robota oraz wykonywanie zadań procesowych. Dodatkowo dostępne są tez timery, liczniki i wewnętrzne rejestry. Oprócz standardowych operacji logicznych (np. AND czy OR) dostępne są także operacje arytmetyczne, skoki czy też wykonywanie podprogramów. Zapewnia to wykonywanie cyklicznych operacji.

Interfejs sieci Ethernet. Interfejs EtherNet IP jest dedykowany do wymiany informacji dotyczących wejść/wyjść z innymi urządzeniami dopuszczonymi poprzez sieć Ethernet. EtherNet IP jest protokołem komunikacji odpowiednim dla wykorzystania w środowiskach przemysłowych. Pozwala na wymianę informacji dotyczących aplikacji o czasie krytycznym, przez urządzenia przemysłowe. W ich skład wchodzą: wejścia/wyjścia, np. czujniki lub urządzenia wzbudzające, jak również bardziej skomplikowane, z punktu widzenia sterowania, urządzenia, takie jak: roboty, programowalne sterowniki logiczne (PLC), spawarki lub sterowniki procesowe.

Śledzenie ruchu taśmy produkcyjnej (LINE TRACKING). Funkcja śledzenia ruchu taśmy produkcyjnej umożliwia robotowi pracę z elementami znajdującymi się na ruchomej taśmie produkcyjnej, a także obróbkę poruszającego się elementu jako obiektu stacjonarnego. Opcja ta jest używana w aplikacjach, w których robot musi wykonywać pracę na poruszającym się obiekcie (np. karoseria samochodu) bez zatrzymywania linii produkcyjnej. Powoduje to zauważalne zaoszczędzenie czasu, gdyż podczas obróbki przez robota elementy mogą się poruszać na linii, bez potrzeby usuwania, ściągania ich i umieszczania na nieruchomej powierzchni.

System Wizyjny iRVision. Nauczyliśmy nasze roboty widzieć! Firma FANUC Robotics jako pierwsza na rynku produkuje roboty z wbudowanym systemem wizyjnym: zintegrowany z płytą główną kontrolera system wizyjny iRVision pozwala na rozszerzenie standardowej sensoryki robota i jego orientacji w otoczeniu. Obecnie każdy robot FANUC z kontrolerem R-30iA posiada w standardzie system wizyjny. Wystarczy skonfigurować oprogramowanie, podłączyć kamerę z obiektywem i system jest gotowy do użycia. Do programowania systemu wizyjnego można użyć standardowego panela operatorskiego (iPendant) lub dowolnego komputera z przeglądarką internetową.

System wizyjny pozwala na wykonanie następujących aplikacji:

Normalny, dwuwymiarowy proces wizyjny (2D) – elementy rozpoznawane przez robota znajdują się na płaskiej powierzchni;

Proces depaletyzacji (2½D) – elementy rozpoznawane przez robota znajdują się na płaskich powierzchniach równoległych do siebie;

Proces składania obrazów dwuwymiarowych z kilku obrazów (2D);

Proces śledzenia ruchu taśmy produkcyjnej i pobierania elementów przy pomocy systemu wizyjnego (2D - Visual Line-tracking) – elementy rozpoznawane przez robota poruszają się na taśmie;

Proces trójwymiarowy (3D) – elementy nie muszą być na płaskich powierzchniach i mogą być dowolnie zorientowane względem kamery. Łatwość rozbudowy systemu iRVision do systemu trójwymiarowego (3D) stwarza nieograniczone możliwości aplikacyjne. Jednym z przykładów może być często stosowany pobór elementów dowolnie zorientowanych w koszu. Innym przykładem zastosowania systemu wizyjnego iRVision 3D przy zastosowaniu funkcji synchronizacji wielu robotów jest przenoszenie i trzymanie elementu przez jednego robota, podczas gdy drugi robot wykonuje proces spawania. W wyniku otrzymujemy stanowisko jednocześnie mechanicznie precyzyjne i łatwe do tzw. przezbrojenia.

Ponadto system wizyjny może zostać także wykorzystany do wykonania tzw. masteringu (ustawienia) robota. Procedura automatycznego masteringu robota z wykorzystaniem systemu wizyjnego (robot sam orientuje się o swojej pozycji) jest znacznie precyzyjniejsza i prostsza w realizacji od metody tradycyjnej.

Dzięki zintegrowanemu z robotem systemowi wizyjnemu użytkownik zyskuje znaczącą oszczędność środków dzięki mniejszej ilości sprzętu, większej niezawodności ze względu na mniejszą ilość komponentów, brak konieczności stosowania dedykowanych interfejsów i bardzo drogich komputerów przemysłowych.

Oprogramowanie do programowania robotów ONLINE i OFFLINE (ROBOGUIDE).

Każdy z robotów FANUC umożliwia programowanie za pomocą oprogramowania offline. Oprogramowanie ROBOGUIDE jest platformą programistyczną zawierającą szeroką gamę opcji. Każda z nich jest możliwa do zastosowania w trybie offline (symulacja ruchu robota na komputerze). Dotyczy to zarówno programowania jednego robota jak i programowania kilku robotów, jak również systemu wizyjnego iRVision. Program przetestowany w trybie OFFLINE można następnie zapisać na prawdziwym robocie i zastosować program w rzeczywistej aplikacji. Ponadto oprogramowanie to umożliwia, na etapie wypracowywania koncepcji przyszłej aplikacji, sprawdzenie zasięgu dobranego robota, ewentualnej kolizji z otoczeniem, estymację czasu cyklu, wygenerowanie filmu na podstawie symulacji, itp.