Vestavěné monitorování svařovacích parametrů

Dalším pohledem na věc je fakt, že pod pojem „cena“ je třeba zahrnovat i pojem „kvalita“. V tomto směru můžeme zajít dokonce ještě dál, tím, že budeme místo kvality samotné používat navíc garanci kvality v odpovědi na celou cenovou problematiku. Když se nám podaří zkombinovat oba směry, pružnou automatizaci a garanci kvality, bude dosažení konkurenceschopnosti celého procesu výrazně usnadněno.

“Ideální svářecí robot”

Automatizace svářecího procesu pomocí svářecích robotů byla zahájena u mnoha podniků již před několika lety. V oblasti pružné automatizace se v uplynulých deseti letech učinil obrovský pokrok mimo jiné i díky technologii off-line programování. Aktuální vývoj se také proto orientuje na otázku „ideálního svářecího robotu“. Jedním z nejdůležitějších bodů pozornosti je přitom zjištění, že v oblasti svařovacích zdrojů vznikla potřeba jiného typu zdroje pro sváření robotem než pro klasické ruční sváření. Vedle hledání zdroje proudu pro svářecí roboty vzrostl i význam vztahu mezi zdrojem proudu a robotem. Vyšší požadavky, které se budou klást na zdroj proudu, tkví ve skutečnosti, že roboty budou vykonávat práci stále rychleji a přesněji. Spolu například s vyskytujícími se výrobními odchylkami je rychlá reakce mezi zdrojem proudu a robotem nutná stejně jako větší „process window“ (kombinace svařovacích parametrů, které poskytují požadované výsledky).

Spojení mezi svářecím robotem a zdrojem svářecího proudu je nyní ve třetí fázi. První fází je klasické rozhraní s částečně digitální I/O komunikací a částečně analogovou komunikací. To je na trhu ještě stále nejrozšířenější rozhraní. V posledních letech je silně na vzestupu „digitální rozhraní“, u něhož odpadly nevýhody vznikající při přenosu analogového signálu. Aby se vyšlo vstříc výše uvedeným podmínkám, je naprostou nutností úplná integrace robotu a zdroje svářecího proudu. Tato technologie se nazývá Fusion Technology, což znamená, že řídicí systém robotu řídí také přímo charakteristiku svářecího oblouku. To konkrétně znamená, že 64bitový procesor řízení robotu přebírá také úplné řízení digitálního zdroje svářecího proudu. Výhody Fusion technologie jsou následující:

• velmi přesné ovládání parametrů;
• bohaté možnosti vývoje pokročilých systémů, přičemž lze například šířit různé parametry svářecího procesu do provozní sítě a také registrovat, tudíž i zpětně dohledat parametry pro každý provedený svar;
• zlepšení technik, jako například „sledování svaru řízeným světelným obloukem" pomocí ARC senzoru.

V porovnání s klasickými rozhraními zajišťuje Fusion technologie 250krát vyšší komunikační rychlost, a lze tedy zakročit na základě informace ze svářecího oblouku mnohem rychleji. 64bitový procesor spolu s Fusion technologií umožňuje, že jsou v současnosti průmyslově dostupné následující nástroje:

• nové svářecí procesy, jako například Hyper Dip Pulse a SP-MAG, kde se kombinují výhody sváření ve zkratovém režimu a pulzního sváření a zároveň mizí nevýhody obou procesů;
• rychlejší manipulátory robotů s rychlostí až 180 m.min^-1 namísto 120 m.min^-1 (+ 50 %);
• kompletní elektronické ovládání svářecího oblouku, přičemž lze ve větším procesním okně použít bez přerušení různé extrémy (z nepulzního na pulzní, z nízkého proudu na vysoký apod.);
• auto-extention control: v závislosti na konstantním vysunutí (stick-out) bude řízení robotu na základě informace ze svářecího oblouku modifikovat dráhu pohybu hořáku, ve směru výletu drátu. To se používá především při svařování plechového materiálu, kdy je třeba zajistit zatavování bez propálení (což je často způsobeno proměnnou délkou výletu drátu);

• funkce lift-start a lift-end: kvůli stabilnímu startu svářecího oblouku i při nízkých výkonech a kvůli prevenci rozstřiku při svařování může robot při prvním kontaktu mezi svařovacím drátem a materiálem hořák zvednout zpět a tím dosáhnout stabilního natažení svářecího oblouku. Totéž platí na konci svaru, aby se tak ostře upálil samotný konec svařovacího drátu;
• Sensitive Collision Detection a Flexible Control: Přesné měření proudu jednotlivými motory umožňuje detekovat kolizi kteréhokoliv místa pohybového řetězce. Po vyhodnocení kolize jsou pohony přepnuty do módu FlexServo (manipulátor se stane “poddajným”) což umožní zabránit poškození svařovacího hořáku, ramene robotu, svařovacího přípravku atd.;
• podavač drátu se servomotorem: při každé aplikaci svařováni je jedním ze stavebních kamenů úspěchu plynulé a spolehlivé podávání svařovacího drátu. Jednou z možností, jak minimalizovat tyto problémy, je použití servomotoru (rychlostní zpětná vazba), který zajistí konstantní rychlost podávání i při zvýšení odporů ve vedení drátu;
• Welding Quality Management Function: díky extrémně vysoké komunikační rychlosti je robot standardně vybaven systémem Embedded ARC Monitor (vestavěny monitor svařovacích parametrů), který lze dále rozšířit na Weld Data Log Function (zápis svařovacích parametrů do souboru), Weld Data Recording Function (záznam průběhu svařovacích parametrů – osciloskop) a Weld Data Management Ethernet Function (správa svařovacích dat přes počítačovou síť).

Vzhledem k tomu, že vše je řízeno jedinou 64bitovou centrální procesorovou jednotkou, je možné

zdroj proudu řídit zcela digitálně a softwarově a rovněž stejnou rychlostí provádět zpětnou vazbu informací ze svářecího oblouku. Tak je možné kontrolovat či registrovat případné odchylky ve svářecím oblouku v reálném čase a v případě potřeby provádět požadované akce.

Jako základní funkce je k dispozici Weld Monitor Function, která umožňuje kontrolovat, zda skutečně naměřené parametry zůstávají v předem stanovených mezích. Jestliže například dojde v plechu k prohoření, bude to mít také vliv na svářecí proud, a je to tedy možné detekovat. Vznikne-li v důsledku znečištění základního materiálu nestabilní svářecí oblouk, bude to mít rovněž vliv a lze to rovněž detekovat. Je možné tedy fakticky v reálném čase zjistit všechny odchylky od naprogramovaných parametrů svařování a tím vyřešit problém kvality. “Přísnost”, s níž se tato kontrola provádí, je zcela volně programovatelná a samozřejmě také silně závisí na oblasti, kde se svařuje. Parametry, které jsou důležité na prvním místě, jsou:

• svařovací proud;
• svařovací napětí;
• počet zkratů za sekundu;
• doba přerušení svářecího oblouku;
• rychlost podávání svařovacího drátu;
• proud odebíraný motorem podavače drátu.

S funkcí Weld Data Log Function je možné znázornit průměrnou hodnotu svařovacích parametrů a rovněž je registrovat v protokolovém souboru. Analýzou tohoto souboru je tak možno zjistit slabé body svařovacího cyklu a rovněž průběh výroby.

V prvním případě vidíme především aplikace tam, kde se na výrobek kladou velmi vysoké požadavky a chceme řešit nejprve nejvýznamnější body. Jako příklad zjištění průběhu máme na mysli například opotřebení kabelového svazku, které lze zjistit podle zvýšené spotřeby proudu motoru podavače drátu. Jednoduše lze také například zjistit, že v třísměnném systému upravují program, aniž k tomu bylo dáno povolení. Díky Weld Data Log Function je možné výrobu objektivně sledovat.

Rovněž lze použít Weld Data Recording Function. To znamená záznam definovaných svařovacích parametrů vysokou vzorkovací frekvencí. Důležité je vědět, že tyto údaje lze specificky přiřadit k určitému svaru, a jestliže je výrobek sám opatřen jedinečnou identifikací (například čárovým kódem), je možné sledovat a registrovat efektivní parametry svařování u každého svaru a u každého svařovaného výrobku. Tyto údaje lze dokonale integrovat do systému kvality a jsou velice užitečné v případě potřeby zdůvodnění kvality. Jedná se o nástroj, který je velice užitečný při výrobě kritických a bezpečnostních druhů zboží. Export těchto údajů je možný např. prostřednictvím souboru CSV, který je přímo kompatibilní například s programem Microsoft Excel, a může být tedy také zkopírován na paměťovou kartu vloženou do programovacího panelu robotu (například karta SD) nebo přes počítačovou síť na počítač vybavený patřičným softwarem.

Používá-li se ve výrobě více robotických systémů, je možno je pomocí softwaru pro správu údajů o svařování Weld Data Management Software přehledně spravovat a provádět automatické zálohování těchto údajů, díky čemuž již nikdy nehrozí ztráta dat.

Závěr

Díky přínosu Fusion Technology dochází kromě zlepšení výkonu a kvality také k velkému skoku dopředu v oblasti kontroly kvality. Vzhledem k tomu, že v oblasti hardwaru je zařízení připraveno na budoucnost, budou jistě přicházet i novinky ve vývoji softwaru, který bude ještě lépe aplikován pro potřeby dané technologie. Ve svém souhrnu přinášejí tyto trendy výrazné snížení nákladů (celkově pojato).

Světovým průkopníkem na poli Fusion technology je firma Panasonic se svým nejnovějším svařovacím robotem TAWERS (The Arc Welding Robotic System). Největším evropským systémovým integrátorem robotické a svařovací techniky Panasonic je firma Valk Welding s téměř třicetiletou historií na poli svařovacích robotů.

Peter Pittomvils

jakub.vavrecka@valkwelding.cz

Valk Welding

www.valkwelding.cz