Autonome lasoplossingen:deskundige vergelijkingen en inzichten

GarLine &SharpTrack – geavanceerde naadvolgoplossingen voor “autonoom lassen”

De productie wordt steeds meer geautomatiseerd en vraagt steeds meer om gebruiksvriendelijke oplossingen. In de lassector is er, vanwege het gebrek aan gekwalificeerd laspersoneel, veel vraag naar geautomatiseerde en robotachtige lasoplossingen, die tegelijkertijd kosteneffectiever worden voor fabrikanten en fabrikanten.  Veel bestaande lasoplossingen kunnen als “semi-automatisch” worden beschouwd, maar dergelijke oplossingen vereisen constante interactie met de operator, vereisen een lange periode voor het instellen van de las en vereisen een hoogopgeleide operator. Volledig geautomatiseerd robotlassen kan “Automatisch lassen” worden genoemd.  Als er echter zeer weinig interactie met de operator nodig is en de insteltaken aanzienlijk worden vereenvoudigd, dan kan deze oplossing “autonoom” worden genoemd.  Maar het is moeilijk om autonomie te bereiken met minimale operatoractiviteit.  Een robotlasoplossing vereist verbetering van het proces om echt autonoom of driverloos te worden, zoals lasernaadtracking/zoeksensoren met voldoende geïntegreerde intelligentie voor het uitvoeren van optimale lasstrategieën op elk moment.

Technologieën beschikbaar voor geautomatiseerd of semi-automatisch lassen

In een artikel dat op 31 maart 2022 op de website Motoman.com werd gepubliceerd, gaf Joshua Leath een gids voor de verschillende opties voor geautomatiseerd lassen.  Hij identificeerde vijf algemene categorieën:Touch Sensing, Wire Sensing, Through-the-Arc Sensing, Laser Point Sensing en Laser Profile Sensing.  Hij verdeelde ook de geautomatiseerde taken tussen Seam Finding en Seam Tracking:

Naden zoeken versus naden volgen

“Wat is het verschil tussen het vinden van naden en het volgen van naden?” en “Hoe weet ik wanneer ik naadzoeken moet gebruiken versus naad volgen?” Dit zijn veelgestelde vragen die onze robotlasexperts vaak stellen. Met dat in gedachten zijn hier een aantal zaken waarmee u rekening moet houden als u besluit hoe u verder gaat met het robotlasproces:

Naden zoeken

Om ervoor te zorgen dat een robot een lasverbinding nauwkeurig kan lokaliseren voordat het lassen begint, wordt snelle naaddetectie of verbindingsdetectie aanbevolen. Werkstukken zullen onvermijdelijk enige variatie hebben, maar uw doel is om die variatie te minimaliseren met gespecificeerde onderdelen en opspanningen, en binnen de halve breedte van een lasdraad in uw verbindingsnaad te zijn. Dit proces kan op verschillende manieren plaatsvinden via verschillende technologieën, waardoor de robot de lasverbinding kan vinden. Zodra de naad is ontdekt door meestal twee of meer bekende punten op het onderdeel te vinden, wordt het programmapad door de robot verschoven om de las te voltooien. Het vereiste type naadonderzoek wordt bepaald door twee primaire factoren:de verwachte cyclustijd en het type verbinding. Naadzoeken is een van de meest populaire lasfuncties en wordt vaak bereikt via de volgende contact- en contactloze opties:

Aanraakdetectie  – Ideaal voor het vinden van de oriëntatie van onderdelen met eenvoudige verbindingen en geometrieën. Deze methode, ook wel ‘wire touch’ genoemd, omvat de fysieke aanraking van een lasdraad vanaf het uiteinde van de toorts om het geleidende oppervlak van het te lassen onderdeel te detecteren. De lage snelheid van de robot en de uiteindelijke aanraking completeren een circuit met een lage hoeveelheid spanning die door de draad wordt gevoerd. In sommige gevallen kan dit ook met het mondstuk van de toorts worden gedaan. Systemen zoals het Touch Sense-pakket van Yaskawa worden aangevuld met ingebouwde functies op een lasvoeding die is ontworpen voor automatisering en gebruiken een laagspanningscircuit tijdens een zoekactie op lage snelheid om de beste positie voor de lasverbinding te bepalen.

Draaddetectie  – Net als bij aanraaksensor, waarbij een draad van de toorts voelbaar contact maakt met het onderdeel, gebruikt deze optie een servomotor in de toorts om de draad snel op en neer te bewegen terwijl de robot over het onderdeel beweegt. Dit maakt een eenvoudige lokalisatie van overlappende verbindingen mogelijk en kan zaken als materiaalhoogte en openingen meten.

Laserpuntdetectie  – Twee tot vijf keer sneller dan aanraakdetectie, registreert het gebruik van een standaard laserpuntsensor (die op de lastoorts is gemonteerd) de locatie en oriëntatie van een onderdeel bijna net zo snel als de laser vuurt, waardoor een snelle en nauwkeurige naaddetectie mogelijk is.

Fanuc geïntegreerd met Garmo GarLine R-sensor

Lasernaden zoeken (zoeken)  – Het gebruik van een profiellaserinterface (software-optie), zoals Yaskawa's MotoEye™ SF, is in staat om meer kenmerken op te pikken in een enkele scan via een laserpuntsensor en zorgt voor extreem snelle gewrichtsmetingen. De FANUC America Corporation biedt een soortgelijke functie, de R901 SW-optie. Deze oplossing werkt goed met een sensorapparaat dat gebruik maakt van 3D-beeldvormingsoptiek met meerdere lasers om de benodigde metingen/verbindingsspleetgegevens aan de robot te verstrekken voordat het lassen begint.

Pluspunten:

• Werkt op verschillende materialen bij alle verlichting
• Gemakkelijk te leren met macrotaken
• Biedt gegevens over gezamenlijke hiaten
• Lange brandpuntsafstand; monteer weg van de boog
• Lokaliseert 2,5D; offset en diepte
• Compact en zelfstandig
• I/O-interface kan achteraf worden aangepast aan oudere besturingselementen

Nadelen:

• Gemiddelde tot hoge complexiteit; Training op het vision-systeem voorgesteld
• Kan de toegang tot onderdelen/tools beperken
• Voor een gezichtsveld van 40 of 50 mm zijn mogelijk meerdere zoekopdrachten nodig voor grote verschuivingen

Naden volgen

Deze optie vereenvoudigt vaak het programmeren en maakt gebruik van innovatieve technologie om de robot uit te rusten om de laspositie in realtime te volgen tijdens het lasproces. Naad volgen is populair voor toepassingen waarbij vervorming kan optreden tijdens het lassen van een onderdeel of voor zware gegoten onderdelen, en wordt gewoonlijk uitgevoerd met behulp van de volgende methoden:

Naad volgen door de boog  – Het beste voor onderdelen met lange of gebogen naden, variërend van onderdeel tot onderdeel, maakt een ‘through-the-arc’-naadtracker, zoals Yaskawa’s ComArc LV (laagspanning), gebruik van een solid-state sensor die vlakbij de lasstroomvoorziening is gemonteerd om actief de boogkarakteristieken te meten tijdens de lasvolgorde. Dit bepaalt de variaties tussen het aangeleerde pad van een robot en het daadwerkelijke naadpad.

Lasernaad volgen  – Aanbevolen voor materiaal met verschillende naden die de snelst mogelijke cyclustijd vereisen. Deze methode combineert een krachtige laser met een hogesnelheidscontroller om de naad en de locatie van het onderdeel in realtime te vinden terwijl het onderdeel wordt gelast. Dit is de ideale oplossing voor de productie van onderdelen met een hoge mix en een laag volume, zoals te vinden is in een werkplaatsomgeving. De aanpak vereist ook minder opspanning dan semi-automatische of geautomatiseerde lasbenaderingen. Een speciaal programma compenseert het pad, zelfs als het onderdeel wordt verplaatst, en past zich aan de lasparameters aan voor naadlocatie en variatie.

Pluspunten:

• Volgt betrouwbaar dunne lapverbindingen
• Ondersteunt hoge transportsnelheden (>100 IPM)
• Weefbeweging met tracking mogelijk
• Tracking wordt niet beïnvloed door lasinstellingen
• Ondersteunt gecoördineerde beweging
• Ethernet-interface beschikbaar
• Camera gehard tegen lasboog
• Adaptieve lasfunctie; snelheids- en lasinstellingen

Nadelen:

• Hoge complexiteit en soms (niet altijd) hoge kosten
• Training in het zichtsysteem vereist
• Op de zaklamp gemonteerde sensor beperkt de gezamenlijke toegang tot krappe ruimtes
• De volgradii zijn beperkt tot 40-60 mm
• L

• geimiteerd naar twee robots op één systeem

Voordelen van het gebruik van GarLine-laserprofielsensoren voor het volgen van naden en het zoeken naar naden

Uit de gedetailleerde analyse van de heer Leath kunnen we opmaken dat er verschillende manieren zijn om lasautomatisering te bieden.  Maar veel van de technieken schieten tekort als het gaat om echte autonomie, wat betekent dat er sprake is van onbezorgde bediening, adaptieve controle en een hoog gebruiksgemak.  De laatste oplossing die de heer Leath aanbood was het volgen/vinden van laserprofielnaden.  Het biedt de hoogste mate van autonomie omdat het vooruitkijkt op de naad om het robotpad te bepalen om de las uit te voeren. Dankzij een ingebouwde processor (met GarLine) beschikt het over een snelle signaalverwerking en kan het on-the-fly aanpassingen maken aan de vereiste las op basis van de gemeten breedte of diepte.

Garmo Instruments uit Zaragoza, Spanje heeft een reeks laserprofilerende lasnaadsensoren ontwikkeld, #GarLine, die robuust, flexibel en aanpasbaar zijn voor veel verschillende lastoepassingen en op een breed scala aan materialen.

Hier is een samenvatting van hoe de lasautonomie de fabrikant ten goede komt:

Verbeterde arbeidsomstandigheden

Met GarLine-sensoren kunnen werknemers in een veiligere omgeving presteren, waarbij traditionele gezondheidsgerelateerde en ergonomische lasrisico's worden vermeden, omdat het niet langer nodig is om dicht bij de las te werken.

Snelle omschakelingen voor productie in kleine oplages

De GarLine-sensoren hebben een zeer gebruiksvriendelijke menugestuurde opstelling op een personal computer of geïntegreerd in de robot of cobot-leerhanger voor een breed scala aan merken en modellen, waaronder Fanuc, ABB Robotics, #Universal Robotics (UR) en anderen.  Dit vereenvoudigt de training van operators en maakt snelle programmawijzigingen mogelijk op basis van wijzigingen in de productie van onderdelen.  GarLine is de ideale oplossing voor werkplaatsen met een hoge mix en een laag volume en is ook gunstig voor een breed scala aan onderdeelgroottes en -vormen dankzij het grote aanbod aan menu-opties en inherente lasaanpassing

Verrijkte productkwaliteit

De optische precisie en automatische correcties van GarLine worden in een zeer hoog tempo naar de robot gecommuniceerd. Daarom profiteert de fabrikant van de GarLine-lasoplossing door betere kwaliteit lassen, snellere lassen, een lager percentage onnodig afval en dus een hoger percentage eindproducten in minder tijd, waardoor herverwerking en productieverliezen worden vermeden.

Verbeterde productiviteit

De eenvoud van het ‘less is more’-concept is het doel van elk bedrijf, ook van fabrikanten in de lassector. Hoe minder tijd wordt geïnvesteerd in de productie, inclusief het instellen van de machine en het opspannen van onderdelen, terwijl toch resultaten van hoge kwaliteit worden verkregen, verbetert de algehele productiviteit (OEE).

GarLine C voor installatie en bediening van UR-cobots

Functies van GarLine-sensoren

Robuuste sensor

GarLine overtreft de IP67-isolatiegraad en presteert met succes in een werkbereik van -20 ºC / 70 ºC. Het ontwerp omvat materialen voor gebruik in de lucht- en ruimtevaart die zorgen voor een optimale EMI-isolatie, ook bij TIG-lasprocessen.

Slimme elektronica

De elektronica bestaat uit 4 parallelle processors die gebruik maken van 4 GB RAM en die beelden met 42 frames per seconde in volledige resolutie verwerken. Bovendien bevatten GarLine-sensoren innovatieve algoritmen voor dynamische aanpassing van sensor- en laserparameters om reflectieproblemen te corrigeren in toepassingen met variërende materiaaloppervlakomstandigheden. De laserbandbreedte ligt ver buiten de lichtbandbreedtes die door lasbogen worden geproduceerd.

Eenvoudig onderhoud

GarLine is voorzien van een wegwerpbaar beschermend schild van polycarbonaat en een intern Gorilla Glass-venster. De sensor is luchtgekoeld en dient tevens als luchtgordijn over het sensoroppervlak voor extra bescherming. Voor zeer warme omgevingen is er een waterkoelingsoptie.  De waterkoeler is geïntegreerd in de montageplaat, met ARC-Swiss bevestiging.  Deze oplossing maakt een snelle en gemakkelijke vervanging van de sensor mogelijk, mocht dat ooit nodig zijn.

Voor alle soorten autonoom lassen (cobots, industriële robots en PLC-gestuurde machines) zijn GarLine-naadzoeksensoren een Plug &Play-oplossing, omdat hun interface rechtstreeks op de hanger van een robotlassysteem wordt weergegeven, zonder dat er extra computers of andere extra en speciale software, kabels of extra apparaten nodig zijn.

Naast naadvolg- en naadzoekfuncties bevatten GarLine-sensoren ook andere zeer nuttige functies die zeer gevraagd zijn bij autonoom lassen.

GarLine-naad volgen en zoeken naar lasersensorfuncties

Zoeken naar naden :realtime vooruitziende berekening van correcties om de toorts naar de naad te bewegen. De sensor vindt de juiste leerpunten van de lasverbinding vóór de las en compenseert zo de onderdeelafwijking.

Locatiefunctie :GarLine scant 4 punten van het stuk, legt de vorm vast en plaatst deze in het vlak. Dit scan- en locatieproces wordt 10 keer sneller uitgevoerd dan met alleen de Touch Sense-functie. GarLine meet de rotatie en translatie in elk 3 assen en berekent in totaal 6 naadposities.

Multipass :eenvoudig programmeerfunctie voor meerlaagse lassen.

Bijhouden van einddetectie :de sensor detecteert het einde van de naad en stopt het lassen.

Configuratie vóór tag-vermijden :de sensor kan worden geconfigureerd om recht te lassen en voorgeprogrammeerde openingen langs de verbinding over te slaan

Weven en adaptief weven :dankzij de “vooruitkijk”-visie van de Garline-sensor past het traject van de toorts zich aan de breedte van de naden aan, waardoor zigzag-opgevulde gaten worden gegarandeerd.

Kolom- en liggeroplossingen

Garmo Instruments kent de behoeften van de lasmarkt en heeft met de SharpTrack-oplossing ook een alles-in-één, eenvoudige laskit ontwikkeld, die de ultieme op maat gemaakte en handige oplossing biedt voor autonome lastoepassingen.

Moeiteloze lasautomatisering met SharpTrack-systeem en GarLine-sensoren

In samenwerking met QUIRÓS INGENIERÍA Y AUTOMATIZACIÓN S.L heeft Garmo Instruments een Plug &Play-kit ontwikkeld die ervoor zorgt dat gebruikers:

• toegang tot de meerdere en flexibele PLC-programmeeropties
• SHARPtrack aanpassen aan de vereisten van de toepassing (selectie van schuifmodel, PLC-merk (Siemens, Rockwell en Panasonic PLC's zijn momenteel verkrijgbaar), drivers, kabellengte en aangepaste behuizingskastfuncties afhankelijk van de toepassing);
• Hangende toegang tot alle lasfuncties (volgen van lasnaden, realtime monitoring, handmatige schuifbeweging, live offsetcontrole en configureren van lassnelheid en brongerelateerde parameters).

De vooruitkijkfunctie van GarLine zorgt voor een nauwkeurige real-time naadtracking en microcorrecties van het traject van de lastoorts. De GarLine-sensor voert trajectcorrecties uit met zo'n snelheid dat deze voor het menselijk oog niet waarneembaar zijn. Deze precisie zorgt niet alleen voor onberispelijke kwaliteitslassen, maar zorgt ook voor een onberispelijke waargenomen waarde in het eindproduct.

SHARPtrack bevat al vooraf gedefinieerde en personaliseerbare programmering, waardoor lasautomatisering een Plug&Play wordt. Eenvoudige installatie en geen uitgebreide programmering vereist.

Denkt u erover om uw lastoepassing te upgraden?

Neem contact op met het team van Garmo Instruments voor meer informatie over GarLine-sensoren en het SharpTrack-systeem.

? www.futura-automation.com

? www.garmo-instruments.com

✉ sales@futura-automation.com

☏ (+1) 612-756-2390