Robotlaslassen Uitgelegd: Proces, Voordelen en Toepassingen

Lassen is een proces waarbij twee materialen samensmelten door verwarming, menging en afkoeling van de materialen en/of vulmateriaal om een sterke verbinding te vormen. Van booglas tot puntlas, nieuwe en gebruikte lasrobots worden typisch gebruikt waar herhalende lassen vereist is en kwaliteit en snelheid cruciaal zijn. Robotlaslassen is een geautomatiseerd proces dat efficiëntie, consistentie en ROI verhoogt.

Wat is Robotlaslassen?

Robotlaslassen is het gebruik van gemotoriseerde programmeerbare tools (robots) die een lasproces volledig automatiseren door zowel de las uit te voeren als het deel te hanteren. Processen als gasmetaalbooglas (GMAW), hoewel vaak geautomatiseerd, zijn niet noodzakelijk gelijk aan robotlaslassen, omdat een menselijke operator soms de materialen voorbereidt.

Robotlaslassen wordt veel gebruikt voor weerstandspuntlassen en booglas in hoge-productietoepassingen, zoals de auto-industrie. Robotlaslassen is een relatief nieuwe toepassing van robotica, hoewel robots in de jaren '60 in de VS-industrie eingeführt werden. Het gebruik van robots in lassen nam pas in de jaren '80 vlucht toen de auto-industrie robots massaal inzette voor puntlassen.

Sindsdien zijn zowel het aantal robots in de industrie als hun toepassingen sterk gegroeid. In 2005 waren er meer dan 120.000 robots in gebruik in Noord-Amerika, ongeveer de helft voor lassen. Groei wordt primair beperkt door hoge apparatuurkosten en de resulterende beperking tot hoge-productietoepassingen.

Robotbooglas is recent snel gaan groeien en beheerst al ~20% van industriële robottoepassingen. De hoofdcomponenten van booglasrobots zijn de manipulator (mechanische eenheid) en de controller, de "hersenen" van de robot. De manipulator zorgt voor beweging; ontwerpen gecategoriseerd als SCARA en cartesiaanse coördinaterobots, die verschillende coördinatensystemen gebruiken om de armen aan te sturen.

De robot kan een voorgeprogrammeerde positie lassen, geleid worden door machinevisie, of een combinatie. De vele voordelen van robotlaslassen maken het een technologie die veel OEM's helpt nauwkeurigheid, herhaalbaarheid en doorvoer te verhogen. De technologie van handtekeningbeeldverwerking is sinds eind jaren '90 ontwikkeld voor real-time analyse van elektrische data van geautomatiseerd robotlaslassen, wat optimalisatie van lassen mogelijk maakt.

Robotlasapparatuur

Robotlaslassen combineert lassen, robotica, sensortechnologie, regelsystemen en kunstmatige intelligentie. Componenten: software met specifieke programmering, lasapparatuur die energie van de lasstroom naar het werkstuk levert, en de robot die de apparatuur gebruikt om te lassen.

De procesensoren van de robot meten lasprocesparameters, de geometrische sensoren de geometrische parameters van de lassen. Door invoer van sensoren te verkrijgen en analyseren, past het regelsysteem de output van het gerobotiseerde lasproces aan op basis van de lasprocedurespecificaties in het programma.

Afhankelijk van het beoogde gebruik kunnen robots robotarmen of robotportalen zijn. Normaal worden zes-as industriële robots gebruikt (drie-as onderarm, drie-as pols) omdat ze de lasbrenner op de pols kunnen monteren voor alle benodigde posities voor driedimensionaal lassen. Het systeem moet geïntegreerd zijn met de robot, en de lasapparatuur moet compatibel en bij voorkeur specifiek ontworpen voor robotlaslassen, zodat alle processen door de robot gecontroleerd kunnen worden.

Hoe Robotlaslassen Werkt

Bij gebruik van robots voor elk proces moet de methode aangepast worden voor automatisering. Hetzelfde geldt voor lassen, dat diverse tools gebruikt die niet in de handmatige equivalent voorkomen. Mensen hoeven niet geprogrammeerd te worden zoals robotlasters.

De robot heeft een arm die in drie dimensies kan bewegen (rectilineair) of meer vlakken (articulerend). Een draadvoeder stuurt vuldraad naar de robot zoals nodig. Een hoge-hitte brenner aan het einde van de arm smelt metaal voor het lasproces. Omdat temperaturen duizenden graden bereiken, houdt het gebruik van robots mensen veiliger.

Gecertificeerde menselijke operators moeten dichtbij de robots blijven. Deze werknemers moeten certificering van de American Welding Society (AWS) hebben, die niet alleen handmatige lassers maar ook robotlasarm-operators certificeert. Operators programmeren de controller met een teach pendant. Dit apparaat stelt nieuwe programma's in, beweegt de arm, en wijzigt procesparameters. Om te beginnen met lassen gebruikt de operator de knoppen op de bedieningsbox.

Het gereedschap in de robotarm verhit om metaal te smelten en de gewenste stukken te verbinden. Zo nodig levert een draadvoeder meer metaaldraad aan de arm en brenner. Wanneer wachtend op de volgende te lassen delen, beweegt de arm de brenner naar de reiniger om metalsplatter te verwijderen, wat anders zou uitharden.

Omdat bescherming van menselijke werknemers een primaire reden is voor robotlasters, hebben deze geautomatiseerde systemen meerdere veiligheidsfuncties. Boogschermen voorkomen dat de hoge-hitte boog met zuurstof mengt. Afgeschermde gebieden beschermen operators van temperaturen en helder licht.

Voordelen van Robotlaslassen

Er zijn diverse voordelen bij het automatiseren van een fabriek met lasrobots, waaronder snellere, consistente cyclus tijden, geen productieonderbreking, en betere laskwaliteit. Door robotlasautomatisering duurt het proces korter, en kunnen fabrikanten directe arbeids- en veiligheidskosten verlagen en materialen besparen.

Robotlascellen bieden een nog veiliger werkgedrag, drastische reductie van boogblinding, overspray, en direct contact met robot en deel. Een robotlasser is consistenter en beweegt snel van de ene las naar de volgende, wat het hele proces versnelt.

• Minder Tijd: Robotlassystemen klussen snel. Of nieuwe of gebruikte robots, ze maken minder fouten dan handmatig lassen. In tegenstelling tot arbeiders hebben robots geen pauzes, vakanties, etc. Werk kan ononderbroken doorgaan, 24/7. Dit verhoogt doorvoer & productiviteit.
• Kosten Directe Arbeid & Veiligheid Verlagen: Handmatig lassen is duur. Het kost tijd, vaardigheid, concentratie. Het is ook gevaarlijk. Flits, rook, vonken, hitte maken het belastend en gevaarlijk. Met robotlaslassen bescherm je werknemers en verlaag je kosten. Deze systemen verdragen de gevaren en verhogen vaak productie. Verzekerings- en ongevallenkosten dalen aanzienlijk.
• Materialen Besparen:zelfs de meest bekwame lassers maken fouten. Met nieuwe en gebruikte robotlasrobotica is alles geregeld, inclusief stroom en draad. Geautomatiseerde systemen besparen energie door consistent te draaien (minder opstarten). De lassen zijn consistenter. Nauwkeurigheid betekent minder verspild materiaal en tijd. Materialen besparen en productkwaliteit verhogen tegelijkertijd!

Sommige bedrijven schakelen geleidelijk over naar robotlastoepassingen, beginnend met één lascel en langzaam overgaand naar volledig geautomatiseerd lasproces. Robots helpen wanneer toegang tot een deel beperkt of moeilijk bereikbaar is. Fabrikanten hebben ontwerpen die een slanke robotarm toestaan om kleinere gebieden te bereiken.

Beperkingen

Een probleem bij robotlaslassen is dat kabels en slangen voor stroom en lucht de bewegingsvrijheid van de robotpolst beperken. Een oplossing is de zwenkeling, die doorlaat van gecomprimeerde lucht, koelwater, elektrische stroom, en signalen in een enkele draaiende eenheid toestaat. De zwenkeleenheid stelt ook off-line programmering in omdat alle kabels en slangen langs gedefinieerde paden van de robotarm gerouteerd kunnen worden.

Overige beperkingen:

• Complexe eindgebruikerprogrammering, niet gebruiksvriendelijk, alleen voor specialisten
• Beperkte API's, eenvoudige wijziging gecompliceerd
• Mens-machine interface (HMI) werkt niet echt. Systemen vereisen aanpassing en training. Moeilijk robotlassystemen aan te passen.
• Connectiviteitsuitdagingen, gebrek aan interconnecteerbare standaarden
• Vervangt menselijke arbeid
• Technologie wordt verouderd

Robotlasprocessen

Lassen vereist hoog opleidingsniveau en vaardigheid. Het aantal professionele lassers voldoet niet aan de industriële behoeften. Volgens de American Welding Society zal de industrie in 2022 een tekort van 450.000 lassers ervaren. In plaats van kritieke projecten achter te laten lopen, kunnen robots de leegte opvullen. Robots automatiseren het proces, wat hogere nauwkeurigheid, minder afval, en snellere werking garandeert. Met de beschikbare machines passen robots zich aan een breed scala lasprocessen: boog, weerstand, punt, TIG, en meer.

1. Booglas

Een van de meest voorkomende typen robotlaslassen is het boogproces. Een elektrische boog genereert extreme hitte, tot 3600 °C (6500 °F), wat het metaal doet smelten. Vloeibaar metaal verbindt delen, verstolkt tot een stabiele verbinding na afkoeling. Bij projecten met groot volume nauwkeurig samengevoegde metalen is booglas ideaal.

2. Weerstandslas

Als projecten warmtebehandeling of kostendaling vereisen, kunnen robots weerstandslas gebruiken. Een elektrische stroom creëert een poel vloeibaar metaal tussen twee metalen basissen. Dit vloeibare metaal verbindt de stukken.

3. Puntlas

Sommige materialen weerstaan elektrische stromen, wat ze uitsluit van andere lasvormen. Dit komt frequent voor in de auto-industrie bij het samenvoegen van autokraan delen. Om dit op te lossen, gebruiken robotlasters een variant van weerstandslas om een paar dunne metalen bladen in één punt te verbinden.

4. TIG-lassen

Robotlastoepassingen met hoge precisie-eisen kunnen TIG-lassen vereisen. Ook wel gaswolframelektrodebooglas (GTAW) genoemd. Een elektrische boog passeert tussen een wolframelektrode en het metalen basis.

5. MIG-lassen

Gasmetaalbooglas (GMAW/MIG) is een snelle, eenvoudige methode met hoge afscheiding. Een draad beweegt continu naar de verhitte top van de lasser, smelt de draad, waardoor veel vloeibaar metaal op de basis druipt voor verbinding.

6. Laslassen

Als projecten nauwkeurigheid voor hoog volume onderdelen vereisen, is laslassen de voorkeursmethode. Kleine onderdelen zoals sieraden of medische componenten gebruiken vaak laslassen.

7. Plasmalas

Plasmalas biedt de grootste flexibiliteit omdat de operator zowel gassnelheid door de mondstuk als temperatuur eenvoudig kan veranderen.

Robotlastoepassingen

Door tijdbesparende voordelen en hoge productiviteit is robotlaslassen belangrijk in metaal- en zware industrieën, en vooral in de auto-industrie die punt- en laslas gebruikt. Het is best geschikt voor korte lassen met gekromde oppervlakken en herhaalbare, voorspelbare acties zonder continue verschuivingen in het lasproces. Met externeassen is de robot ook geschikt voor lange lassen, bijv. in scheepsbouw. Hoewel voornamelijk in massaproductie gebruikt (efficiëntie en hoeveelheid essentieel), kunnen programma's voor elke behoefte gemaakt worden, en robotica voor kleinere en zelfs eenmalige producties met hoge kosteneffectiviteit.

Robotlas vs. Handmatig Lassen

Handmatig lassen heeft nog steeds een plaats in moderne productie. Voor projecten waar een expert snel lasstijlen moet wijzigen, is handmatig lassen de beste keuze. Een professionele lasser kan direct schakelen, robots passen niet zo snel aan onzekere situaties. Omdat handmatig lassen een proces blijft dat veel bedrijven nodig hebben, zullen professionele lassers niet verdwijnen. Immers, met de genoemde tekortkoming aan expert-lassers zullen gecertificeerden gemakkelijk werk vinden, zelfs met bedrijven die in robots investeren. Het vervangen van handmatige lassers door robots zet AWS niet uit de certificeringsbusiness. Meeste robotlasser-operators hebben certificering in de robotica-kant van dit vak, waarvoor AWS ook certificeringen aanbiedt. Robotica-experts die van lassen afweten zorgen dat projecten goed geprogrammeerd zijn om zo snel en kosteneffectief mogelijk af te ronden.

Robotlaslassen Video