Robotlas meesteren: een uitgebreide gids voor kwaliteit, efficiëntie en kostenbesparing

In de productie-industrie streven bedrijven constant naar verbeterde kwaliteit en productiviteit terwijl de kosten laag blijven. Om deze verbeteringen te realiseren, keren productiebedrijven zich vaak tot technologie, en dit is zeker het geval bij lassen.

Lassen, in zijn meest basale vorm, is het proces van het verbinden van twee materialen door de toepassing van warmte en druk. Als mensen aan lassen denken, roept het woord vaak een beeld op van een beschermend masker en een paar zware handschoenen die een brander hanteren. Terwijl handmatig lassen nog steeds zijn plaats in de industrie heeft, heeft een groeiende tekortkoming aan professionele lassers een substantiële gat achtergelaten. De American Welding Society schat dat er tegen 2020 een tekort zal zijn van 290.000 lasprofessionals. Een toenemend aantal bedrijven investeert in robotlasopstellingen.

Het installeren van een robotlasapparaat vereist veel overweging, planning en significante investeringen in tijd en geld. Echter, bedrijven die robotlas in hun procedures geïmplementeerd hebben, hebben ongetelde lange-termijn voordelen ontdekt.

Wat is Robotlas?

Robotlas, ook wel geautomatiseerd lassen genoemd, is het geautomatiseerde proces van het gebruik van gemachineerde programmeerbare tools om te lassen en een deel te hanteren. Deze relatief nieuwe toepassing van robotica heeft het gat gevuld dat achterbleef door de groeiende tekortkoming aan lasprofessionals, effectief een groot deel van lasklussen in de Noord-Amerikaanse industrie overnemend.

Hoe lang bestaat robotlas al?

De geschiedenis van robotlas is diep geworteld in de geschiedenis van industriële robots in het algemeen, teruggaand tot midden 20^ste eeuw.

De eerste programmeerbare robot werd in 1954 uitgevonden door George Devol, en Devol volgde deze uitvinding kort op met de vestiging van 's werelds eerste robotbedrijf, Unimation. Met dit nieuwe bedrijf creëerden Devol en zijn associates de eerste industriële robot. Het model, genaamd de Unimate, werd gebruikt in een General Motors automobilfabriek in New Jersey, waar het spotlassen uitvoerde en gietstukken extraheerde. Na deze positieve introductie verspreidde het concept van de industriële robot zich binnen een decennium over alle hoeken van de wereld.

Vanaf dit initiële model verbeterde de industriële robot voortdurend. In 1978 creëerde Unimation, gefinancierd door General Motors, de Programmable Universal Machine for Assembly, de PUMA genoemd. Veel laboratoria gebruiken deze versie nog steeds vandaag.

De industrie groeide voort, bloeiende in de vroege jaren '80. Tijdens deze jaren groeide de industriële robotindustrie zo snel dat elke maand een nieuwe robot of bedrijf de markt betrad, wat concurrentie en innovatie aanzienlijk verhogde. In dit decennium werden robotarmen verbeterd om meer mobiliteit en controle te hebben.

Processen verbeterden door de jaren '90 heen, met elektronische controles die verbeterden tot een punt waar meerdere robots tegelijkertijd gecontroleerd en gecoördineerd konden worden. Operatorinterfaces werden ook verbeterd, en robotontwerpen werden vereenvoudigd en gestroomlijnd om meer toegang voor onderhoud en reparatie te mogelijk maken.

Technologische vooruitgang verbetert de functionaliteit van industriële robots tot op de dag van vandaag, alleen beperkt door de kosten van apparatuur en onderzoek.

Hoe werkt een lasrobot?

Een robotlaseenheid, ook wel robotlascel genoemd, bestaat uit verschillende componenten die samenwerken om stukken te lassen. Deze componenten omvatten die actief deelnemen aan het lassen, alsook accessoires en veiligheidsfuncties om de soepere operatie van de cel te waarborgen.

Hier zijn de meest basale componenten van een robotlascel, die allemaal belangrijk zijn voor het robotlasproces:

• Draadvoeder: Dit beweegt vuldraad in de robot met een geprogrammeerde snelheid. Deze vuldraad wordt vaak gebruikt om materiaal aan een las toe te voegen om de naad te ondersteunen.
• Lasrobot: Dit omvat de robot en het tool aan het einde van de arm, typisch een brander of andere manipulator. Deze robots komen in twee typen: articulierende robots en rectilinear robots. Rectilinear robots kunnen hun primaire arm in drie richtingen bewegen en een pols aan het einde van de arm roteren. Articulierende robots hebben draaiende gewrichten — deze staan meer bewegingsvrijheid en bereik buiten drie dimensies toe.
• Draadreiniger: De reiniger wordt gebruikt om spatter van de brander tussen werkcycli te verwijderen, wat de levensduur van de apparatuur verlengt.
• Brander: De brander gebruikt stroom die naar een elektrode vloeit om op te warmen en metalen te verbinden. Booglasunits hebben ook een boogschermapparaat in de brander inbegrepen. Ook is een lucht- of waterkoelingseenheid meestal inbegrepen.
• Werkgebied: Dit is waar onderdelen geplaatst en vastgehouden worden voor de robot om te lassen. Fixtures houden de onderdelen op hun plaats terwijl de robot zijn lassen voltooit.
• Controller: Dit component is effectief de "hersenen" van de lascel, die stroom en instructies aan de robot levert via opgeslagen programma's.
• Teach Pendant: Deze handheld interfacesysteem stelt de operator in staat lasparameters in te stellen, de robot handmatig te bewegen en nieuwe programma's in te voeren.
• Lasstroomvoorziening: Deze voorziet stroom aan de lasbrander. Deze zal variëren in grootte en prestaties afhankelijk van de vereisten van de te lassen onderdelen. De stroomvoorziening verschilt iets afhankelijk van of de cel een booglasunit of een spotlasunit is.
• Stack Light: Dit licht geeft aan wat de cel op elk gegeven moment doet. Over het algemeen duidt een rood licht op een noodstop, een oranje licht betekent dat de robot geprogrammeerd wordt en groen betekent dat de cel automatisch draait.
• Operatiebox: Deze doos bevat besturingen om een cel te starten en te stoppen, en bevat knoppen voor elke functie, inclusief een herstartknop om de cel te resetten na het oplossen van een storing.
• Veiligheidsfuncties: De meeste robotlasmachines zullen veiligheidsfuncties omvatten om schade aan werknemers en operators te voorkomen. Deze omvatten omheining, boogscherming, toegangdeuren en andere functies om blootstelling van werknemers aan gevaarlijk licht, rookgassen en beweging te verminderen terwijl een cel werkt.

Programma's worden via de teach pendant ingevoerd en opgeslagen in de controller, die de robot vertelt wat te doen. Deze programma's bewegen de lasrobot en manipuleren de brander aan het einde van de arm, deze precies plaatsten waar het op elk punt moet zijn. De brander verhit zich, gebruikt een stroomvoorziening om voldoende warmte in het metaal te genereren om delen permanent te verbinden. De draadvoeder voedt extra materiaal aan de robotarm om dit te doen. Tussen delen, beweegt de arm de brander naar de draadreiniger om eventuele spatter te verwijderen.

Wat is het Robotlasproces?

De werkstroom van een robotlascel bestaat uit een reeks nauwgezette stappen. Deze stappen zijn:

1. Zet het deel in de fixture en klem het veilig op zijn plaats.

2. Selecteer het geschikte programma uit de controller. Alternatief, als het geschikte programma niet beschikbaar is, programmeer de controller met de teach pendant.

3. Druk de startknop op de controller om te beginnen.

4. Terwijl het eerste deel bewerkt wordt, verplaats het tweede deel naar het geschikte laadstation.

5. Terwijl lassen begint op het eerste werkstation, begin met het instellen van het tweede werkstation.

6. Wanneer lassen klaar is, begint werk op het tweede station.

7. Verzamel het afgeronde deel van station 1 en herlaad het werkstation voor de volgende cyclus.

Specifieke functies en ingewikkeldheden variëren afhankelijk van de specifieke robotlascel die gebruikt wordt, maar de meeste zullen deze algemene procedure volgen.

Hoe worden robots in de lasindustrie gebruikt?

Robotlas maakt 29% uit van alle robotische toepassingen in de industrie, alleen getopt door robotisch materiaalhandling. Automatisch lassen wordt het meest gebruikt in de productie- en ingenieursindustriën om de efficiëntie van bedrijven en laboratoria te verhogen.

Het meest algemeen worden ze gebruikt voor weerstand spotlas en booglas voor hoge hoeveelheden product. Deze twee processen worden hieronder in detail beschreven:

Weerstand Spotlas

Robotische weerstandslas is een economische manier om twee stukken plaatmetaal op een enkel punt, of spot, te lassen. Dit type lassen wordt veel gezien in de automobilproductie-industrie, waar het gebruikt wordt om plaatmetaal in de vorm van een auto te lassen. Veel van de spotlassers in de auto-industrie zijn robotisch en te zien aan auto-assemblagelijnen.

Het spotlasproces werkt door twee koperlegeringselektroden toe te passen op de te veren delen en een stroom door de materialen te laten lopen. De stroom verhit het metaal en zorgt ervoor dat het smelt, wat een bad vormt tussen de stukken op de toegepaste spot. Bij afkoeling smelten de stukken samen.

Robotlassers zijn ideaal voor deze toepassing omdat ze in staat zijn meerdere spotlassen met extreme nauwkeurigheid en efficiëntie te plaatsen.

Booglas

Robotische booglas is als industrie maar recent gegroeid, maar haalt snel op tegen spotlas als de meest populaire robotlasmethode. Het proces gebruikt een stroomvoorziening om een elektrische boog te genereren tussen een brander-gemonteerde elektrode en metaal. Deze boog produceert een temperatuur van ongeveer 6500 graden Fahrenheit aan de punt van de brander. Dit verhit het metaal, producerend een bad van vloeibaar metaal onder de brander dat bij afkoeling verstijft. Bij afkoeling smelten de delen permanent samen.

Vanwege de extreme hitte geproduceerd, zullen de metalen betrokken bij dit proces vaak chemisch reageren met de zuurstof en stikstof in de omringende lucht. Dit kan de integriteit van de lasnaad compromitteren. Om deze reden omvatten veel booglasprocessen een proces genaamd boogscherming. Dit proces bedekt de boog en het vloeibare metaal met een beschermend schild van gas of damp, het contact tussen het vloeibare metaal en de omringende lucht minimaliserend.

De extreme hitte en chemische reacties betrokken bij booglas maken het een perfecte toepassing voor robotica, aangezien dit de blootstelling van werknemers en operators aan deze risico's vermindert.

Wat zijn de voordelen van Robotlas?

Het implementeren van een robotlasopstelling vereist een significante investering van tijd en geld. Echter, de voordelen van het systeem overstijgen ver bij de voordelen van traditioneel lassen, en de kosten van het systeem worden snel terugverdiend in verhoogde productiviteit, verbeterde kwaliteit en verminderd afval.

Lasteams over de Verenigde Staten profiteren van robotlas vanwege de volgende voordelen:

Verhoogde Productie

Robotlassystemen krijgen het werk snel en efficiënt gedaan, maken minder fouten dan hun humane tegenhangers terwijl de productiesnelheid enorm toeneemt. Bovendien kunnen robots 24/7 werken, in tegenstelling tot humane werknemers die slaap, pauzes en vakanties nodig hebben. Humane operators hebben typisch minder dan 50% boog-aan-tijd, en humane on-time percentages dalen naarmate vermoeiding instelt later in de shift. Robots daarentegen hebben 75%-80% boog-aan-tijd. Dit cijfer stijgt naar 95% voor delen met langere naden.

Verbeterde Kwaliteit en Consistentie

Het geautomatiseerde systeem creëert consistente lasneden met extreme nauwkeurigheid, plaatst dezelfde kwaliteitslassen op dezelfde plek herhaaldelijk zonder te vermoeien. De precisie van deze systemen vermindert ook spattering, wat resulteert in nette naden. Dit elimineert fouten en defecten niet — defecte of beschadigde apparatuur of onjuiste programmering kunnen beide resulteren in productdefecten. Gelukkig kunnen beide problemen voorkomen worden door gecertificeerde robotlastechnici.

Energie Besparen

Geautomatiseerde lassystemen besparen energie door consistent te draaien, de energie-intensieve opstarts snijdend. Bovendien overlasten robots niet en verminderen ze de behoefte aan correctief lassen, wat energie-uitgaven snijdt.

Verminderd Schroot

Menselijke fout is altijd mogelijk, zelfs met de meest bekwame lassers. Echter, elke beweging die een lasrobot maakt is gepland en geautomatiseerd, wat fouten vermindert en daardoor het aantal geschrootte onderdelen vermindert. Bij hogere-waarde klussen kan dit een cruciale factor zijn om op budget te blijven.

Verminderd Afval

Verbruiksmaterialen zijn nog een andere bron van afval. Verbruiksmaterialen omvatten mondstukken en andere componenten met relatief korte levensduur die na een bepaald aantal gebruiken vervangen worden. Robotlasunits verhogen lassnelheid en minimaliseren overmatig energiegebruik, wat de levensduur van elk verbruiksmateriaalcomponent vergroot. Dit betekent dat nieuwe verbruiksmaterialen minder frequenk aangeschaft worden, wat kosten bespaart.

Return on Investment

De meeste bedrijven zullen vinden dat voor grotere projecten de efficiënties, nauwkeurigheid en kostenbesparingen van robotlas – meer dan de initiële opzetkosten goedmaken bij samenwerking met een metaalbewerkingsbedrijf.

De combinatie van hogere snelheden, hogere-kwaliteit lassen en verminderd schroot dragen allemaal bij aan deze snelle return on investment. Deze return verhoogt verder als u de verminderde energiekosten en geminimaliseerde kansen op overlasten in overweging neemt. Overschakelen naar een robotlasproces kan het bedrijf significant helpen besparen op algemene kosten.

Om een benaderende return on investment te berekenen, kan een bedrijf de huidige deelcycluszeiten beoordelen en ze vergelijken met potentiële cycluszeiten voor een robotlasopstelling. Andere besparingen in afval, arbeid en energie kunnen in de schatting gebonden worden voor een nauwkeuriger getal.

Hoe een contractfabrikant met een hoge kwaliteit Robotlasopstelling te kiezen?

Een goede contractfabrikant investeert niet alleen in hoogopgeleide professionals, maar ook in robotlasopstellingen die de beste kwaliteit en waarde bieden door MIG-pistolen en verbruiksmaterialen te monitoren en geschikte peripherieapparatuur voor de machine te zoeken:

MIG Pistolen

MIG-pistolen moeten zorgvuldig geselecteerd worden om aan de behoeften van het specifieke model te voldoen dat in de robotlasopstelling gebruikt wordt. Bedrijven moeten MIG-pistolen kiezen met de juiste amperage en koelcapaciteit voor de toepassing. Onvoldoende amperage of koeling kan de machine laten faillen, terwijl het kopen van een pistool met meer amperagecapaciteit dan nodig is geldverspilling is, aangezien de prijs van een robotische MIG-pistool direct evenredig is met de amperage die het biedt.

Verbruiksmaterialen

Verbruiksmaterialen, zoals contactpuntjes, mondstukken, retentiekoppen en liners, moeten ook zorgvuldig geselecteerd en beheerd worden. Verschillende mondstukken en contactpuntjes moeten geselecteerd worden voor verschillende toepassingen — standaard verbruiksmaterialen voor lage-amperage toepassingen of toepassingen met kortere boogtijden, terwijl zware verbruiksmaterialen, die duurder zijn dan de standaardversies, gebruikt moeten worden voor hoge-amperage of hoge-boogtijd toepassingen om de downtime voor wisselen te verminderen.

Peripherieapparatuur

Een perifere is elk stuk additionele apparatuur dat geïntegreerd kan worden in het robotlassysteem. Het gebruik van het juiste type peripherie kan de prestaties van de opstelling maximaliseren. Hoewel peripherieapparatuur een voorafgaande kosten met zich meebrengt, kan het de return on investment van de robotlasinvestering verhogen door de opstelling's prestaties te verbeteren, de levensduur van verbruiksmaterialen te verlengen en de waarschijnlijkheid van lasdefecten te verminderen.

Enkele potentiële nuttige peripherieapparatuur omvat:

• Mondstukken Reinigingsstation: Ook aangeduid als reamer of spatter reiniger. Deze perifeer reinigt het mondstuk van vuil, puin en spatter tijdens routine passes in de lasoperatie. Dit helpt dekkingverlies te voorkomen dat tot defecten en lasherwerk kan leiden. Dit vergroot ook de levensduur van verbruiksmaterialen, wat de frequentie van veranderingen vermindert.
• Anti-Spatter Sprayers: Deze perifeer vergroot de levensduur van verbruiksmaterialen door een anti-spatter verbinding op de verbruiksmaterialen toe te voegen die als een beschermende barrière werkt. Als het mondstukken reinigingsstation, voorkomt dit dekkingverlies en vermindert de frequentie van verbruiksmateriaalveranderingen.
• Draadknippers: Voor booglasrobots vereisen de units een draad die uitsteekt wanneer een boog initieert. Een draadknipper knipt de lasdraad op een gespecificeerde lengte, wat inconsistenties in draadlengte en kwaliteit verwijdert. Dit resulteert in meer betrouwbare boogstarts en meer consistente lassen.
• Arm Mount: Voor bepaalde opstellingen is botsing een risico dat overwogen moet worden. Voor robots met botsingsdetectiesoftware is een solide arm mount nodig om de apparatuur te beschermen door het op zijn plaats te houden terwijl de robot de botsing detecteert en afsluit.
• Koppeling: Voor robots zonder botsingsdetectie is een koppeling nodig om apparatuur te beschermen van botsing. De koppeling herkent de fysieke impact van een botsing en stuurt een elektrisch signaal naar de robotcontroller dat het systeem doet stoppen, wat verdere schade voorkomt.

Al deze peripherieapparatuur kan helpen bij de bescherming en verhoogde productiviteit van robotlasapparatuur.

Wie zou een Robotlasunit moeten bedienen?

Robotlas vereist constante toezicht en onderhoud door een getrainde operator. Als niemand in het huidige talentenpool van het bedrijf eerdere robotlaservaring heeft, is het in het beste belang van het bedrijf om een metaalbewerkingsbedrijf in te huren met gecertificeerde robotlasunit operators in dienst.

Een getrainde technicus zal in staat zijn uptime op het project te maximaliseren, door het plannen en uitvoeren van regelmatig preventief onderhoud op het systeem. Dit helpt onnodige downtime te minimaliseren en zorgt ervoor dat het systeem soepel draait – alle voordelen die aan uw project doorgegeven worden.

Het inhuren van een contractfabrikant met gecertificeerde robotlastechnici kan een meer kosteneffectieve methode zijn. Zeer weinig bedrijven specialiseren zich in robotlas, vooral in de Verenigde Staten, met een hoogopgeleid, professioneel team dat precies weet hoe met robotlascellen te werken om de beste resultaten voor uw product te produceren. Fairlawn Tool, Inc. is een van deze bedrijven, die kwalitatieve robotlasdienstverlening aan onze klanten biedt door een AWS gecertificeerd lasteam.

Bij Fairlawn Tool, Inc. beschouwen we robotlas als een integraal onderdeel van ons productieproces om de totale kosten voor onze klanten te reduceren, u te helpen het hoogste kwaliteitsproduct te krijgen tegen de laagste kosten. Bovendien bieden wij ook trots handmatige lasdiensten die goed geschikt zijn voor kleinere runs en hoog aangepaste commerciële orders. In de meeste gevallen kan handmatig lassen gecombineerd worden met robotlas om het beste van beide benaderingen te krijgen. Wij zijn trots op consistente kwaliteit, ongeacht hoe groot het productieproject, omdat we willen waarborgen dat elk unit uw verwachtingen overtreft.

Fairlawn Tool is een full service contractfabrikant voor al uw metaalbewerkingsbehoeftes. Door elk deel van het proces in-house af te handelen vanaf onze Maryland fabrieklocatie, zijn we in staat het hoogste kwaliteitsniveau te waarborgen tegen een competitieve prijs. Wij helpen graag vragen beantwoorden en adviseren over de beste aanpak voor uw bedrijf.

Neem vandaag contact met ons op om te spreken over uw komende metaalbewerkingsprojecten.