Robotlasen uitgelegd: processen, voordelen en toepassingen

Lassen is een proces waarbij twee materialen samengesmolten worden door verwarmen, intermengen, en dan afkoelen van de materialen en/of een vullstof om een sterke verbinding te vormen. Van booglassen tot puntlassen, nieuwe en gebruikte lasrobots worden typisch gebruikt in lasprocessen waar de vereiste letsel repetitief is en kwaliteit en snelheid cruciaal zijn. Robotlasen is een geautomatiseerd proces dat efficiëntie, consistentie, en ROI verhoogt.

Wat is robotlasen?

Robotlassen is het gebruik van gemotoriseerde programmeerbare tools (robots), die een lasproces volledig automatiseren door zowel de letsel uit te voeren als het onderdeel te hanteren. Processen zoals gasmetaalbooglassen, hoewel vaak geautomatiseerd, zijn niet noodzakelijk equivalent aan robotlassen, aangezien een menselijke operator soms de te lassen materialen voorbereidt.

Robotlassen wordt veel gebruikt voor weerstandspuntlassen en booglassen in hoge-productie-toepassingen, zoals de auto-industrie.

Robotlassen is een relatief nieuwe toepassing van robotica, zelfs al werden robots voor het eerst in de VS-industrie geïntroduceerd tijdens de jaren '60. Het gebruik van robots in lassen nam pas in de jaren '80 vlucht toen de auto-industrie begon robots uitvoerig te gebruiken voor puntlassen.

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

Robotbooglassen is recent snel gaan groeien, en beheerst al ongeveer 20% van industriële robottoepassingen. De belangrijkste componenten van booglasrobots zijn de manipulator of de mechanische eenheid en de controller, die fungeert als de "hersenen" van de robot.

De manipulator is wat de robot laat bewegen, en het ontwerp van deze systemen kan gecategoriseerd worden in verschillende gangbare typen, zoals SCARA en cartesisch coördinaatrobot, die verschillende coördinatensystemen gebruiken om de armen van de machine te sturen.

De robot kan een voorvoorgeprogrammeerde positie lassen, worden geleid door machinevisie, of door een combinatie van de twee methoden. Echter, de vele voordelen van robotlasen hebben bewezen dat het een technologie is die veel OEM-fabrikanten helpt de nauwkeurigheid, herhaalbaarheid, en doorvoersnelheid te verhogen.

De technologie van handtekening-beeldverwerking is ontwikkeld sinds de late jaren '90 voor het analyseren van elektrische data in real-time verzameld van geautomatiseerd, robotlasen, wat de optimalisatie van letsels mogelijk maakt.

Robotlasapparatuur

Robotlasen combineert lassen, robotica, sensortechnologie, besturingssystemen, en kunstmatige intelligentie. De componenten omvatten de software met specifieke programmering, het lasapparatuur dat de energie van de lasstroombron naar het werkstuk levert, en de robot die de apparatuur gebruikt om het lassen uit te voeren.

De proces-sensoren van de robot meten de parameters van het lasproces en de geometrische sensoren de geometrische parameters van de letsels. Door het verwerven en analyseren van de invoerinformatie van de sensoren, past het besturingssysteem de uitgang van het gerobotiseerde lasproces aan op basis van de specificaties van de lasprocedure gedefinieerd in het programma.

Afhankelijk van het beoogde gebruik, kunnen robots robotarmen of robotportalen zijn. Normaal worden zes-as industriële robots gebruikt, bestaande uit een drie-as onderarm en een drie-as pols, aangezien ze het lasbrander in alle benodigde posities voor driedimensionaal lassen mogelijk maken om op de pols te monteren.

Het systeem moet geïntegreerd zijn met de robot, en het lasapparatuur moet compatibel zijn met en bij voorkeur specifiek ontworpen voor robotlasen, omdat dan alle processen door de robot kunnen worden bestuurd.

Hoe robotlasen werkt?

Bij het gebruik van robots voor elk proces, vereist de methode aanpassing om automatisering te accommoderen. Hetzelfde geldt voor lassen, dat diverse tools gebruikt die niet in de handmatige equivalent gevonden worden. Mensen hebben geen programmering nodig zoals robotlassers.

De robot zelf heeft een arm die in drie dimensies kan bewegen voor rectilinaire typen en door meer vlakken met articulatie-versies. Een draadvoeder zendt de vuldraad naar de robot zoals hij het nodig heeft voor een lasklus. Een hoge-hitte brander aan het einde van de arm smelt metaal om het lasproces mogelijk te maken. Omdat de temperaturen duizenden graden bereiken, houdt het gebruik van robots voor dit proces mensen veiliger.

Gecertificeerde menselijke operators moeten nog steeds in de buurt van de robots blijven. Deze werkers moeten certificering bezitten van de American Welding Society, AWS, die niet alleen handmatige lassers maar ook robotlasarm-operators certificert. De operators programmeren de controller met een teach pendant. Dit apparaat stelt nieuwe programma's in, beweegt de arm, en verandert parameters voor het proces. Om het lassen te starten, gebruikt de operator de knoppen op de bedieningsbox.

Het tool in de robotarm verhit om metaal te smelten om de gewenste stukken te verbinden. Zo nodig, levert een draadvoeder meer metaaldraad aan de arm en brander. Bij het wachten op de volgende te lassen onderdelen, beweegt de arm de brander naar de reiniger om eventuele metalen spetters van de arm te reinigen, die zonder dit proces op plaats vast zouden lopen.

Omdat een van de primaire redenen om robotlassers te hebben het beschermen van menselijke werkers is, komen deze geautomatiseerde systemen met meerdere veiligheidsfuncties. Boogschermen voorkomen dat de hoge-hitte boog met zuurstof mengt. Ingeheinde gebieden beschermen operators van de temperaturen en heldere licht.

Voordelen van robotlasen

Er zijn diverse voordelen om een fabriek te automatiseren met lasrobots, inclusief snellere, consistente cyclus-tijden, geen onderbreking in productie, en betere letselkwaliteit. Basisweg, door robotlasautomatisering te gebruiken, duurt het proces minder lang, en fabrikanten kunnen de kosten van directe arbeid en veiligheid verlagen en materialen besparen.

Robotlascellen bieden een nog veiliger werkgedrag, het dramatisch verminderen van boogblindheid, overspray, en direct contact met de robot en het onderdeel. Een robotlasser is consistenter en kan snel van de ene letsel naar de volgende bewegen, wat het hele proces versnelt.

• Minder tijd nodig: Robotlassystemen krijgen de klus snel gedaan. Of je nu nieuwe of gebruikte lasrobots hebt, ze maken minder fouten dan handmatig lassen. In tegenstelling tot arbeiders, hebben robots geen pauzes, vakanties, etc. nodig. Je werk kan zonder onderbreking doorgaan, 24/7. Dit zal op zijn beurt je doorvoersnelheid & productiviteit verhogen.
• Kosten van directe arbeid & veiligheid verlagen: De kosten van handmatig lassen kunnen hoog zijn. Het vereist tijd, vaardigheid en concentratie. Het is ook gevaarlijk. Flits, rook, vonken en hitte maken handmatig lassen een zware en gevaarlijke klus. Met robotlasen bescherm je werkers en verlaag je kosten. Deze systemen verdragen de gevaren en verhogen vaak de productie. Verzekerings- en ongeluk-gerelateerde kosten worden ook aanzienlijk verlaagd.
• Materialen besparen: Zelfs de meest bekwame lassers maken fouten. Maar met nieuwe en gebruikte robotlaser-systemen is alles gereguleerd, inclusief vermogen en draad. Geautomatiseerde gebruikte robotlas-systemen besparen energie door consistent te draaien (minder opstarts). Plus, de letsels die gecreëerd worden, zijn consistenter. De nauwkeurigheid van robotsystemen betekent dat er minder verspild materiaal en tijd is. Bespaar je materiaal en verhoog je productkwaliteit tegelijkertijd!

Sommige bedrijven schakelen geleidelijk over op robotlastoepassingen, beginnend met een enkele lascel en langzaam converterend naar een volledig geautomatiseerd lasproces. Robots kunnen nuttig zijn wanneer toegang tot een onderdeel beperkt of moeilijk te bereiken is. Fabrikanten hebben ontwerpen gemaakt die een slanke robotarm toestaan om kleinere gebieden te bereiken.

Beperkingen

Een probleem bij lassen met robots is dat de kabels en slangen die gebruikt worden voor stroom en lucht etc. de bewegingscapaciteit van de robotpols neigen te beperken.

Een oplossing voor dit probleem is de draaikoppeling (swivel), die de doorlaat van gecomprimeerde lucht, koelwater, elektrische stroom, en signalen binnen een enkele draaiende eenheid toestaat.

De swivel-eenheid maakt ook off-line programmering mogelijk, aangezien alle kabels en slangen langs gedefinieerde paden van de robotarm gerouteerd kunnen worden.

Andere beperkingen van robotlasen:

• Complex eindgebruikersprogrammeren, niet gebruiksvriendelijk, alleen voor specialisten
• Beperkte API's, wat een eenvoudige wijziging ingewikkeld maakt
• De human-machine interface (HMI) werkt niet echt. Systemen vereisen aanpassing en training. Moeilijk om robotlasystemen aan te passen.
• Connectiviteitsuitdagingen, gebrek aan inter-connecteerbare standaarden
• Vervangt menselijke arbeid
• Technologie wordt verouderd

Robotlasprocessen

Lassen vereist een hoog niveau van opleiding en vaardigheid. Echter, het aantal professionele lassers voldoet niet aan de behoeften van de industrie. 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 die deze werkers zouden voltooien, kunnen robots de slack oppakken.

Robots automatiseren het proces, wat hogere nauwkeurigheid, minder afval, en snellere operatie garandeert. Met het bereik van beschikbare machines, passen robots zich aan een breed scala aan lasprocessen, inclusief boog, weerstand, punt, TIG, en meer.

1. Booglassen

Een van de meest gangbare typen robotlasen is het boogproces. In deze methode genereert een elektrische boog extreme hitte, tot 6.500 graden Fahrenheit (3.600 °C), wat het metaal smelt. Vloeibaar metaal voegt onderdelen samen, verstolend in een stabiele verbinding na afkoeling. Wanneer een project een groot volume nauwkeurig samengevoegde metalen vereist, dient booglassen als een ideale toepassing.

2. Weerstandslassen

Wanneer projecten warmtebehandeling of een manier om kosten te verlagen nodig hebben, kunnen robots weerstandslassen gebruiken. Tijdens dit proces creëert een elektriciteitsstroom een poel vloeibaar metaal als het tussen de twee metalen basissen doorgeeft. Dit vloeibare metaal voegt de metalen stukken samen.

3. Puntlassen

Sommige materialen weerstaan elektrische stromen, wat ze uitsluit van andere vormen van lassen. Deze situatie treedt frequent op in de auto-industrie voor het samenvoegen van delen van een auto-carrosserie. Om het probleem op te lossen, gebruiken robotlassers een variatie van weerstandslassen om een paar dunne metalen bladen in een enkele punt te verbinden.

4. TIG-lassen

Robotlastoepassingen die hoge precisie vereisen, kunnen TIG-lassen vereisen. Deze methode gaat ook wel gaswolfraambooglassen of GTAW. Een elektrische boog passeert tussen een wolframelektrode en de metalen basis.

5. MIG-lassen

Gasmetaalbooglassen, ook bekend als GMAW of MIG, is een snelle en straightforward methode die een hoog niveau van afzetting gebruikt. Een draad beweegt continu naar de verhit top van de lasser, wat de draad smelt, wat toelaat voor een grote hoeveelheid vloeibaar metaal te druppelen op de basis voor het verbinden van de basis met een ander stuk.

6. Laslassen

Wanneer lasprojecten nauwkeurigheid vereisen voor een hoog volume aan onderdelen, is laslassen de voorkeursmethode van metaalverbinding. Kleine onderdelen, zoals sieraden of medische componenten, gebruiken vaak laslassen.

7. Plasma-lassen

Plasma-lassen biedt de meest significante mate van flexibiliteit omdat de operator gemakkelijk zowel de snelheid van gas dat door de monding passeert als de temperatuur kan veranderen.

Robotlastoepassingen

Vanwege de tijdbesparende voordelen en hoge productiviteit, is robotlasen belangrijk geworden in metaal- en zware industrieën, en vooral in de auto-industrie die punt- en laslassen inzet.

Het is het best geschikt voor korte letsels met gekromde oppervlakken en herhaalbare, voorspelbare acties die geen continue shifts en veranderingen in het lasproces vereisen. Met de hulp van externeassen, is de robot ook geschikt voor lange letsels, bijvoorbeeld in de scheepsbouwindustrie.

Hoewel robotlasen meestal gebruikt wordt in massaproductie, waarin efficiëntie en hoeveelheid essentieel zijn, kunnen programma's gemaakt worden om elke behoefte te passen, en robotica kan gebruikt worden voor kleinere en zelfs eenmalige producties terwijl hoge kosteneffectiviteit behouden blijft.

Robot vs. Handmatig Lassen

Handmatig lassen heeft nog steeds een plek in moderne productie. Voor projecten waarin je een expert nodig hebt om snel de lasstijlen te veranderen, is handmatig lassen je beste keuze. Een professionele lasser kan prompt veranderen wat hij doet, maar robots passen niet zo snel aan onzekere situaties.

Omdat handmatig lassen een proces blijft dat veel bedrijven nog steeds nodig hebben, zullen professionele lassers niet snel verdwijnen. Feitelijk, met het tekort aan expert-lassers hierboven genoemd, zullen degene die certificering bezitten gemakkelijk werk vinden, zelfs met meerdere bedrijven die in robots investeren.

Het vervangen van handmatige lassers door robots zal AWS niet uit zijn certificeringsbusiness brengen. Meeste robotlasser-operators moeten certificering bezitten in de robotica-kant van dit veld, waarvoor de AWS ook certificeringen aanbiedt. Het hebben van robotica-experts die over lassen weten, zorgt ervoor dat projecten goed geprogrammeerd worden om zo snel en kosteneffectief mogelijk af te ronden.

Robotlasen Video