Zrobotyzowane stanowisko spawania aluminium z wykorzystaniem zewnętrznej osi robota

 

Stanowisko zbudowane przez PIAP w 2011r. służy do spawania elementów aluminiowych: połączenia blachy o grubości 1,2 mm z odlewanym korpusem aluminiowym o ściance grubości 4 – 5 mm. Połączenie to, oprócz odpowiednich własności mechanicznych, musi być również szczelne (sprawdzanie odbywa się helem, wykrywającym nawet bardzo niewielkie przecieki).
Spawane elementy mają kształt prostopadłościanu (rdzeń z cienkiej blachy), w którego dwie otwarte, naprzeciwległe ścianki są wciskane dwa grube korpusy. W efekcie spoina przebiega wokół czterech krawędzi łączących rdzeń z korpusem po jednej stronie i czterech krawędzi po drugiej stronie rdzenia.
 
PIAP zaproponował zastosowanie współpracującego z robotem pozycjonera z dwiema stacjami roboczymi (oba urządzenia firmy ABB). Do rozmiarów elementów spawanych dobrano odpowiedni robot – IRB1600 - oraz pozycjoner - IRBP R300. Ze względu na cienkie spawane blachy, zastosowano spawarkę firmy Fronius typ TPS3200 z nową technologią spawania – CMT (Cold Metal Transfer). W tej technologii (którą PIAP zastosował w innym stanowisku jako pierwszy w Polsce do spawania zrobotyzowanego), przy palniku znajdują się dodatkowe, napędzane rolki podające drut. Rolki te powodują pulsacyjne wysuwanie i cofanie drutu z częstotliwością około 60 Hz. Takie podawanie drutu, skojarzone z odpowiednim sterowaniem parametrami elektrycznymi spawania, powoduje odrywanie się kropli od rozgrzanego drutu i możliwość bardzo precyzyjnego umieszczania tych kropli w wykonywanej spoinie. Przy spawaniu cienkich blach (w dodatku aluminiowych) technologia CMT jest praktycznie niezastąpiona w robotyzacji spawania.
 
Każda ze stacji pozycjonera, o poziomej osi obrotu, jest traktowana przez układ sterowania robota jako tzw. zewnętrzna oś. Po odpowiednim zadeklarowaniu tych stacji, ruchy robota i stacji mogą być skoordynowane, pozwalając w efekcie na płynne przemieszczanie spawanych elementów względem palnika spawalniczego, w trakcie wykonywania spawania.
Te dwie technologie (robot z zewnętrzną osią i spawanie CMT) pozwoliły na przystąpienie do budowy zrobotyzowanego stanowiska.
 
Konieczne były praktyczne próby, najpierw dobrania odpowiednich materiałów spawalniczych i parametrów spawania, a po osiągnięciu właściwej jakości spoin – przejście do prób na stacjach pozycjonera jako zewnętrznych osiach. Oczywiście najwięcej wysiłku pochłonęło osiągnięcie właściwej jakości spoin na narożach elementu, przy przejściu z jednej płaskiej ścianki na drugą. Konieczne były zmiany ustawienia kąta nachylenia palnika, zmiany odległości rozpoczynania i kończenia obrotu stacji, zmiany prędkości robota itp. Ponieważ dla uzyskania szczelności spoiny, lepszym rozwiązaniem jest spoina szeroka, zastosowano oscylacje palnika w trakcie spawania (mimo, iż zwykle stosuje się to dla bardzo grubych blach). Zastosowanie oscylacji przyniosło znaczny spadek wadliwych elementów. 
 
Przy przestrzeganiu bardzo ostrych wymagań szczelności początkowa liczba zespawanych elementów z przeciekiem wynosiła około 15% (te elementy były potem poprawiane ręcznym spawaniem w miejscach przecieków). Po kilku miesiącach prób technologicznych i wstępnej produkcji, liczba braków spadła do około 3 - 4%. Po przeszło roku ciągłej pracy, stanowisko jest intensywnie użytkowane bezawaryjnie, utrzymując założoną wydajność i jakość produkcji.
 
Jako podstawowe urządzenia w stanowisku pracują:
- robot IRB1600 firmy ABB,
- pozycjoner IRBP R300 firmy ABB,
- zestaw spawalniczy TPS3200 z CMT firmy Fronius,
- autonomiczny filtr i wyciąg gazów firmy Klimawent.
 
Całością pracy stanowiska zarządza sterownik PLC firmy Allen-Bradley z panelem operatora, poprzez który operator komunikuje się z urządzeniami stanowiska. W algorytmie pracy stanowiska są uwzględnione różne możliwe sytuacje (zakończenie pracy operatora, sprawdzanie poprawnej kolejności montażu detali przez operatora, błędy spawarki czy robota).
Stanowisko jest chronione przez system bezpieczeństwa oparty na sterowniku bezpieczeństwa firmy PILZ, do którego podłączone są wszystkie urządzenia bezpieczeństwa w stanowisku (rygiel drzwi wejściowych, przyciski stopów awaryjnych, kurtyny świetlne pionowe i poziome).
 
W stanowisku zastosowano również czujniki zabezpieczające przez skończeniem się drutu spawalniczego i gazu osłonowego w trakcie spawania. Indukcyjny czujnik drutu na bieżąco sprawdza obecność drutu podawanego z dużego pojemnika (tzw. Marathon Pac), a czujnik ciśnienia sprawdza poziom ciśnienia gazu w przewodzie spawarki. Oba te sygnały są sprawdzane przez PLC przed rozpoczęciem każdego cyklu spawania. W razie braku drutu bądź zbyt niskiego ciśnienia gazu, robot jest blokowany, a operator otrzymuje informację o sytuacji na wyświetlaczu swojego panelu.