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協作機器人如何改變管道焊接車間
日期:2019-09-19  瀏覽量:387  來源:

如今找不到經驗豐富的管道焊機。行業需要更多,但不知道在哪里找到它們,因此盡可能轉向自動化。這包括管道線軸焊接和類似的設置,其中管道被固定和旋轉。

從業務和實際角度來看,自動化的工作原理總是取決于一系列變量,其中兩個變量是管道如何呈現給自動化以及自動化對于意外變化的適應性。管道焊接準備越好,越一致,意外就越少,操作就越容易自動化。

管道焊接自動化以及任何類型的自動化的一個挑戰是,一旦循環開始,操作員通常無法解決根部開口,斜角或圓度的意外變化。然而,一類新的機器人改變了這個等式:協作機器人或合作機器人。

沒有什么能阻止傳統機器人從A點移動到B點,因此需要保護。站在路上會導致嚴重的傷害甚至死亡。

但協作機器人不是這樣,撞到一個物體,協作機器人將不會繼續前進。它會停止。這允許操作者和其他人在操作期間站在機器人附近。在這種意義上,操作員可以在項目上“協作”,實時調整機器人的運動。

這對于基本組裝和機器管理有各種各樣的影響,這些領域的協作機器人已經受到了媒體的廣泛關注。但它對制造業中更復雜的任務也有一些重要意義,包括管道焊接。

管道焊接與協作機器人

要明確的是,協作機器人不會扭曲自己焊接管道的位置,至少不會很快。相反,它們將在需要較少極端運動范圍的區域中茁壯成長,包括在工件固定在旋轉卡盤上的車間管道焊接。

設計用于管道焊接的協作機器人與用于機器管理和裝配的其他協作機器人看起來非常不同。它們通常由一個帶有焊槍的單臂組成。機器人上下移動(Y),前后移動(X)以跟蹤工件。在操作過程中,它執行編織運動,類似于在其他機器人管道焊接設置上看到的編織運動。

當你看到管道焊接協作機器人在行動時,你會看到機器人焊接和附近觀察的操作員,可能使用懸掛式控制器在必要時進行輕微(盡管很少)的調整。在整個操作過程中,協作機器人并沒有停止。它從根部到帽道進行連續焊接。

在手工焊接情況下,大多數管道都會出現在帶有三個或四個橋接釘的焊工處。為了用某些協作機器人準備焊接接頭以進行管道焊接,技術人員需要生產協作機器人可以焊接的羽毛狀的大頭釘。因此,它們不是焊接傳統的橋接釘,而是放置三個或四個1英寸的針腳(取決于管道的尺寸),然后研磨它們以在針腳和接頭側壁之間形成平滑過渡。

當焊接時,協作機器人操作員按下控制器中的一個選項,即在運行中改變多個焊接參數,允許協作機器人焊接并實現與這些焊接完全融合。在越過大頭釘之后,操作員按下相同的按鈕以使系統返回到正常的根部焊接過程。

從手動焊接到機器人管道焊接的過渡通常不需要對操作本身進行太多改變,特別是如果焊工已經使用一致的焊接準備工作。他們可能需要修改他們的定位實踐,但這就是它。

而且因為協作機器人不需要外圍防護,所以它們不需要比手動操作更多的空間。管道焊接協作機器人工作單元可以小到4乘4英尺。因此,在大多數情況下,集成這種協作自動化不需要對車間布局或整體零件流程進行重大更改。

焊接工藝因素


目前,協作機器人可以與各種工藝集成,包括氣體保護金屬電弧焊(GMAW)和氣體鎢極電弧焊(GTAW)。雖然技術上可以將協作機器人用于不同焊道的焊接工藝 - 比如說,GTAW根部帶有脈沖GMAW蓋和填充 - 它不是常見的應用。如果工作要求GTAW進行根通過,通常公司會選擇手動GTAW,然后將管道移動到協作機器人,后者執行上限并填寫GMAW。

當然,對于所有管道焊接道次,堅持使用一種類似工藝的脈沖GMAW或金屬芯焊絲工藝來實現高沉積速率是理想的。在許多情況下,由于協作機器人提供了如此高的效率,與可獲得的效率相比,更換和重新認證管道焊接工藝要求的價格很低。

經營焊接合作

盡管它們的歷史很短,但協作機器人管道焊接應用仍在不斷發展 - 并且很快。其中很大一部分與過程的本質有關,包括操作員如何與系統交互。

在早期安裝中,操作員裝載預制管并選擇一些基本參數,包括管道直徑,進度和接頭幾何形狀。加載焊接程序后,操作員在吊墜上點擊“開始”。在根部通過期間,他們仔細觀察了操作,確保槍和線延伸在正確的位置。當他們看到焊槍接近縫合或焊接準備不一致的變化時,他們按下控制器上的某些按鈕。

操作員無需即時手動調整每個焊接參數,但他們確實需要啟動協作機器人的參數更改過程。完成根部后,協作機器人移動以填充通過參數,并且在基于激光的關節跟蹤的幫助下整個過程變得更加穩定。但在關鍵的根部傳遞期間,基于激光的關節跟蹤不如所需的那樣有效,操作員必須保持警惕。

目前的裝置仍然使用基于激光的跟蹤,其包括用于跟蹤新關節的三線激光和用于實時高度調節的另一點激光。并且激光跟蹤在跟蹤關節的不同幾何特征方面仍然非常有效,例如V形槽的頂部邊緣。

也就是說,跟蹤V更深入可能是一個挑戰,通常是因為弧光的反射甚至是斜角幾何變化引起的光照條件的變化。所有這些都導致在V形槽接頭幾何形狀內的基于激光的接頭跟蹤的傳統方法的顯著干擾問題。

焊接協作機器人的愿景

近地平線上的某些管道焊接協作機器人裝置將支持基于攝像頭的系統增強視覺。這些允許協作機器人在根部通過期間進行自動調整以焊接大頭釘。使用人工智能(AI)和機器學習等框架,管道焊接視覺系統將執行根縫跟蹤,查看根部并克服根縫跟蹤挑戰。跟蹤測量斜面(頂部)的腳趾之間的距離,并且可以檢測在定位操作中應用的針腳。它還可以檢測斜角幾何,根開口和類似不一致的變化。如果這些變化在一定的公差范圍內,視覺系統將使焊接過程即時更改。

在過去,協作機器人的操作員通常必須在根部通過時非常警惕,觀察焊接并在運行中進行調整。當他們觀察到電弧特性的變化時 - 由于縫合焊接或根部開口或斜面幾何形狀的變化 - 他們必須相應地進行調整,就像手動管道焊接機需要做的那樣。

例如,就像手動管道焊機執行根部焊接一樣,協作機器人操作員觀察焊縫并尋找穿透的跡象。如果他看到一個迫在眉睫的問題,他就會在教導器上觸發一個根部保存功能,并且協作機器人將改變大約六個焊接參數以防止發生漏氣。一旦吹掃危險已經過去,操作員就會解除控制中的根部保存功能并繼續焊接。

然而,用于管道焊接協作機器人的新視覺系統可能不需要這樣的操作員警惕。在關鍵的根通過期間,操作員將不再需要如此密切地監視協作機器人。例如,視覺系統將能夠在根部開口改變時調整焊接參數。

視覺系統可能對協作機器人管焊接應用產生多種影響。首先,他們將提供的數據,如果收集和分析,可以使協作機器人管道焊接更加智能和適應性。每個焊接記錄將包括電壓,電流,熱輸入和使用的其他焊接參數。協作機器人管道焊接應用程序共享數據越多,算法就越好,協作機器人視覺系統的智能化程度也就越高。

這是機器學習將發揮越來越重要作用的地方。從某種意義上說,協作機器人系統將像人類管道焊工一樣學習 - 通過觀察大量焊縫,分析電弧特性的變化,并學習如何適應更多的情況。但與焊機不同,協作機器人不僅可以從其前面的每個焊接應用中學習,還可以從其他協作機器人焊接應用共享的信息中學習。所有這些都可能導致勞動力需求減少,協作機器人完成焊接,從根部到帽子通過,無需任何監督。一個人可以操作和監控多個協作機器人焊接系統,甚至可能作為附近的協作機器人焊接進行焊接準備。

一種新的自動化方法

可以訓練新手操作員操作協作機器人,同時學習管道焊接的基本原理。技術人員可以查看屏幕,以查看和監控協作機器人在焊接通過后從根部到帽蓋的焊接通道的確切方式。他們可以看到協作機器人在根部調整的方式,注意要注意的常見關節幾何變化,觀察適用于不同焊接道次的編織運動等等。

如果認為有必要,操作員仍然可以進行過程中的調整。例如,他們可能會在填充過程中進行一次非常輕微的高低調整。或者他們可能會選擇改變編織幅度或頻率。視覺系統和激光跟蹤應該即時進行這些調整,但如果操作員觀察到問題,他可以立即糾正。

例如,如果協作機器人接受松散的焊接準備,那么手動干預的能力可能是至關重要的。例如,對于許多應用,焊接接頭的斜角應為37。5度。如果斜角準備是35度,則協作機器人仍然可以在設定參數內工作。如果斜角超出公差窗口,則協作機器人仍然可以工作,但很可能需要操作員干預。

傳統上,自動化要求上游過程具有一定程度的可重復性。如果制造商無法實現這種可重復性,那么自動化就不是一種選擇。當然,協作機器人仍然需要一定程度的可重復性和合理的公差,但由于操作員可以輸入的種類,公差窗口可以更大。因此,即使管道焊接操作需要在這里和那里處理一些不良管道,在操作員的幫助下,協作機器人仍然可以通過生產來獲得這些管道。

這是一個原因,根據許多行業標準,使用協作機器人進行焊接不屬于機器人焊接,其中設置電池并且機器接管時幾乎沒有任何過程中的操作員干預。根據使用的確切協作機器人和應用的性質,協作機器人可分為“機器焊接”或“機械焊接”。

這意味著如果使用半自動GMAW手動焊接操作,采用協作機器人將被視為非必要的更改,因此您可能不必重新驗證焊接程序,盡管您仍需要使焊工了解新工藝。(請注意,焊接要求取決于作業,代碼,合同文件和所使用的特定焊接技術 - 因此,請始終參考源材料。)

一種新的管道焊接事業

今天,管道焊接協作機器人操作員甚至不需要戴上焊接頭盔。相反,當地的煙氣收集裝置覆蓋焊縫,操作員可以通過煙氣收集器末端內置的過濾器查看焊縫。操作員還可以查看相鄰屏幕上的焊接動作,該屏幕顯示正在發生的焊接沉積 - 由相機拍攝的記錄,其過濾掉除了最關鍵的光波長以外的所有光,從而技術人員可以看到焊接金屬被沉積。還可以保存該視頻記錄以支持隨后的焊接檢查。

這將是一個中級或甚至入門級焊接位置,可以取代重復手工焊接的需要,管道焊工花費數小時試圖在水平管道焊接后保持水平,固定位置管道焊接的穩定編織。

協作機器人操作員可以花費部分時間來處理并最終學習如何手動進行管道焊接 - 不僅在水平固定位置,而且在垂直和傾斜位置。他們還可以花時間觀察協作機器人,觀察屏幕并詳細了解過程中各種變化的影響,例如電弧參數的伸出,包括弧形圓錐和弧形穿透的水平。

這個過程的清晰視圖有助于焊工學習。當他們作為手動管道焊接機進展時,他們會考慮在協作機器人焊接單元中的屏幕上的弧形視圖,并使用該視覺參考作為指導。隨著他們變得更加熟練,他們爬上了職業階梯,直到他們達到了古茹身份,每天他們都會遇到不合適或類似的管道焊接挑戰。

更多的經驗為管道焊工提供了更高的技能,使其更加可靠和高效。通過視覺系統向云提供數據,復雜的數據分析使協作機器人隨著時間的推移變得更具適應性,可靠性和高效性。人們學習,自動化學習,管道焊接達到新的生產力水平。

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