Autonome Schweißlösungen:Expertenvergleiche und Einblicke

GarLine &SharpTrack – modernste Nahtverfolgungslösungen für das „autonome Schweißen“

Die Fertigung wird immer automatisierter und erfordert zunehmend benutzerfreundliche Lösungen. Im Schweißsektor besteht aufgrund des Mangels an qualifiziertem Schweißpersonal eine hohe Nachfrage nach automatisierten und robotergestützten Schweißlösungen, die gleichzeitig für Hersteller und Verarbeiter immer kostengünstiger werden.  Viele bestehende Schweißlösungen können als „halbautomatisiert“ betrachtet werden. Solche Lösungen erfordern jedoch eine ständige Interaktion des Bedieners, erfordern einen langen Zeitraum für die Schweißeinrichtung und erfordern einen gut ausgebildeten Bediener. Vollständig automatisiertes Roboterschweißen kann als „Automatisches Schweißen“ bezeichnet werden.  Wenn jedoch nur sehr wenig Bedienerinteraktion erforderlich ist und die Einrichtungsaufgaben stark vereinfacht werden, kann diese Lösung als „autonom“ bezeichnet werden.  Es ist jedoch schwierig, Autonomie mit minimaler Bedieneraktivität zu erreichen.  Eine Roboterschweißlösung erfordert eine Verbesserung des Prozesses, um wirklich autonom oder fahrerlos zu werden, wie z. B. Laser-Nahtverfolgungs-/Suchsensoren mit ausreichend integrierter Intelligenz, um zu jedem Zeitpunkt optimale Schweißstrategien auszuführen.

Technologien für automatisiertes oder halbautomatisches Schweißen verfügbar

In einem am 31. März 2022 auf der Website Motoman.com veröffentlichten Artikel stellte Joshua Leath einen Leitfaden zu den verschiedenen Optionen für automatisiertes Schweißen bereit.  Er identifizierte fünf allgemeine Kategorien:Berührungserkennung, Drahterkennung, Lichtbogenerkennung, Laserpunkterkennung und Laserprofilerkennung.  Außerdem teilte er die automatisierten Aufgaben zwischen Nahtfindung und Nahtverfolgung auf:

Nahtsuche vs. Nahtverfolgung

„Was ist der Unterschied zwischen Nahtsuche und Nahtverfolgung?“ und „Woher weiß ich, wann ich Nahtsuche oder Nahtverfolgung verwenden soll?“ Dies sind häufige Fragen, die unseren Roboterschweißexperten häufig gestellt werden. Vor diesem Hintergrund sind bei der Entscheidung, wie mit dem Roboterschweißprozess fortgefahren werden soll, folgende Dinge zu berücksichtigen:

Nahtfindung

Damit ein Roboter eine Schweißnaht vor Beginn des Schweißens genau lokalisieren kann, empfiehlt sich die Hochgeschwindigkeits-Nahtsuche bzw. Verbindungssuche. Werkstücke werden zwangsläufig eine gewisse Variationsbreite aufweisen, aber Ihr Ziel ist es, diese Variationen durch spezifizierte Teile und Vorrichtungen zu minimieren und innerhalb der halben Breite eines Schweißdrahts in Ihrer Verbindungsnaht zu liegen. Dieser Vorgang kann auf verschiedene Weise und über verschiedene Technologien erfolgen, sodass der Roboter die Schweißnaht finden kann. Sobald die Naht erkannt wird, indem normalerweise zwei oder mehr bekannte Punkte auf dem Teil gefunden werden, wird der Programmpfad vom Roboter verschoben, um die Schweißung abzuschließen. Die Art der erforderlichen Nahtfindung wird von zwei Hauptfaktoren bestimmt:der erwarteten Zykluszeit und der Art der Verbindung. Die Nahtfindung ist eine der beliebtesten Schweißfunktionen und wird häufig durch die folgenden Kontakt- und berührungslosen Optionen erreicht:

Berührungserkennung  – Ideal zum Ermitteln der Ausrichtung von Teilen mit einfachen Verbindungen und Geometrien. Diese Methode, auch „Wire Touch“ genannt, beinhaltet die physische Berührung eines Schweißdrahtes am Ende des Brenners, um die leitende Oberfläche des zu schweißenden Teils zu erkennen. Die langsame Geschwindigkeit des Roboters und die eventuelle Berührung schließen einen Stromkreis mit einer geringen Spannung, die durch den Draht geleitet wird. Dies kann in manchen Fällen auch mit der Düse des Brenners erfolgen. Systeme wie das Touch Sense-Paket von Yaskawa werden durch integrierte Funktionen einer für die Automatisierung konzipierten Schweißstromversorgung vervollständigt und nutzen während einer Suche bei niedriger Geschwindigkeit einen Niederspannungskreis, um die beste Position für die Schweißverbindung zu ermitteln.

Drahterkennung  – Ähnlich wie bei der Tasterkennung, bei der ein Draht vom Brenner taktilen Kontakt mit dem Teil herstellt, verwendet diese Option einen Servomotor im Brenner, um den Draht schnell auf und ab zu bewegen, während der Roboter sich über das Teil bewegt. Dies ermöglicht eine einfache Lokalisierung von Überlappungsverbindungen und es können Elemente wie Materialhöhe und Lücken gemessen werden.

Laserpunkterkennung  – Zwei- bis fünfmal schneller als die Berührungserkennung erfasst der Einsatz eines einfachen Laserpunktsensors (der am Schweißbrenner montiert wird) die Position und Ausrichtung eines Teils fast so schnell wie der Laser feuert und ermöglicht so eine schnelle und genaue Nahtfindung.

Fanuc integriert mit Garmo GarLine R-Sensor

Lasernahtsuche (Suche)  – Die Verwendung einer Profillaserschnittstelle (Softwareoption), wie z. B. MotoEye™ SF von Yaskawa, ist in der Lage, in einem einzigen Scan mehr Merkmale zu erfassen als ein Laserpunktsensor und ermöglicht eine extrem schnelle Verbindungsmessung. Die FANUC America Corporation bietet eine ähnliche Funktion namens R901 SW-Option an. Diese Lösung funktioniert gut mit einem Sensorgerät, das eine 3D-Multilaser-Bereichsabbildungsoptik verwendet, um dem Roboter vor Beginn des Schweißens die erforderlichen Messungen/Verbindungsspaltdaten bereitzustellen.

Vorteile:

• Funktioniert auf verschiedenen Materialien bei allen Lichtverhältnissen
• Einfaches Lernen mit Makrojobs
• Stellt Daten zu Verbindungslücken bereit
• Lange Brennweite; Vom Lichtbogen weg montieren
• Lokalisiert 2,5D; Offset und Tiefe
• Kompakt und in sich geschlossen
• I/O-Schnittstelle kann bei älteren Steuerungen nachgerüstet werden

Nachteile:

• Mittlere bis hohe Komplexität; Schulung zum Bildverarbeitungssystem empfohlen
• Kann den Zugriff auf Teile/Werkzeuge einschränken
• Bei einem Sichtfeld von 40 oder 50 mm sind möglicherweise mehrere Suchvorgänge für große Versätze erforderlich

Nahtverfolgung

Diese Option vereinfacht oft die Programmierung und nutzt innovative Technologie, um den Roboter in die Lage zu versetzen, die Schweißposition während des Schweißprozesses in Echtzeit zu verfolgen. Die Nahtverfolgung ist bei Anwendungen beliebt, bei denen es beim Schweißen eines Teils zu Verformungen kommen kann, oder bei schweren Gussteilen und wird üblicherweise mit den folgenden Methoden durchgeführt:

Nahtverfolgung durch den Lichtbogen  – Am besten geeignet für Teile mit langen oder gekrümmten Nähten, die von Teil zu Teil unterschiedlich sind. Ein Nahtverfolger durch den Lichtbogen, wie der ComArc LV (Niederspannung) von Yaskawa, nutzt einen Halbleitersensor, der in der Nähe der Schweißstromversorgung angebracht ist, um die Lichtbogeneigenschaften während der Schweißsequenz aktiv zu messen. Dadurch werden Abweichungen zwischen der eingelernten Bahn eines Roboters und der tatsächlichen Nahtbahn ermittelt.

Laser-Nahtverfolgung  – Diese Methode wird für Materialien mit unterschiedlichen Nähten empfohlen, die eine möglichst schnelle Zykluszeit erfordern. Sie kombiniert einen Hochleistungslaser mit einer Hochgeschwindigkeitssteuerung, um die Naht und die Position des Teils in Echtzeit zu finden, während das Teil geschweißt wird. Dies ist die ideale Lösung für die Produktion von Teilen mit hohem Mix und geringen Stückzahlen, wie sie in einer Lohnfertigungsumgebung zu finden sind. Der Ansatz erfordert außerdem weniger Vorrichtungen als halbautomatische oder automatisierte Schweißansätze. Ein spezielles Programm kompensiert den Pfad, auch wenn das Teil bewegt wird, und passt sich den Schweißparametern für Nahtposition und -variation an.

Vorteile:

• Spannt dünne Überlappungsverbindungen zuverlässig nach
• Unterstützt hohe Reisegeschwindigkeiten (>100 IPM)
• Webbewegung mit Tracking möglich
• Die Verfolgung wird durch die Schweißeinstellungen nicht beeinflusst
• Unterstützt koordinierte Bewegungen
• Ethernet-Schnittstelle verfügbar
• Kamera gehärtet gegen Schweißlichtbogen
• Adaptive Schweißfunktion; Geschwindigkeit und Schweißeinstellungen

Nachteile:

• Hohe Komplexität und manchmal (nicht immer) hohe Kosten
• Schulung zum Bildverarbeitungssystem erforderlich
• Der am Brenner montierte Sensor schränkt den gemeinsamen Zugang zu engen Räumen ein
• Tracking-Radien sind auf 40–60 mm begrenzt
• L

• imitiert auf zwei Roboter auf einem System

Vorteile der Verwendung von GarLine-Laserprofilsensoren zur Nahtverfolgung und Nahtfindung

Aus der detaillierten Analyse von Herrn Leath können wir ersehen, dass es mehrere Möglichkeiten gibt, Schweißautomatisierung bereitzustellen.  Allerdings mangelt es vielen Techniken an echter Autonomie, d. h. unbeaufsichtigtem Betrieb, adaptiver Steuerung und hoher Benutzerfreundlichkeit.  Die letzte Lösung, die Herr Leath anbot, war die Laserprofil-Nahtverfolgung/-findung.  Es bietet den höchsten Grad an Autonomie, da es vorausschauend auf die Naht schaut, um den Roboterpfad für die Schweißnaht zu definieren, und über einen integrierten Prozessor (mit GarLine) über eine schnelle Signalverarbeitung verfügt und spontane Anpassungen der erforderlichen Schweißnaht basierend auf der gemessenen Breite oder Tiefe vornehmen kann.

Garmo Instruments aus Zaragoza, Spanien, hat eine Reihe von Schweißnahtsensoren zur Laserprofilierung, #GarLine, entwickelt, die sich durch Robustheit, Flexibilität und Anpassungsfähigkeit für viele verschiedene Schweißanwendungen und eine Vielzahl von Materialien eignen.

Hier finden Sie eine Zusammenfassung der Vorteile der Schweißautonomie für den Hersteller:

Verbesserte Arbeitsbedingungen

Mit GarLine-Sensoren arbeiten Arbeiter in einer sichereren Umgebung und vermeiden herkömmliche gesundheitliche und ergonomische Risiken beim Schweißen, da nicht mehr in der Nähe der Schweißnaht gearbeitet werden muss.

Schnelle Umrüstung für Kleinserienproduktion

Die GarLine-Sensoren verfügen über eine sehr benutzerfreundliche menügesteuerte Einrichtung entweder auf einem PC oder integriert in das Roboter- oder Cobot-Lehrgerät für eine Vielzahl von Marken und Modellen, darunter Fanuc, ABB Robotics, #Universal Robotics (UR) und andere.  Dies vereinfacht die Bedienerschulung und ermöglicht schnelle Programmänderungen aufgrund von Änderungen in der Teileproduktion.  GarLine ist die ideale Lösung für Lohnfertigungsbetriebe mit hohem Mix und geringem Volumen und bietet dank seiner großen Auswahl an Menüoptionen und der inhärenten Schweißnahtanpassung auch Vorteile für eine Vielzahl von Teilegrößen und -formen.

Verbesserte Produktqualität

Die optische Präzision und die automatischen Korrekturen von GarLine werden mit sehr hoher Geschwindigkeit an den Roboter übermittelt. Daher kommt die GarLine-Schweißlösung dem Hersteller zugute, indem sie eine bessere Schweißqualität, schnellere Schweißnähte, einen geringeren Prozentsatz an unnötigem Abfall und damit eine höhere Rate an fertigen Produkten in kürzerer Zeit erzielt und so Nachbearbeitungs- und Produktionsverluste vermeidet.

Gesteigerte Produktivität

Die Einfachheit des „Weniger ist mehr“-Konzepts ist das Ziel jedes Unternehmens, auch der Hersteller im Schweißsektor. Der geringere Zeitaufwand für die Produktion, einschließlich der Maschineneinrichtung und Teilebefestigung, bei gleichzeitiger Erzielung qualitativ hochwertiger Ergebnisse verbessert die Gesamtproduktivität (OEE).

Einrichtung und Betrieb von GarLine C für UR Cobot

Funktionen der GarLine-Sensoren

Robuster Sensor

GarLine übertrifft die Isolationsklasse IP67 und arbeitet erfolgreich in einem Arbeitsbereich von -20 ºC / 70 ºC. Sein Design umfasst Materialien für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt, die eine optimale EMI-Isolierung gewährleisten, auch bei WIG-Schweißprozessen.

Intelligente Elektronik

Seine Elektronik besteht aus 4 parallelen Prozessoren mit 4 GB RAM, die Bilder mit 42 Bildern pro Sekunde in voller Auflösung verarbeiten. Darüber hinaus verfügen GarLine-Sensoren über innovative Algorithmen zur dynamischen Anpassung von Sensor- und Laserparametern zur Korrektur von Reflexionsproblemen bei Anwendungen mit unterschiedlichen Materialoberflächenbedingungen. Die Laserbandbreite liegt weit außerhalb der Lichtbandbreiten, die durch Schweißlichtbögen erzeugt werden.

Einfache Wartung

GarLine verfügt über einen Einweg-Schutzschild aus Polycarbonat und ein internes Gorilla-Glasfenster. Der Sensor ist luftgekühlt, was für zusätzlichen Schutz auch als Luftschleier über der Sensorfläche dient. Für sehr heiße Umgebungen gibt es eine Wasserkühlungsoption.  Der Wasserkühler ist mit ARC-Swiss-Befestigung in die Montageplatte integriert.  Diese Lösung ermöglicht bei Bedarf einen schnellen und einfachen Sensoraustausch.

Für alle Arten des autonomen Schweißens (Cobots, Industrieroboter und SPS-gesteuerte Maschinen) sind GarLine-Nahtsuchsensoren eine Plug &Play-Lösung, da ihre Schnittstelle direkt auf dem Handgerät eines Roboterschweißsystems angezeigt wird, ohne dass zusätzliche Computer oder andere zusätzliche und spezielle Software, Kabel oder zusätzliche Geräte erforderlich sind.

Neben Nahtverfolgungs- und Nahtfindungsfunktionen verfügen GarLine-Sensoren auch über weitere sehr nützliche Funktionen, die beim autonomen Schweißen sehr gefragt sind.

GarLine Nahtverfolgung und Lasersensor-Suchfunktionen

Nahtsuche :Vorausschauende Berechnung der Korrekturen in Echtzeit, um den Brenner in Richtung der Naht zu bewegen. Der Sensor findet vor dem Schweißen die richtigen Teach-Punkte der Schweißverbindung und gleicht so die Teileabweichung aus.

Standortfunktion :GarLine scannt 4 Punkte des Werkstücks, erfasst seine Form und platziert es auf der Ebene. Dieser Scan- und Ortungsvorgang erfolgt zehnmal schneller als mit der reinen Touch Sense-Funktion. GarLine misst Rotation und Translation in jeweils 3 Achsen und berechnet insgesamt 6 Nahtpositionen.

Multipass :Einfache Programmierfunktion für mehrschichtige Schweißnähte.

Enderkennungsverfolgung :Der Sensor erkennt das Ende der Naht und stoppt den Schweißvorgang.

Pre-Tag-Avoid-Konfiguration :Der Sensor kann so konfiguriert werden, dass er gerade schweißt und vorprogrammierte Lücken entlang der Verbindung überspringt

Weben und adaptives Weben :Dank der „Vorausschau“-Vision des Garline-Sensors passt sich die Flugbahn des Brenners an die Nahtbreite an und gewährleistet so das Ausfüllen von Lücken im Zickzack.

Säulen- und Trägerlösungen

Da Garmo Instruments die Bedürfnisse des Schweißmarktes kennt, hat er mit seiner SharpTrack-Lösung auch ein einfaches All-in-One-Schweißset entwickelt, das die ultimative maßgeschneiderte und praktische Lösung für autonome Schweißanwendungen bietet.

Mühelose Schweißautomatisierung mit SharpTrack-System und GarLine-Sensoren

In Zusammenarbeit mit QUIRÓS INGENIERÍA Y AUTOMATIZACIÓN S.L. hat Garmo Instruments ein Plug &Play-Kit entwickelt, das Benutzern Folgendes gewährleistet:

• Zugriff auf die vielfältigen und flexiblen SPS-Programmieroptionen
• Passen Sie SHARPtrack an die Anwendungsanforderungen an (Auswahl des Schlittenmodells, SPS-Marke  (SPS von Siemens, Rockwell und Panasonic sind derzeit verfügbar), Treiber, Kabellänge und maßgeschneiderte Gehäuseschrankfunktionen entsprechend der Anwendung);
• Zugriff auf alle Schweißfunktionen (Schweißnahtverfolgung, Echtzeitüberwachung, manuelle Schlittenbewegung, Live-Offset-Steuerung sowie Konfiguration der Schweißgeschwindigkeit und quellenbezogener Parameter).

Die Look-Ahead-Funktion von GarLine gewährleistet eine genaue Nahtverfolgung in Echtzeit und Mikrokorrekturen der Schweißbrennerbahn. Der GarLine-Sensor führt Flugbahnkorrekturen mit einer Geschwindigkeit durch, die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Diese Präzision sorgt nicht nur für einwandfreie Schweißnähte, sondern sorgt auch für einen makellos wahrgenommenen Wert des Endprodukts.

SHARPtrack beinhaltet bereits eine vordefinierte und personalisierbare Programmierung und macht die Schweißautomatisierung zu einem Plug&Play. Einfache Installation und keine umfangreiche Programmierung erforderlich.

Denken Sie darüber nach, Ihre Schweißanwendung zu aktualisieren?

Kontaktieren Sie das Team von Garmo Instruments für weitere Informationen zu GarLine-Sensoren und dem SharpTrack-System.

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