Принципы подбора оптической системы слежения для реализации различных производственных задач

На современном уровне научно-технического и социального прогресса основной формой сварочного производства становится комплексно автоматизированное и высокомеханизированное производство, не только массовое, но и серийное. Любые неавтоматизированные операции сварки следует рассматривать как частное, вынужденное решение, когда в конкретных условиях производства еще не возникли технические и экономические предпосылки для автоматизации. Частным случаем автоматизации является роботизация сварочных процессов и операций. Преимущество роботизации - гибкость (переналаживаемость) комплексов и линий, что тяжело достичь автоматизацией.

В отличии от автоматизированных линий для сварки, где корректирование траекторий выполняется с участием оператора в режиме реального времени, в роботизированных линиях (далее РТК) корректирование, при необходимости, должно выполняться в автоматическом режиме.

Большинство задач не требует использования следящих систем при роботизированной сварке. Такой подход возможен при обеспечении требуемой точности позиционирования деталей и сварных стыков. Это обеспечивается точностью заготовительного производства, использованием сборочно-сварочных кондукторов.

При невозможности организовать требуемую точность позиционирования сварных стыков, возникает необходимость в использовании систем слежения и систем поиска.

Принципы подбора систем слежения для роботизации сварочных процессов

Роботизированные системы Fanuc (Фанук) дают возможность использовать множество систем и алгоритмов слежения и поиска деталей. В сварочном производстве наиболее применимыми являются следующие системы:

А) Тактильная система поиска деталей TouchSensing

Б) Система отслеживания по силе тока TAST

В) Лазерно-оптически системы слежения на базе триангуляционных датчиков

Тактильная система поиска TouchSensing

Позволяет выполнять поиск и обнаружение кромок угловых и нахлесточных соединений касанием.

Опция Fanuc TouchSensing выполняет обнаружение как отдельных стыков, так и сборки в целом.

Специализированное сварочное оборудование для роботизированной сварки - Kemppi Kemparc Pulse,  Kemparc SYN или Kemppi A7 MIG, при интеграции в состав РТК Fanuc, посредством цифровых протоколов Ethernet/IP, дает возможность полноценно использовать функцию TouchSensing.

При активации данной функции, сварочный источник подает на проволоку или на сопло горелки (выбирается опционально) ток напряжением от 50 до 200 В. В этот момент манипулятор РТК выполняет перемещение сварочной горелки на небольших скоростях до момента соприкосновения проволоки или сопла горелки (опционально) с изделием. В момент соприкосновения сварочный источник отключает подачу тока и дает ответный сигнал контроллеру РТК об обнаружении. Контроллер РТК сохраняет координаты точки соприкосновения. Таким образом выполняется поиск кромок сварных стыков.

Отличительные особенности системы поиска Fanuc TouchSensing:

• Отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании
• Простота использования
• Низкая стоимость программного обеспечения
• Отсутствие дополнительных модулей на сварочной горелке не ограничивает досягаемость при сварке сложных деталей и узлов.

Ограничения при использовании данной функции:

• Не применима для обнаружения стыковых соединений
• Нет возможности выполнять корректирование во время сварки
• Дополнительные затраты времени на поиск и обнаружение

Система отслеживания по силе сварочного тока TAST

Система FANUC TAST (Through Arc Seam Tracking) - система слежения, которую относят к тактильным. Она позволяет выполнять отслеживание стыка и автоматическое корректирование траектории в режиме реального времени.

Применяется для угловых, тавровых и нахлесточных соединений, а также стыковых с разделкой кромок.

FANUC TAST работает при задействовании сварочных колебаний. В противоположных точках (крайних точках) сварочных колебаний контроллер РТК выполняет считывание показаний силы сварочного тока. Цифровой сварочный источник питания Kemppi Kemparc Pulse или Kemppi A7 MIG передает на контроллер РТК в режиме реального времени информацию о силе сварочного тока и напряжения.

При отклонении фактического положения стыка от заранее заданной траектории, разность показаний силы тока в противоположных точках колебаний будет увеличиваться. Система Fanuc TAST автоматически, в режиме реального времени, будет выполнять корректирование траектории до момента снижения к нулю разности показаний сил тока в противоположных точках колебаний.

Системы слежения TAST рекомендовано использовать в паре с системой поиска TouchSensing. Данный подход позволяет добиться высокой точности позиционирования манипулятора РТК, одновременно снизив затраты времени на поиск с использованием системы TouchSensing.

Отличительные особенности системы слежения  Fanuc TAST:

• Отсутствие необходимости в дополнительном оборудовании
• Простота использования
• Низкая стоимость программного обеспечения
• Отсутствие дополнительных модулей на сварочной горелке не ограничивает досягаемость при сварке сложных деталей и узлов.
• Корректирование траектории во время сварки.

Ограничения при использовании данной функции:

• Не применима для отслеживания стыковых соединений без разделки кромок
• Применима только при использовании сварочных колебаний
• Не применима при импульсной сварке

Лазерно-оптическая система слежения

Лазерно-оптическая система слежения (ЛОС) является наиболее универсальной, но одновременно и наиболее сложной среди перечисленных систем слежения.

Система ЛОС относится к бесконтактным системам слежения, так как отсутствует непосредственный контакт датчика и свариваемого изделия.

Система лазерно-оптического слежения позволяет выполнять обнаружение стыков и кромок свариваемых деталей перед сваркой, а также выполнять отслеживание траектории стыка в режиме реального времени с автоматической коррекцией траектории движения робота.

К отличительным особенностям следует отнести возможность отслеживания стыковых соединений с минимальным зазором, высокую точность позиционирования, возможность использования при импульсной сварке. Также ЛОС можно использовать для автоматического корректирования параметров и режимов сварки, а также параметров колебаний в зависимости от изменения величины зазоров сварных стыков.

Принцип работы системы лазерно-оптического слежения заключается в измерении точек преломления лазерных лучей на сварных соединениях. Результаты измерений, а также данные для коррекции передаются на контроллер РТК посредством цифровых каналов (для Fanuc – Ethernet/IP).

Данных, получаемых от системы ЛОС, достаточно для использования базового программного обеспечения FANUC для корректирования траектории, а также параметров и режимов сварки.

При необходимости реализации специфических задач интегратор может разработать собственный, индивидуальный алгоритм корректирования режимов и параметров, используя получаемые от ЛОС значения в качестве входных параметров.

Отличительные особенности системы лазерно-оптического слежения:

• Высокая точность
• Универсальность
• Возможность использования адаптивной сварки (изменение параметров в зависимости от зазора стыка.
• Отсутствие физического контакта датчика с изделием, следовательно - низкая восприимчивость к загрязнениям стыка
• Корректирование траектории во время сварки.
• Применима практически для всех видов сварки

Ограничения при использовании системы ЛОС:

• Наличие датчика на сварочной горелке ограничивает доступ к труднодоступным сварным соединениям в сложных конструкциях
• Стоимость ЛОС выше в сравнении с тактильными системами слежения
• Выше требования к квалификации персонала конечного пользователя.

Если вы планируете интегрировать в свое производство роботизированный сварочный комплекс с системой лазерно-оптического слежения – специалисты ООО «Саммит» (интегратор РТК Fanuc), имея опыт работы с ЛОС, с удовольствием проконсультируют, спроектируют, поставят и запустят роботизированный комплекс с использованием систем слежения на вашу производственную площадку. Мы поможем вам решить производственные задачи любой сложности и готовы вместе с вами работать над усовершенствованием технологического процесса на вашей фабрикации.