Autódaru gém robotos hegesztése - Nagyobb teherbírásra
A nagyméretű acél-, ill. gépszerkezetek hegesztésének robotosítása több szempontból is nehéz feladatnak számít. A darabok méretéből eredően a tűrések és az illesztési pontosságok még egy rendkívül fegyelmezett gyártási kultúrában is meghaladják a robotosításhoz általánosan elvárt szintet.
A méretek és a tömegek nagysága miatt a munkadarabok pozicionálási lehetősége sem felel meg a robotosításnál elvártnak. A gyártáshoz használt speciális alapanyagok által megkívánt különleges hegesztési technológia tovább bonyolítja a feladatot.
Mindezen nehézségek ellenére a PYLON-94 Kft-nél gyártott autódaru gémek merevítő lamelláinak robotos hegesztését a PYLON-94 Kft. szakembereivel történt többszöri konzultáció és egyeztetés alapján megoldhatónak ítéltük és 2008 nyarán elindítottuk a projektet, amelyről az alábbiakban egy rövid összefoglaló beszámolót készítettünk.
A TEREX DEMAG autódaru darugémeinek gyártásához használt nagyszilárdságú finomszemcsés acél (S1100 QL) lehetővé teszi, hogy a lemezvastagság csökkenése mellett nagyobb teherbírású darugémeket lehessen költséghatékonyan gyártani. Az erősítő elemek (lamellák) 100-300 mm széles, szintén S1100 QL minőségű lemezből vágott csíkok. A lamellákon nagyszámú ovális lyukat kell kivágni a gémcsőre való felhegesztéshez. A vágás lézervágóval történik, a megfelelő minőség és a vágási deformáció csökkentése érdekében. A lamellákat lehetőleg hézag nélkül kell a gémcsőre illeszteni és fűzéssel rögzíteni, amihez szigorú technológiai előírások betartása szükséges. A hegesztés előtt a csöveket kb. 80 °C-ra elő kell melegíteni, a hegesztés során korlátozni kell a hőbevitelt, valamint gondoskodni kell a hirtelen lehűlés elkerüléséről.
A főbb szerkezeti elemek összeállítása hegesztőkészülékben történik. A szükséges nyílások helyének bejelölése, majd kivágása után fűzővarrattal rögzítik a merevítő lamellákat. Ezután daru segítségével beemelik a merevítőelemekkel előfeszített gémet a robotcellába, ahol megtörténik a lamella és a kivágások körbehegesztése.
Lamellák hegesztése robottal
Merevítőlamellák hegesztése robottal
A robotrendszer kialakítását megelőzően több alkalommal is a helyszínen tanulmányoztuk a gémgyártás folyamatát, hogy megismerjük a robottal hegeszteni kívánt részfolyamatot, illetve a vonatkozó előírásokat, s a robotrendszerrel szemben támasztott különleges követelményeket.
Különleges igény volt például az is, hogy a hegesztőrobot alkalmas legyen kétféle minőségű, de azonos huzalátmérőjű hegesztőhuzalnak a használatára, s a váltás automatikusan megtörténjen anélkül, hogy automata szerszámcserélő rendszert kelljen használni. Ezt az SKS Dual huzalváltó rendszerű hegesztőpisztolyával sikerült megvalósítanunk, melynek segítségével programozott módon történik a huzalváltás. A technikai megoldás előnye, hogy egy drága, automata hegesztőfej-cserélő rendszer helyett egy kedvezőbb árú eszközzel hatékonyabban és rövidebb ciklusidővel lehet dolgozni.
Dual huzalváltó rendszerű hegesztőpisztoly
A robotrendszerrel szemben támasztott követelmények
A PYLON-94 Kft. szakembereivel közösen végül az alábbi pontokban foglaltuk össze mindazokat a követelményeket, amiket a robotrendszernek teljesítenie kell:
2 különböző típusú gémszekrény gyártása, típusonként 6-6 különböző méretű csővel
a nagyméretű szerkezetek ± 3 mm-es tűréséből, valamint a pozicionálásból adódó pontatlanságok korrigálása szenzorokkal
a lamellák kivágásainak megkeresése érintéses elven működő szenzorral
gázhűtéses hegesztőfej használata
2 típusú, de azonos átmérőjű huzal használata automata fejcserélő rendszer használata nélkül
a robot utaztatása egy 13 m hosszú szervovezérlésű utazópályán
automata pisztolytisztító berendezés, valamint egy szerszámközéppont ellenőrző és korrigáló rendszer használata
digitális vezérlésű áramforrás használata
a hegesztési paraméterek felügyelete, dokumentálhatósága, archiválása
a digitális vezérlés hálózati csatlakoztatása a vállalat számítógépes hálózati rendszerébe
A robotrendszer főbb egységei:
MOTOMAN HP20-6 robot
MOTOMAN TSL-1000SN utazópálya
MOTOMAN Comarc varrat kereső és ívszenzor
MOTOMAN MotoTac automatikus szerszámközéppont-kalibráló egység
SKS Dual (Y-fejes) huzalváltó rendszer
SKS LSQ-5 hegesztő áramforrás
SKS Q8pw digitális vezérlőegység
Robotrendszer kialakítása
A robotrendszer telepítése és beüzemelése után következett a programozás, amit a PYLON-94 Kft. szakembereivel közösen végeztünk el. A lamellák kivágásai lézerrel készültek ugyan, de a lamellák pozicionálásából és a két fél toldásából adódó pontatlanságok miatt érzékelők alkalmazása nélkül nem volt lehetséges a robothegesztés. Ezt a helyzetet tovább nehezítette az alkatrészek ± 3 mm-es tűréséből adódó szórás, valamint az, hogy a kb. 3 tonnás alkatrészt a hegesztőrobot előtt csak több mm-es pontossággal lehet elhelyezni. Ennek a problémának a megoldására egy saját fejlesztésű programozási módszert dolgoztunk ki.
A programozás során elkészítettük a több szakaszra osztott lamella referencia-hegesztőprogramjait, melyek mind úgynevezett relatív programok, azaz az adott szakaszra felvett saját, felhasználói koordináta-rendszerek pillanatnyi helyzetétől függenek. A felhasználói koordináta-rendszereket 3 pont segítségével lehet a robotvezérlésben definiálni. Ezeket a pontokat a robot keresőprogramjának a segítségével megkerestük, s létrehoztuk az adott szakasz koordináta-rendszerét. Ha ezeket a koordináta-rendszereket egy új cső hegesztése előtt újra létrehozzuk, a hozzá tartozó hegesztőprogramok térbeli lefutása az új cső térbeli helyzetéhez alkalmazkodik, s pontosan követi a kívánt pályát.
A kivágások meghegesztése után a rendszer automatikusan átvált a másik típusú huzalra, a robot megkeresi a lamella szélén a varrat kezdőpontját, majd a robotot az ívszenzor segítségével folyamatosan a kívánt pályán tartva körbehegeszti a lamellát.
Az alkalmazott technikai megoldásokból származó előnyök A hegesztés robotosítása során az általunk használt programozási módszer valamint az SKS Dual (Y-fejes) huzalváltó rendszer alkalmazása a következő előnyöket biztosítja a gyártásban:
a 6-6 darab cső referenciaprogramjának elkészítése után nincs szükség minden cső újraprogramozására, illetve korrigálására, mivel azt a rendszer automatikusan elvégzi
nincs szükség bonyolult és drága érintés nélküli szenzorokra vagy kamerára a kivágások és a cső megtalálásához
nincs szükség a nagyméretű csövek pontos pozicionálásra, mert a robot tág határokon belül meg tudja keresni a csövet, illetve a lamellát
az alkalmazott egyszerű technikai megoldások nem növelték a robotrendszer árát
A robotosított hegesztés előnyeinek összefoglalása A PYLON-94 Kft-nél megvalósított robothegesztési projekt során a merevítőlamellák robotos hegesztésének nagyon sok előnyét megtapasztaltuk. Ezeket a következőkben foglaljuk össze:
A lamella hegesztéseinek minősége a kézi hegesztéshez képest sokkal jobb, s nincs szükség utólagos javításra.
A hegesztési paraméterek dokumentálhatók, s később bármikor visszakereshetők.
Nincs szükség drága fejcserélős rendszerre a huzalcseréhez.
A gyártási tűrésekből és a pozicionálásból adódó pontatlanságok a keresőszenzorral egyszerűen – tág határok között – korrigálhatók.
Egyszerűen programozható a rendszer, s rugalmasan további csőméretekhez is könnyen betanítható.
Mindezek alapján a beruházás egyértelműen sikeresnek tekinthető, és beváltotta a hozzá fűzött reményeket. A MOTOMAN ívhegesztő robotrendszerben alkalmazott technikai megoldások sikeresen teszik lehetővé a darugémek merevítőlamelláinak hegesztését.
Ezúton szeretnénk köszönetet mondani a PYLON-94 Kft. szakembereinek, - Wolf Károly termelésvezető hegesztőmérnök úrnak és Udvari Tamás gyártástechnológus úrnak - akik szakmai támogatásukkal nagymértékben hozzájárultak a projekt sikerességéhez, valamint e cikk elkészítéséhez.
Barabás Péter, dr. Farkas Attila, Nagy Ferenc
www.rehm.hu
