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协作机器人如何改变管道焊接车间
日期:2019-09-19浏览量:1139来源:

如今找不到经验丰富的管道焊机。行业需要更多,但不知道在哪里找到它们,因此尽可能转向自动化。这包括管道线轴焊接和类似的设置,其中管道被固定和旋转。

从业务和实际角度来看,自动化的工作原理总是取决于一系列变量,其中两个变量是管道如何呈现给自动化以及自动化对于意外变化的适应性。管道焊接准备越好,越一致,意外就越少,操作就越容易自动化。

管道焊接自动化以及任何类型的自动化的一个挑战是,一旦循环开始,操作员通常无法解决根部开口,斜角或圆度的意外变化。然而,一类新的机器人改变了这个等式:协作机器人或合作机器人。

没有什么能阻止传统机器人从A点移动到B点,因此需要保护。站在路上会导致严重的伤害甚至死亡。

但协作机器人不是这样,撞到一个物体,协作机器人将不会继续前进。它会停止。这允许操作者和其他人在操作期间站在机器人附近。在这种意义上,操作员可以在项目上“协作”,实时调整机器人的运动。

这对于基本组装和机器管理有各种各样的影响,这些领域的协作机器人已经受到了媒体的广泛关注。但它对制造业中更复杂的任务也有一些重要意义,包括管道焊接。

管道焊接与协作机器人

要明确的是,协作机器人不会扭曲自己焊接管道的位置,至少不会很快。相反,它们将在需要较少极端运动范围的区域中茁壮成长,包括在工件固定在旋转卡盘上的车间管道焊接。

设计用于管道焊接的协作机器人与用于机器管理和装配的其他协作机器人看起来非常不同。它们通常由一个带有焊枪的单臂组成。机器人上下移动(Y),前后移动(X)以跟踪工件。在操作过程中,它执行编织运动,类似于在其他机器人管道焊接设置上看到的编织运动。

当你看到管道焊接协作机器人在行动时,你会看到机器人焊接和附近观察的操作员,可能使用悬挂式控制器在必要时进行轻微(尽管很少)的调整。在整个操作过程中,协作机器人并没有停止。它从根部到帽道进行连续焊接。

在手工焊接情况下,大多数管道都会出现在带有三个或四个桥接钉的焊工处。为了用某些协作机器人准备焊接接头以进行管道焊接,技术人员需要生产协作机器人可以焊接的羽毛状的大头钉。因此,它们不是焊接传统的桥接钉,而是放置三个或四个1英寸的针脚(取决于管道的尺寸),然后研磨它们以在针脚和接头侧壁之间形成平滑过渡。

当焊接时,协作机器人操作员按下控制器中的一个选项,即在运行中改变多个焊接参数,允许协作机器人焊接并实现与这些焊接完全融合。在越过大头钉之后,操作员按下相同的按钮以使系统返回到正常的根部焊接过程。

从手动焊接到机器人管道焊接的过渡通常不需要对操作本身进行太多改变,特别是如果焊工已经使用一致的焊接准备工作。他们可能需要修改他们的定位实践,但这就是它。

而且因为协作机器人不需要外围防护,所以它们不需要比手动操作更多的空间。管道焊接协作机器人工作单元可以小到4乘4英尺。因此,在大多数情况下,集成这种协作自动化不需要对车间布局或整体零件流程进行重大更改。

焊接工艺因素


目前,协作机器人可以与各种工艺集成,包括气体保护金属电弧焊(GMAW)和气体钨极电弧焊(GTAW)。虽然技术上可以将协作机器人用于不同焊道的焊接工艺 - 比如说,GTAW根部带有脉冲GMAW盖和填充 - 它不是常见的应用。如果工作要求GTAW进行根通过,通常公司会选择手动GTAW,然后将管道移动到协作机器人,后者执行上限并填写GMAW。

当然,对于所有管道焊接道次,坚持使用一种类似工艺的脉冲GMAW或金属芯焊丝工艺来实现高沉积速率是理想的。在许多情况下,由于协作机器人提供了如此高的效率,与可获得的效率相比,更换和重新认证管道焊接工艺要求的价格很低。

经营焊接合作

尽管它们的历史很短,但协作机器人管道焊接应用仍在不断发展 - 并且很快。其中很大一部分与过程的本质有关,包括操作员如何与系统交互。

在早期安装中,操作员装载预制管并选择一些基本参数,包括管道直径,进度和接头几何形状。加载焊接程序后,操作员在吊坠上点击“开始”。在根部通过期间,他们仔细观察了操作,确保枪和线延伸在正确的位置。当他们看到焊枪接近缝合或焊接准备不一致的变化时,他们按下控制器上的某些按钮。

操作员无需即时手动调整每个焊接参数,但他们确实需要启动协作机器人的参数更改过程。完成根部后,协作机器人移动以填充通过参数,并且在基于激光的关节跟踪的帮助下整个过程变得更加稳定。但在关键的根部传递期间,基于激光的关节跟踪不如所需的那样有效,操作员必须保持警惕。

目前的装置仍然使用基于激光的跟踪,其包括用于跟踪新关节的三线激光和用于实时高度调节的另一点激光。并且激光跟踪在跟踪关节的不同几何特征方面仍然非常有效,例如V形槽的顶部边缘。

也就是说,跟踪V更深入可能是一个挑战,通常是因为弧光的反射甚至是斜角几何变化引起的光照条件的变化。所有这些都导致在V形槽接头几何形状内的基于激光的接头跟踪的传统方法的显着干扰问题。

焊接协作机器人的愿景

近地平线上的某些管道焊接协作机器人装置将支持基于摄像头的系统增强视觉。这些允许协作机器人在根部通过期间进行自动调整以焊接大头钉。使用人工智能(AI)和机器学习等框架,管道焊接视觉系统将执行根缝跟踪,查看根部并克服根缝跟踪挑战。跟踪测量斜面(顶部)的脚趾之间的距离,并且可以检测在定位操作中应用的针脚。它还可以检测斜角几何,根开口和类似不一致的变化。如果这些变化在一定的公差范围内,视觉系统将使焊接过程即时更改。

在过去,协作机器人的操作员通常必须在根部通过时非常警惕,观察焊接并在运行中进行调整。当他们观察到电弧特性的变化时 - 由于缝合焊接或根部开口或斜面几何形状的变化 - 他们必须相应地进行调整,就像手动管道焊接机需要做的那样。

例如,就像手动管道焊机执行根部焊接一样,协作机器人操作员观察焊缝并寻找穿透的迹象。如果他看到一个迫在眉睫的问题,他就会在教导器上触发一个根部保存功能,并且协作机器人将改变大约六个焊接参数以防止发生漏气。一旦吹扫危险已经过去,操作员就会解除控制中的根部保存功能并继续焊接。

然而,用于管道焊接协作机器人的新视觉系统可能不需要这样的操作员警惕。在关键的根通过期间,操作员将不再需要如此密切地监视协作机器人。例如,视觉系统将能够在根部开口改变时调整焊接参数。

视觉系统可能对协作机器人管焊接应用产生多种影响。首先,他们将提供的数据,如果收集和分析,可以使协作机器人管道焊接更加智能和适应性。每个焊接记录将包括电压,电流,热输入和使用的其他焊接参数。协作机器人管道焊接应用程序共享数据越多,算法就越好,协作机器人视觉系统的智能化程度也就越高。

这是机器学习将发挥越来越重要作用的地方。从某种意义上说,协作机器人系统将像人类管道焊工一样学习 - 通过观察大量焊缝,分析电弧特性的变化,并学习如何适应更多的情况。但与焊机不同,协作机器人不仅可以从其前面的每个焊接应用中学习,还可以从其他协作机器人焊接应用共享的信息中学习。所有这些都可能导致劳动力需求减少,协作机器人完成焊接,从根部到帽子通过,无需任何监督。一个人可以操作和监控多个协作机器人焊接系统,甚至可能作为附近的协作机器人焊接进行焊接准备。

一种新的自动化方法

可以训练新手操作员操作协作机器人,同时学习管道焊接的基本原理。技术人员可以查看屏幕,以查看和监控协作机器人在焊接通过后从根部到帽盖的焊接通道的确切方式。他们可以看到协作机器人在根部调整的方式,注意要注意的常见关节几何变化,观察适用于不同焊接道次的编织运动等等。

如果认为有必要,操作员仍然可以进行过程中的调整。例如,他们可能会在填充过程中进行一次非常轻微的高低调整。或者他们可能会选择改变编织幅度或频率。视觉系统和激光跟踪应该即时进行这些调整,但如果操作员观察到问题,他可以立即纠正。

例如,如果协作机器人接受松散的焊接准备,那么手动干预的能力可能是至关重要的。例如,对于许多应用,焊接接头的斜角应为37.5度。如果斜角准备是35度,则协作机器人仍然可以在设定参数内工作。如果斜角超出公差窗口,则协作机器人仍然可以工作,但很可能需要操作员干预。

传统上,自动化要求上游过程具有一定程度的可重复性。如果制造商无法实现这种可重复性,那么自动化就不是一种选择。当然,协作机器人仍然需要一定程度的可重复性和合理的公差,但由于操作员可以输入的种类,公差窗口可以更大。因此,即使管道焊接操作需要在这里和那里处理一些不良管道,在操作员的帮助下,协作机器人仍然可以通过生产来获得这些管道。

这是一个原因,根据许多行业标准,使用协作机器人进行焊接不属于机器人焊接,其中设置电池并且机器接管时几乎没有任何过程中的操作员干预。根据使用的确切协作机器人和应用的性质,协作机器人可分为“机器焊接”或“机械焊接”。

这意味着如果使用半自动GMAW手动焊接操作,采用协作机器人将被视为非必要的更改,因此您可能不必重新验证焊接程序,尽管您仍需要使焊工了解新工艺。(请注意,焊接要求取决于作业,代码,合同文件和所使用的特定焊接技术 - 因此,请始终参考源材料。)

一种新的管道焊接事业

今天,管道焊接协作机器人操作员甚至不需要戴上焊接头盔。相反,当地的烟气收集装置覆盖焊缝,操作员可以通过烟气收集器末端内置的过滤器查看焊缝。操作员还可以查看相邻屏幕上的焊接动作,该屏幕显示正在发生的焊接沉积 - 由相机拍摄的记录,其过滤掉除了最关键的光波长以外的所有光,从而技术人员可以看到焊接金属被沉积。还可以保存该视频记录以支持随后的焊接检查。

这将是一个中级或甚至入门级焊接位置,可以取代重复手工焊接的需要,管道焊工花费数小时试图在水平管道焊接后保持水平,固定位置管道焊接的稳定编织。

协作机器人操作员可以花费部分时间来处理并最终学习如何手动进行管道焊接 - 不仅在水平固定位置,而且在垂直和倾斜位置。他们还可以花时间观察协作机器人,观察屏幕并详细了解过程中各种变化的影响,例如电弧参数的伸出,包括弧形圆锥和弧形穿透的水平。

这个过程的清晰视图有助于焊工学习。当他们作为手动管道焊接机进展时,他们会考虑在协作机器人焊接单元中的屏幕上的弧形视图,并使用该视觉参考作为指导。随着他们变得更加熟练,他们爬上了职业阶梯,直到他们达到了古茹身份,每天他们都会遇到不合适或类似的管道焊接挑战。

更多的经验为管道焊工提供了更高的技能,使其更加可靠和高效。通过视觉系统向云提供数据,复杂的数据分析使协作机器人随着时间的推移变得更具适应性,可靠性和高效性。人们学习,自动化学习,管道焊接达到新的生产力水平。

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