Роботы-сварщики: виды, принцип работы и применение в промышленности

Робот-сварщик — это программируемый промышленный манипулятор, предназначенный для перемещения сварочного инструмента по заданной траектории.

Для дуговой сварки на его запястье устанавливается сварочная горелка. При контактной сварке робот может работать со сварочными клещами, а в лазерных системах — перемещать сварочную оптику.

Для роботизированной дуговой сварки, как правило, применяются шестиосевые манипуляторы. Шесть степеней свободы позволяют менять не только положение горелки, но и её ориентацию относительно соединения.

Это необходимо при работе с рамами, корпусами, кронштейнами и другими пространственными изделиями, где швы расположены на разных плоскостях.

Сам манипулятор при этом является только одной частью комплекса. Для работы ему необходимы сварочный источник, горелка, подача проволоки, управление, оснастка и система безопасности.

В зависимости от изделия комплекс также может включать:

• позиционер;
• трек или поворотное устройство для перемещения робота;
• систему поиска шва и слежения за швом;
• устройство очистки горелки;
• дымоудаление;
• системы безопасности (барьеры ограждения).

Поэтому поставка одного манипулятора и поставка готового роботизированного сварочного комплекса — разные задачи.

Перед запуском создаётся программа сварки. В ней задаются траектории движения, положение горелки, последовательность операций и команды для сварочного оборудования.

Изделие устанавливается и фиксируется в оснастке. После запуска цикла робот перемещает горелку к начальной точке, запускает сварочный процесс и ведёт инструмент вдоль заданного шва.

Типовая последовательность выглядит так:

1. деталь устанавливается в оснастку;
2. робот занимает исходное положение;
3. при необходимости выполняется поиск фактического положения соединения;
4. запускается сварочный режим;
5. робот проходит запрограммированную траекторию;
6. выполняется переход к следующему шву;
7. при необходимости изделие поворачивается позиционером;
8. после завершения программы деталь выгружается.

Для сложных изделий движение робота и позиционера может быть синхронизировано. Это позволяет удерживать соединение в удобном пространственном положении и получать доступ к швам с разных сторон.

Если рабочей зоны одного манипулятора недостаточно, робот устанавливают на трек или поворотное устройство.

Таким образом, возможности комплекса определяются не только моделью робота, но и его компоновкой относительно изделия.

Промышленные роботы применяются для разных сварочных процессов.

MIG/MAG

Для общего машиностроения и производства металлоконструкций особенно распространена роботизированная MIG/MAG-сварка.

Сварочная проволока непрерывно подаётся через горелку, а робот перемещает её по заданной траектории.

Такой процесс применяется для рам, корпусов, кронштейнов, оснований, трубных узлов и других изделий с повторяющимися швами.

TIG

TIG применяется там, где требуется точное управление положением электрода и тепловложением.

Роботизированные TIG-системы используют при работе с нержавеющей сталью, алюминием и изделиями, к которым предъявляются повышенные требования по качеству сварного соединения.

Контактная точечная и лазерная сварка

При контактной сварке робот перемещает сварочные клещи между заданными точками.

В лазерной системе манипулятор перемещает сварочную оптику относительно изделия.

Таким образом, сварочный робот не привязан к одному физическому процессу: конкретное решение определяется технологией производства.

Одна из ключевых задач роботизированной сварки — обеспечить совпадение запрограммированной траектории с реальным положением соединения.

Для этого применяются несколько функций.

TCP

TCP — Tool Center Point, расчётная рабочая точка инструмента.

Для сварочной горелки она обычно определяется относительно конца проволоки. По TCP контроллер рассчитывает положение инструмента на всей траектории.

После замены элементов горелки или столкновения TCP проверяют и при необходимости калибруют.

Роботизированная сварка применяется для широкого диапазона изделий:

• рам и оснований;
• корпусов;
• кронштейнов;
• балок;
• трубных узлов;
• металлоконструкций;
• ёмкостей;
• компонентов промышленного оборудования;
• деталей сельскохозяйственной техники;
• элементов транспортной техники.

Главное — не название изделия, а его геометрия и характер сварочных операций.

При разработке проекта проверяют:

• размеры детали;
• расположение сварных соединений;
• доступ горелки;
• способ базирования;
• необходимость поворота изделия;
• требуемую рабочую зону;
• наличие производственных отклонений.

Если одного фиксированного робота недостаточно, задача может решаться позиционером, треком, дополнительными рабочими позициями или системой слежения.

Подробно критерии выбора разобраны в статье «Сварочные роботы для производства: подбор под изделие».

Сварочного робота не следует выбирать только по цене, грузоподъёмности или максимальному радиусу действия.

Сначала анализируется изделие.

Для предварительного проекта нужны:

• техническое задание;
• 3D-модель или чертёж;
• данные о сварных соединениях;
• производственная программа;
• требования к сварке.

По этим данным проверяют рабочую зону, доступ горелки и способ установки изделия.

После этого определяется состав оборудования: робот, сварочный источник, позиционер, оснастка, трек, системы поиска шва, очистка горелки, дымоудаление и средства безопасности.

В серии RH используются исполнения сварочных роботов с нагрузкой 6 кг и рабочей зоной, рассчитанной на типовые задачи дуговой сварки. Конкретное исполнение выбирают после анализа траекторий и компоновки комплекса.

Такой подход позволяет подбирать не «робота вообще», а решение под конкретный сварочный участок.