机器人行业洞察

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所属分类:工业4.0

随着所有关于机器人取代人类的讨论,我们在这里表明,他们需要 我们,我们需要它们。机器人不能单独做到。

焊接机器人的精度,一致性,控制能力。我们已经从我们的主焊工了解更多。

但技能差距不断扩大。焊接人员越少越好。他们正在退休或离开工业进行其他追求。他们正在采用他们的焊接技术。

2010年,美国焊接协会(AWS)报告说,缺少20万名焊工。随着裂缝扩大,AWS估计到2026年预计将有372,000名焊工短缺。

这是不是一个真正的短缺呢?我们真的会想念所有这些焊工,特别是随着更多的焊接自动化?其他技术会替代焊接吗?陪审团还在外面。

什么是清楚的 这是对错过的过程的掌握。专家会告诉你,最好的焊工是最好的机器人程序员。没有我们的主焊工,下一代焊工怎么样?我们的机器人将如何改进?

Zane Michael,CWI CWE ,俄亥俄州Miamisburg 机器人制造商Yasawa Motoman的热力业务发展总监。迈克尔拥有近40年的焊接经验。他是AWS认证焊接督察(CWI)和认证焊接教育工作者(CWE)。他拥有机电工程学士学位,以及凯特林大学制造和运营管理硕士学位。这位硕士焊工从1979年开始在霍巴特研究所(Hobart Institute)进行教学,现在被称为霍巴特焊接技术研究所(Hobart Institute of Welding Technology)。

一个快速的历史:1989年,安川和霍巴特兄弟公司组建了一家合资公司 - Motoman Robotics - 在北美销售焊接自动化。在90年代,霍巴特把机器人部门的一半卖给了安川。Motoman机器人部现在由安川电机公司全资拥有。

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灵活的焊接自动化与机器人基本上克隆了你最好的焊工

安装在3轴龙门架上的串联MIG焊接机器人在大型自卸车车身上旋转时,由机器人控制的头架和尾座定位器进行旋转,以优化对所有焊接接头的访问。 (由Yaska Motoman提供)迈克尔大部分时间都在路上,前往客户的设施。像山猫,马尼托瓦克和约翰·迪尔这样的客户,建筑,农业和采矿设备巨头。他亲眼目睹了制造商每天面临的挑战。

“当我访问客户的时候,我问他们为什么对机器人感兴趣,你们想解决什么问题?他们告诉我,他们告诉我的时候有九次,我不能得到合格的焊工,或者我不能保持焊工。 “

这是全国的战斗。响应通常来自于自动化。这就是克隆发挥作用的地方。

您最好的焊工制造最好的机器人程序员
灵活的焊接自动化与机器人基本上克隆了你最好的焊工。知道的人会告诉你的。教导某人编程机器人比教导某人焊接要容易得多。

迈克尔说:“要成为顶尖的焊工,如果你想来到俄亥俄州特洛伊的霍巴特焊接技术学院最好的焊接学校,你将在那里呆九个月。” “九个月后,作为认证合格的焊工出现在多个流程中,多个职位。”

那是九个月,全职。相比之下,他说,教授有经验的焊工如何编程机器人比教程序员焊接的细节要容易得多。

“在不到两周的时间里,我可以让你编程一个机器人,但是当我给你一个焊件,并说这个机器人把焊缝放在印刷品上,如果你不明白焊接过程,你可以不能手工做,那么你没有机会成功的机会。

迈克尔说:“任何人的机器人都能够在接头上保持焊炬,将电弧转动并进行焊接,这很容易。“但是,了解所有关键的焊接变量来生产质量焊接 - 不是,编程人员的负担是对焊接过程有非常好的了解。”

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迈克尔在代顿大学教授焊接工艺课程。

预先设计的工作单元有两个架空机器人和两个地板安装的机器人,以最大化机器人和电弧密度在紧凑的工作单元MIG焊接汽车零件。 (由Yaska Motoman提供)“我告诉这些学生,焊接就像做一个苹果馅饼,你有一个食谱,你必须遵循,你有这么多的苹果,这么多的糖,你烤一定的温度,你保证苹果派是焊接是没有什么不同的,除了有更多的变量涉及到,如旅行角度,电流和伸出率,所有这些关键变量必须排队,以产生预期的质量结果,这被称为焊接工艺规范(WPS)“。

对于气体金属电弧焊(GMAW)或通常称为MIG焊接,这五个关键变量是:

〜电极尺寸
〜现在
〜电弧长度或电压
〜行驶速度
〜电极角度
迈克尔说:“焊接时,手工焊工将会看到那个水坑。” 例如,他们可以改变他们的伸出力,以增加或减少焊接电流,以帮助控制水坑和生产质量焊接。“ (对于MIG焊接工艺,伸出是工作距离的最佳方法。)

“这些都是机器人程序员必须知道的因素,我告诉我的客户,如果你给我一个机械或电气工程师,我们希望他们成为焊接机器人的程序员,这个人从来没有焊接过“。

所有关于过程
焊接(无论是手动还是自动化)都是特定流程的。你必须了解克隆它的过程。

迈克尔说:“机器人,我不在乎他们的品牌,很容易编程,这是一个过程。“即使我们自动化非焊接作业,例如操作员打磨铸造或锻造,它们在砂带机上运行,​​我们将研究操作者的运动和角度,因为我们基本上必须与机器人重复该过程。

流程如何完成至关重要。专长只能来自实践经验。

“任何时候,我们开始一个新的进程,或接近一个新的零件,很多时候它是我们从一个手动过程接管的东西,”布伦丹·布朗,在虚拟解决方案工程师说,创世纪技术集团有限责任公司,在达文波特,爱荷华州。“那些是我们最好的倡导者,那些在过去几年里手工焊接这些部件的人,他们如何接近焊接的顺序,他们先焊接什么,适当的角度,以及所有的推动和旅行速度,这是我们一直想要收集的信息,谁知道那部分比那些焊接它的人更好?

Genesis是北美最大的自动化解决方案提供商之一,也是RIA认证机器人集成商。布朗是一位离线程序员,拥有Genesis近20年的机器人焊接经验。

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机器人焊接


实现机器人激光焊接应用的模拟研究。 (由Genesis Systems Group,LLC提供)“你要看整个过程,”布朗说道。“有一件事我们第一次看到很多机器人用户,他们已经自动化了这个过程,但是你必须看下去,看看你是如何做的,你如何把这些部分整合在一起我们经常得到客户建造自己的工具或外包夹具,不一定要控制适当的基准或正确固定零件,即使是最好的焊工也要看整个过程以获得良好的焊接。“

达文波特的创世纪总部设有一个培训实验室和两个私人教室,客户的程序员和机器操作员可以获得实践经验和教学。布朗有助于教授基础和高级培训班。

“当您从Genesis购买系统时,大多数客户通过购买获得培训学分,所以他们通常会发送两到三个操作员,也可能是一名工程师,”他说。“我们大多数的学生都有一些焊接背景,无论是手工焊接他们准备自动化的零件,还是只是公司的焊接工程师,将监督机器,并需要了解如何触摸。他们进入课堂,我们说这里是机器人,你的新工具,我们不需要教正确的推动和工作角度。

最好的焊工了解这个过程的细微差别。

迈克尔说:“这就是为什么要有经验的焊工,并且教他们机器人是更容易和更成功的。” (安川学院在美洲各地的几个地方提供基础和高级程序设计培训课程。)

“当我的客户问:”我们是谁接受培训?“ 我说,我想要你最好的焊工。“

效率并不总是意味着更快
的机器人焊接的一个常见的神话是,人们认为你要焊接得更快。这不是真的。

迈克尔解释说:“机器人会在一天结束时给你更多的零件,但实际上焊接速度不会更快。” “当一名手工焊工将头盔放下并撞到弧面时,我们说他的前进速度是每分钟20英寸,机器人基本上会以相同的速度焊接,这就是食谱,就像妈妈的苹果派食谱,烘烤450度30分钟。

“你不会在900度烘烤你的苹果馅饼15分钟,要生产一个优质的焊缝,其中一个必要的变量是行进速度,你把太多的热量放在一个零件上,你可以产生问题。

焊接机器人不一定更快。他们更有效率。

迈克尔说:“手工焊工的效率约为20%。“这意味着在8个小时内,您支付手工焊工,电弧只有8个小时左右的时间,其中约20%,焊工抬起头盔,重新安置椅子,或者清理焊缝。很多中间,在我做下一个焊件之前,让舒适的时间。“

相比之下,机器人的效率约为85%。

“机器人将从一个弧到下一个焊缝,下一个焊缝要快得多,如果用焊工15分钟的时间生产该部件,机器人将在大约不到4分钟的时间内完成。

迈克尔说:“当我走过工厂,看到三到四名焊工时,我认为这可能是一个机器人。“从某种意义上讲,一台机器人将不得不承担起自己的工作,但是我可以把这些焊工用在机器人不能做的更重要的工作上。”

自适应控制
以Onken's Inc.为例,该公司是一家位于伊利诺伊州的散装油脂收集系统和储油罐制造商。几十年来,该公司依靠一批经验丰富的焊工来制造防漏坦克。但随着焊机短缺的加剧,焊工质量变得越来越难。

配有激光焊缝跟踪传感器的MIG焊接机器人可以在焊接储油箱时补偿可变零件的装配。 (由Yaska Motoman提供)使用双区工作单元,延伸到Motoman MH50 II-20机器人,并对焊工进行了一些培训,Onken公司能够消除长达20小时的生产时间,并与三名焊工而不是五名工人完成相同的工作。然后,两名自动焊工可以在其他项目上工作,减少了对合同焊工的需求,进一步节省了成本。

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为Onken坦克生产的MIG焊接电池

为Onken坦克生产的MIG焊接电池(如图)是一个带有两个区域的定制工程电池。这允许操作员在一个区域中装载和卸载坦克,而机器人在另一个区域焊接坦克。安川的焊接机器人内置自适应控制,因此可以根据需要调整行驶速度,伸出距离,割炬和行驶角度。使用先进的焊缝查找和跟踪工具来精确定位和跟踪这些120加仑至500加仑的罐体上的各种类型的焊接接头。

迈克尔解释说:“机器人非常重复。“你编程A点到B点的路径,机器人将按照机器人的规格,一天到晚,这个路径一般在零下五分之一英寸。为了焊接质量,必须将焊缝定位在大约加上或减去焊丝直径的一半,如果我使用0.045直径的MIG线,那么对于焊缝重复性要求来说,这几乎超过了正负22英寸。

随着焊接经常会变形。

“我们正在加热金属,所以它想要移动我们,在较大的焊件(如奥肯坦克)中,变形更为主要,如果焊缝重复性不能令人满意,我们必须使用传感器进行机器人它可以改变其程序路径以匹配焊接期间该部件的焊缝的位置。

触摸传感用于在罐顶部定位一个大圆形法兰和几个较小的螺纹联轴器。一旦定位了每个组件,编程的路径将自动移位,以匹配该一个油箱的焊接接头的位置。安川的ComArc通电弧跟踪使机器人可以改变其路径,并在焊接过程中将焊缝保持在焊缝的缝隙内。

在Onken的坦克焊接电池的图片中,您可以看到触摸感应操作。在镜头的0.55秒,还显示了激光焊缝发现和跟踪技术。

随着机器人焊接接头,包括轮廓滚动的角落,SERVO-ROBOT POWER-TRAC™激光传感器在焊枪前提供实时焊缝寻找和跟踪。在图片中,您可以看到在焊枪开始焊接之前激光在焊枪前喷出。这使得机器人能够改变其路径以补偿部分装配中的任何变化。准确定位和跟踪焊缝也消除了昂贵的复杂工具的需要。

运营经理JR Onken说:“我们最近邀请了一位客户来参观我们的工厂。“他表示说他有10分钟的时间去旅行,一旦看到我们的机器人焊接电池正在运转,他就研究了30分钟,他长大了一个焊工,不敢相信自动化的质量。

Onken补充说:“自动化我们的焊接过程已经确保了我们将在二三十年内成为一家公司。“这是我们的未来。”

三维焊接模拟
为创世纪,未来是数字化。模拟允许创世纪在建立任何东西之前,可视化和展示复杂或大规模的机器人过程。在他们的虚拟解决方案中心,模拟环境变得大而且3D。

沉浸式3D虚拟现实技术模拟机器人焊接过程,以便在构建之前进行更有效的设计和概念审查。 (由Genesis Systems Group,LLC提供)Genesis的3DG环境利用虚拟现实的力量和沉浸式的3D可视化功能,让Genesis,其客户和潜在客户在概念和设计阶段可视化机器人过程。使用3DG技术,Genesis可以人体工程学地评估焊枪接触和机器人距离等参数。

该系统由一个显示2D和3D图像的16面板视听墙组成。它也是便携式的,所以创世纪可以很容易地拆除它,并在像FABTECH在2015年的这种外观的展会上设置它。

“这对我们来说是一个很好的工具,”布朗说。“借助3DG环境,我们能够吸引客户体验,并为他们提供现实生活中的体验,让我们了解我们的系统之一,并了解我们的前期工作和所有的预订工作我们会给他们正确的解决方案。“

创世纪公司还使用3DG系统对其内部设计和工具组进行审查,以实现真正的协作过程。

布朗解释说:“你穿一套正规的3D眼镜,就像你在电影院里一样。” “然后用操纵杆,你可以驾驶模型,围绕机器,在它的下面,进来,从各个角度看它。

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用操纵杆,你可以驾驶模型,围绕机器,在它的下面,进来,从各个角度看它。


在模型(如上图所示)中,三轴龙门架上的松下焊接机器人位于MIG焊接采矿业中使用的大型自卸车车架的位置。该部分由多彩色部分表示。

“这些部分中的一些长度是40英尺,”布朗说。“这部分需要多道次厚重的厚板焊接,焊接一块是48小时的循环时间,焊接过程中这部分实际上增长了2到3英寸,这是因为它的热量和吸力(变形) “。

布朗说,模拟环境允许他们向客户展示他们没有想象的先进流程是可行的。汽车和家电行业正在密切关注激光焊接。

“我们赢得了少量的客户订单,因为我们能够激光焊接,热量和变形更少,我们已经做了模拟显示,我部门的一位绅士严格焊接失真和热分析,他可以展示客户如何在一定的部分传统的MIG焊接,您可能会有5毫米的拉伸或偏转,但用激光焊接它下降到1毫米。

激光焊接
在他们的虚拟解决方案中心的整个大厅里,是Genesis的自动化解决方案中心,他们在那里测试远程激光焊接和激光焊接步进机等技术。看看图片。

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远程激光焊接和激光焊接步进机等技术


机器人激光焊缝步进机将夹紧力与激光焊接技术结合起来,取代传统的电阻焊接。 (由Genesis Systems Group,LLC提供)创世纪公司正在使用机器人激光焊接步进器(如图)来测试客户的传统焊点部件。他们还有一些已经在现场的机器人系统。

激光焊缝步进机是伺服驱动的独立激光头。其中一个优点是您不需要大多数激光焊接工艺中常见的大型激光安全柜。布朗解释说。

“机器人将在零件上方移动,然后将激光头向下驱动,基本上与头部施加力,这有助于将两种材料压在一起,然后运行长度达40 mm的珠子,您不需要巨人相对于传统的点焊而言,它的表面光洁度要好得多,而且更加一致。“

现在看看这个图片显示了激光缝步进机的不同配置。想象一下对汽车装配线的影响。

布朗说,先进的焊接技术,如远程激光焊接和激光焊缝步进器,仍然需要与传统焊接工艺相同的零件装配和其他关键变量的问题。您仍然必须了解整个过程以成功自动化。

使用知识
他们说人造智能有一天让我们下载我们的经验,为后代数字化,以克服我们的回忆。或者至少我们无限的脑力,尽管我们有限的身体。但这还有很长的路要走。

现在,我们需要捕获和传播这种知识,或永远失去它。这不是理论或教科书的聪明人。这是数十年来积累的动手实践经验。通过文字和图表难以证明的专有技术。从过程到过程不同。

在AI到达顶峰之前,只有我们和机器人,主人和工具。让我们不要浪费这个机会,两者都有好处。

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