Kaip automatinės lazerinės suvirinimo mašinos revoliucionizuoja didelės apimties gamybos linijas

Automatizacijos ir „Industry 4.0“ vaidmuo šiuolaikinėse lazerinio suvirinimo sistemose

Sinergija tarp Automatinis lazerinis suvirinimo įrenginys Sistemų ir pramonės automatizacijos

Lazerio suvirinimo sistemos tapo svarbia dalimi šiuolaikinės gamybos įrengimų, siūlydamos žymiai didesnį tikslumą ir greitesnius rezultatus nei ką gali pasiekti žmogaus darbuotojai rankiniu būdu. Kai šios mašinos prijungiamos prie robotinių rankų ir judančių surinkimo linijų, jos gali veikti nepertraukiamai visą parą, išlaikydamos suvirinimo kokybę su apie 1 % nuokrypiu, kaip nurodyta naujausiose 2024 m. vėlynojo laikotarpio pramonės ataskaitose. Tikras stebuklas vyksta dėka integruotų jutiklių, kurie nuolat stebi ir reguliuoja tokius parametrus kaip lazerio galios lygis bei tikslus spindulio fokusavimas ant suvirinamo metalo. Toks protingas reguliavimas žymiai sumažina atliekų medžiagas lyginant su senesniais suvirinimo metodais, kartais gamintojams taupant net 35 % švaistomų išteklių.

Pagrindiniai komponentai, leidžiantys integruoti lazerio suvirinimą į automatizuotas gamybos linijas

Trys pagrindiniai komponentai užtikrina sklandžią integraciją:

• Adaptyvūs judėjimo valdikliai : Pasiekia 0,02 mm tikslumą robotinių rankų vedime
• Daugiaspektrės vaizdo sistemos : Aptikti siūlių tarpus ir paviršiaus teršalus realiuoju laiku
• IOT paruošta valdymo programinė įranga : Centralizuoja parametrų valdymą per kelias stotis

Abu kartu leidžia automatiniams lazerio suvirinimo robotams apdoroti sudėtingas dalis – nuo automobilių baterijų stalčių iki medicinos mikrokomponentų – be rankinio perkalinavimo.

Pramonės 4.0 poveikis robotizuotam lazerio suvirinimui: IoT, duomenų analitika ir protingi valdymo sprendimai

Ketvirta pramonės revoliucija tikrai keičia tai, kaip šiuolaikiniu metu atliekamas lazerinis suvirinimas. Naudojant protingus algoritmus, kurie stebi tokius dalykus kaip variklio vibracijos ar lazerinių diodų nusidėvėjimo požymius, gamintojai pasiekia gana įspūdingų rezultatų. Pagal praėjusiais metais atliktus tyrimus, įmonės, kurios įdiegė šiuos dirbtinio intelekto sistemas, defektus aptinka beveik 90 % greičiau nei anksčiau, o netikėti sustojimai sumažėja apie 40 %. Valdymo sistemos patys tampa gana išmintingos, automatiškai koreguodamos parametrus, kai per liniją eina medžiagos skirtingais storiais. Be to, nereikia pamiršti, kad visi tie termografiniai duomenys vietose apdorojami kraštinių skaičiavimų (angl. edge computing) technine įranga, kuri per vieną pamainą apdoroja daugiau nei 15 terabaitų duomenų. Vietinis duomenų apdorojimas padeda sutaupyti energijos ir leidžia žymiai greičiau reaguoti, kai iškyla problemų.

Greitėjimo ir mastelio didinimo skatinimas didelės apimties gamyboje naudojant automatinį lazerinį suvirinimą

Didelės spartos veikimas ir mažesni ciklo laikai automatizuotas lazerinis suvirinimas

Šiuolaikiniai automatiniai lazeriniai suvirintojai gali veikti greičiais, viršijančiais 30 milimetrų per sekundę, dėl ko ciklo laikas sutrumpėja nuo pusės iki beveik trijų ketvirtadalių, lyginant su senesniais metodais. Šiose sistemose naudojami impulsiniai šilumnešiai dažniausiai praleidžia tarp 100 ir 200 milisekundžių kiekviename suvirinimo taške, todėl galima žymiai greičiau apdoroti sudėtingas formas ir dizainus nei anksčiau. Tai, kas tikrai išskiria šiuos įrenginius, yra jų realaus laiko temperatūros stebėjimo sistema. Ši funkcija neleidžia detalėms išsikreipti net esant maksimaliam greičiui, užtikrindama nuolatinę siūlių kokybę visą pamainą, o nuokrypiai dažniausiai išlieka žemiau 0,2 mm. Gamytojams, dirbantiems su siaurais tolerancijos ribomis, tokia tikslumas lemia esminį skirtumą gamybos efektyvumo požiūriu.

Gamybos pajėgumų maksimalus panaudojimas sparčioje aplinkoje

Kalbant apie greitį, robotizuotas medžiagų tvarkymas kartu su dirbtinio intelekto valdoma užduočių seka leidžia šiems automatizuotiems sprendimams per vieną valandą pagaminti nuo 600 iki 1 200 detalių. Tai, kas tikrai suteikia impulso šiems procesams, yra dvigubos lazerinės sistemos, kurios per trumpiau nei 100 milisekundžių keičia įrankius, praktiškai pašalindamos prastovas tarp skirtingų gamybos ciklų. Pažvelkite, kas įvyko 2024 m., kai kai kurie dideli gamintojai pradėjo naudoti šias technologijas. Vieno tyrimo duomenimis, pirmaujančios tiekėjų įmonės pavyko dramatiškai padidinti savo mėnesinę gamybą – nuo maždaug 85 tūkst. vienetų iki daugiau nei 210 tūkst. kiekvieną mėnesį. Ir čia svarbiausia – tai pasiekta be jokios papildomos gamybinės patalpos dėka modulinėms lazerinio suvirinimo sistemoms, kurios gali būti pridedamos pagal poreikį.

Atvejo analizė: Automobilių gamybos linija, naudojanti didelės apimties automatinio lazerio suvirinimo sistemas

Vedanti EV gamintoja pasiekė 98,7 % pirmojo praleidimo kokybę suvirinant baterijų stalčius naudojant 12 ašių robotizuotas lazerines sistemas. Pagrindiniai rezultatai apima:

• 320 konstrukcinių sąnarių suvirinama vienam šassi per 148 sekundes – 73 % greičiau nei ankstesnės MIG sistemos
• 0,15 mm padėties kartojamumas išlaikomas per tris pamainas
• 41 % sumažintas energijos suvartojimas dėka optimizuotos spindulio moduliacijos

Ši konfigūracija sumažino darbo jėgos kaštus 18,50 USD vienetui ir užtikrina mastelio plėtimą nuo 15 000 iki 45 000 vienetų/mėnesį. Naujausi tyrimai patvirtina, kad panašios įrangos diegimas pasauliniu lygiu pasiekia daugiau nei 94,3 % eksploatacinį prieinamumą.

Tikslumas, Nuoseklumas ir Kokybės Kontrolė Robotizuotame Lazeriniame Suvaryme

Robotų Rankų Pagrindu Veikianti Lazerinė Suvarymo Technologija Unikaliai Nuosekliam Suvarymui

Automatiniai lazeriniai suvirintojai, įranga turintys robotizuotas rankas, užtikrina apie 0,02 mm tikslumą pozicionavime, dėl ko gaunamos nuoseklios, aukštos kokybės suvirinimo siūlės, kurių neįmanoma pasiekti suvirinant rankiniu būdu. Šios sistemos pašalina visas abejonis dėl šilumos valdymo ir sujungimų tikslingumo, kas ypač svarbu vietose, tokiuose kaip akumuliatorių blokų gamyba. Galų gale net mažas 5 % skvarbos gylio svyravimas gali sukelti visos sistemos sutrikimą. Atsižvelgiant į faktinius pramonės duomenis, tokios visiškai automatizuotos sistemos sumažina defektus beveik 98 %, palyginti su pusiau automatinėmis alternatyvomis, kaip nurodyta 2023 m. „Precision Manufacturing Report“ publikuotuose duomenyse.

Tikrojo laiko stebėjimas ir adaptacinis valdymas platformoje Automatinis lazerinis suvirinimas Mašinas

Integruoti jutiklių masyvai atlieka daugiau nei 500 kokybės tikrinimų per sekundę, stebėdami kritinius parametrus:

Naudojant uždarosios kilpos grįžtamąjį ryšį, sistemos automatiškai koreguoja nustatymus, kad išlaikytų ISO 13919-1 lygio B kokybės standartus – net su 15 % medžiagos storio svyravimu.

Greičio ir tikslumo balansas didelės apimties gamyboje: iššūkiai ir sprendimai

Iki 3 m/min greičiu palaikant sub-0,1 mm tikslumą, reikalinga sinchronizuoti 7 ašių robotiką su vėlavimu mažesniu nei 1 ms. Tai vykdoma taip:

• Prognozuojantis maršruto planavimas, kompensuojantis šiluminį plėtimąsi
• Dvigubos lazerinės konfigūracijos, kuri alternuoja pjaunamąsias ir suvirinimo užduotis
• Mašininio mokymosi modeliai, apmokyti naudojant daugiau nei vieną milijoną suvirinimo pavyzdžių

Šios inovacijos užtikrina 92 % pirmojo bandymo išeigą gaminant daugiau nei 120 detalių/val., pranašumu 3:1 lyginant su tradicine varžiniu suvirinimu sudėtingose konstrukcijose.

Pagrindiniai Automatizuotas lazerinis suvirinimas Pramonės taikymo srityse

Žmogaus klaidų mažinimas visiškai Automatinis lazerinis suvirinimo įrenginys Sistemos

Automatiniai suvirinimo sistemos sumažina tas vargančias nenuoseklumas, kurios atsiranda dėl žmogaus operatorių, nes jos tiksliai seka programuotus suvirinimo maršrutus iki milimetro dalių. Pagal kai kuriuos naujausius praėjusiais metais atliktus tyrimus, šios automatizuotos sistemos gali sumažinti problemas, tokias kaip mažos oro kišenės ar silpnos vietos siūluose, apie 70 procentų, lyginant su rankiniu žmogaus atliekamu darbu. Be to, pašalinus darbuotojus iš pavojingų zonų, kur yra stiprus karštis, darbo vietos saugumas gerokai padidėja. Ir pripažinkime, niekas nenori, kad jo darbuotojai būtų nudeginti tik tam, kad produktai atitiktų kokybės standartus. Papildomas pranašumas yra tas, kad ilgų gamybos ciklų metu pastoviai išlaikomas toks pat aukštas darbo kokybės lygis, be svyravimų, susijusių su žmogaus nuovargiu.

Mastelio keitimo ir kartojamumo pranašumai įvairioms gamybos šakoms

Lazerinės suvirinimo sistemos gali susidoroti su viskuo – nuo mažų partijų, naudojamų lėktuvų komponentuose, iki greitaeigių automobilių surinkimo linijų, kuriose reikia atlikti daugiau nei 1 200 suvirinimų kiekvieną valandą. Tie patys programavimo šablonai nuosekliai veikia skirtingose vietose visame pasaulyje, todėl detalės, pagamintos vienoje gamykloje, puikiai tiks kitame, pusę pasaulio esančiame įrenginyje. Tai labai svarbu griežtai kontroliuojamuose sektoriuose, tokiuose kaip medicinos įrangos gamyba, kur nuoseklumas yra būtinas. Šios sistemos taip pat puikiai integruojasi su moduliniais gamyklos pajėgumais, leisdamos gamintojams greitai perjungtis tarp skirtingų medžiagų ar produktų konstrukcijų, kai to reikia. Kadangi šiandienos rinkoje vis dažniau pasitaiko individualiai sukurtų produktų, tokia lankstumas tampa vis vertingesniu konkurencingumo palaikymo būdu, neprarandant pinigų įrankių keitimui.

Techninis palyginimas: Robotas vs. Fiksuota platforma Automatinis lazerinis suvirinimas Mašinas

Šiuolaikinė gamyba reikalauja atidžiai pasirinkti tarp robotinių ir fiksuotų platformų lazerinių suvirinimo sistemų, priklausomai nuo detalės sudėtingumo, apimties ir lankstumo poreikių.

Robotinių lazerinių suvirinimo sistemų pagrindinė architektūra

Geriausi šiandienos rinkoje esantys robotiniai sistemos dažniausiai turi šešių ašių sujungtas rankas, kurios dirba kartu su pažangia adaptacine optika. Šios sistemos gali išlaikyti lazerio spindulius sutelktus apie 0,02 milimetrų, net kai jie juda sudėtingais trimatės erdvės keliais. Dauguma šiuolaikinių vienetų yra su integruotomis vaizdo sistemomis tinkamam derinimui bei mašininio mokymosi galimybėmis, kurios nuolat koreguoja bet kokias trajektorijos problemas, kai tik jos atsiranda. Tokio tipo realaus laiko korekcija įrodė, kad ji užtikrina apie 99,8 procentų patikimumą, ypač aviacijos gamyboje, kur tolerancijos yra itin siauros. Jungiant šias mašinas prie didesnių gamyklos tinklų, dauguma gamintojų remiasi standartiniais protokolais, tokiais kaip OPC UA ir MTConnect. Šie ryšio standartai žymiai palengvina robotinių sistemų integravimą į esamą Industry 4.0 infrastruktūrą be didelių konfigūravimo problemų ateityje.

Našumas, lankstumas ir grąža: robotas su ranka ar fiksuotos platformos konfigūracijos

Pagrindiniai skirtumai, pabrėžti 2023 metų suvirinimo automatizavimo ataskaitoje:

Robotiniai sistemos sumažina paruošimo keitimui laiką 73 % dėka atviro programavimo, tuo tarpu fiksuotos platformos užtikrina 0,01 mm kartojamumą, kuris yra idealus didelės apimties elektronikos suvirinimui. Mišrių modelių automobilių gamyboje robotiniai rankiniai manipuliatoriai pasiekia 34 % didesnį įrangos naudojimą, kompensuodami jų 28 % didesnes pradines išlaidas per tris metus.

DUK

Kokie pagrindiniai automatinės lazerinės suvirinimo sistemų pranašumai?

Automatinės lazerinės suvirinimo sistemos užtikrina geresnį tikslumą, mažesnę medžiagų švaistymą, nuoseklų kokybę, žemesnes darbo jėgos išlaidas ir pagerintą saugą, sumažindamos žmogaus klaidas bei veikdamos nepertraukiamai.

Kaip „Industry 4.0“ paveikia lazerinį suvirinimą?

„Industry 4.0“ integruoja IoT, duomenų analitiką ir protingas valdymo sistemas į lazerinį suvirinimą, dėl to greičiau aptinkami defektai, mažėja prastovų laikas ir efektyviau naudojama energija.

Kokie yra robotinių sistemų pranašumai prieš fiksuotų platformų konfigūracijas?

Robotiniai sistemos suteikia didesnį lankstumą sudėtingoms geometrijoms, greitesnius perkėlimo greičius ir aukštesnį įrangos naudojimą, nors jų grąžinimo laikotarpis gali būti ilgesnis lyginant su fiksuotomis platformomis.

Kaip automatiniai lazeriniai suvirintojai padidina gamybos našumą?

Automatiniai lazeriniai suvirintojai padidina našumą, derindami dirbinių sekų tvarką naudojant dirbtinį intelektą ir greitą įrankių keitimą, kad būtų sumažintas prastovų laikas bei efektyviai apdoroti didelis detalių kiekis per valandą.