Valk Welding: 1999

Belgický konstruktér firma Van Hool vyrábí ročně přibližně 1500 kusů autokarů a autobusů a 5000 kusů užitkových vozidel, jako jsou návěsy a cisternové kontejnery. Firma zaměstnává přes 800 svářečů (z celkového počtu 4 200 zaměstnanců) a může se pochlubit téměř osmnáctiletými zkušenostmi, které má s robotickým a automatizovaným svařováním. Je tomu již několik let, co úsek pro výrobu autokarů využívá svařovací technologii FMS (Flexible Manufacturing System – „pružný výrobní systém“). V průběhu dne zaměstnanci sestavují díly do upínadel. Ta jsou skladována v automatizovaném meziskladišti. Z těchto skladovacích prostor poté robotické systémy upínadla přebírají, jednotlivé díly svařují, a poté se upínadla odstraňují. Dokončené kusy vykládá denní směna.

V současné době firma investuje prostředky do robotického svařovacího systému určeného pro výrobu užitkových vozidel. Vzhledem k menším sériím musí být robotické svařování velmi flexibilní. Před šesti měsíci byla zavedena svařovací buňka se čtyřmi pracovišti určená pro svařování menších dílů. Zcela nedávno uvedla firma do provozu také robotickou buňku určenou pro svařování velkých rámů k cisternovým kontejnerům. K tomu, aby byl robot schopen korigovat nepřesnosti týkající se umístění svaru, byl vybaven dotekovým senzorem, který mu umožňuje správnou pozici svarů detekovat. Obě tato zařízení byla dodána firmou Valk Welding a vybavena robotickými systémy Panasonic s možností programování v režimu „off-line“. Zaměstnanci technického oddělení hovořili s panem De Wilde z úseku pro výrobu užitkových vozidel.

Svařování malých součástí
Také užitková vozidla sestávají s některých menších dílů, které jsou vhodné pro zpracování robotickým svařovacím zařízením. Úsek pro výrobu užitkových vozidel již disponoval několika robotickými zařízeními, převážně šlo o zařízení se dvěma pracovišti - na jednom z nich klade obsluha díly do upínadel, na druhém jsou tyto části svařovány robotickým systémem. Na každém pracovišti se pracuje s upínadlem, které je  uzpůsobeno konkrétní svařované součásti a do kterého se jednotlivé díly obrobku upevňují pomocí upínek. Vzhledem k upevňování upínadla do jedné a té samé polohy v rámci pracoviště (např. na otáčecím stole) mohou být různé díly vyráběného kusu (a také svary) umisťovány přesně na stejné místo v rámci každé série výrobků a vyráběny stejným „robotickým“ programem. Robotický systém se může otáčet o 180 stupňů a pojíždět od jednoho pracoviště ke druhému, na kterém konkrétní svařovací program dokončí. Ze zkušenosti víme, že při využití svařovací buňky se dvěma pracovišti dochází k tomu, že ani robotický systém, ani obsluha nemají často co na práci: doba pro svařování a upevňování mohou být různé a nastavení upínadel (pokud je třeba svařovat jiný typ součásti) může vést k pozastavení výrobního procesu v rámci buňky. Běžné robotické systémy jsou programovány metodou „teach-in“ („samoučení“). To znamená, že v případě svařovací buňky se dvěma pracovišti musí být robot naprogramován dvakrát. Všechny tyto aspekty, které jsou „typické pro tradiční robotickou svařovací buňku“, vyžadují poměrně dosti (nevděčného) času pro nastavení každé svařovací pozice. Tato doba nemůže být využita k výrobnímu procesu, zvláště tehdy, pokud je vyžadována „vysoká flexibilita“ (v případě výroby malých sérií různých součástí). Je samozřejmé, že tato investice pro nás nebude maximálně výnosná, pokud toto zařízení nebudeme využívat k výrobě větších sérií podobných součástí (ale tohle ve skutečnosti není účel robotické svařovací buňky).

Před šesti měsíci byla do provozu zavedena nová robotická svařovací buňka určená pro výrobu malých součástí. Jejím úkolem je svařovat co nejvyšší počet různých (menších) součástí, a to co nejefektivněji. Prozatím se v buňce vyrábí více než 100 různých součástí. Aby byla zaručena maximální flexibilita, sestává nové robotické svařovací zařízení ze čtyř pracovišť, a (tudíž) i robota umístěného na podvozku, který umožňuje jeho horizontální pohyb. Je mnohem jednodušší přizpůsobit čas i náplň práce obsluhy (např. takovou externí činnost, jakou jsou přinášení dílů, monitorování a leštění svařovacích jehel apod.) době trvání svařovacího procesu. Výměnu produktu v upínacím zařízení lze provádět, aniž by byla činnost svařovacího robota pozastavena. Při vyhledávání vhodného dodavatele došel pan De Wilde k závěru, že většina robotických svařovacích systémů, které jsou dostupné na současném trhu, odvádí velmi kvalitní práci. Rozdíl mezi nimi spočívá v „inteligenci“ zařízení. Tato inteligence však ve velké míře určuje konečnou podobu výstupní jednotky. Důležitou roli také hrají možnosti programování. Při použití tradičních robotických buněk vyžadují různé buňky také různé programování pro každý obrobek. A to proto, že je v každé buňce manipulátor, který umožňuje otáčení upínadla tak, aby mohl být obrobek co možná nejlépe umístěn pod svařovací hlavici robotického systému. Na tomto „otočném stole“ se upínadla upevňují do fixní pozice. Každý otočný stůl má svoji výšku v horizontální poloze a svoji skutečnou polohu. Na trhu jsme se pokoušeli najít různé alternativy. Značku Panasonic jsme zvolili vzhledem k tomu, že umožňuje programování v režimu „off-line“ a zahájit činnost bez příliš mnoha modifikací. Každá výrobní buňka má „nulové nastavení“, specifické pro konkrétní robotický systém, kterého se navíc využívá k rekalibraci robota v případě kolize. Důležitá data týkající se umístění (lokace stolu, jeho horizontální úroveň atd.) jsou jednou zadávána prostřednictvím robotického měřidla. Toho se využívá jako základu pro konverzi svařovacích programů v režimu „off-line“, které byly vytvořeny v rámci jedné robotické buňky metodou „teach-in“ („samoučení“), z jedné buňky na tři ostatní (s využitím výpočtů spojených s přemístěním, která jsou v rámci programu k dispozici). Ve skutečnosti jsou pro každou buňku zhotovena stejná upínadla. Program je vytvořen na jednom pracovišti metodou „teach-in“. Ten samý program je v rámci pracovní přípravy přes kabel načten do počítače a prostřednictvím programátoru CAD v režimu „off-line“ zkopírován do ostatních buněk. Výroba může začít.  U softwaru Panasonic může být svařování naprogramováno také z diagramu CAD.

V praxi se ukázalo, že poměrně jednoduché díly, které je často nutno vyrábět v malých asi desetikusových sériích, mohou být efektivně svařovány v robotické buňce. Úspora času v důsledku využití činnosti robota nám totiž v dostatečné míře vykompenzuje zhotovování upínadla (několikadenní až několikatýdenní práci) i prostředky investované do softwaru. V průběhu přípravy jsou využívána drážkovací, řezací a vrtací zařízení naprogramované systémem CNC, která zajišťují přesnost při vyhotovení součásti, aniž by musela být provedena další opatření v rámci robotického svařovacího zařízení. Výměna upínadla může být provedena za méně než jednu hodinu, a protože jsou k dispozici čtyři pracoviště, nemusí být přerušena činnost svařovacího robota. Při výrobě velmi malých součástí se v rámci jednoho otočného stolu využívají různá upínadla, což vede k tomu, že je v rámci jednoho pracoviště montováno a svařováno více obrobků. Úspěch této investice a množství součástí, které měly být vyrobeny, vedly k rozhodnutí uvést do provozu další robotické svařovací zařízení (opět se čtyřmi pracovišti).

Svařování velkých součástí pomocí čidel polohy
Nové robotické zařízení Panasonic určené ke svařování podpůrných konstrukcí k cisternovým kontejnerům o rozměrech 2,5 x 3 m, je poměrně unikátní. Každý den se vyrábí osm kusů těchto kontejnerů. Vzhledem k tomu, že je každý kontejner vybaven dvěma těmito rámy, je objem výroby dostatečně velký na to, aby se firma rozhodla investovat do specifického robotického svařovacího systému, určeného do dvousměnného provozu. V porovnání s dobou trvání procesu při manuálním svařování je svařovací cyklus podstatně kratší.

Jde o robotické svařovací zařízení, které by nemohlo být nikdy vytvořeno v rámci technologií, které byly k dispozici před pěti lety. Zařízení sestává (v daný moment) ze čtyř pracovišť a závěsného robotického systému vybaveného podvozkem. Podvozek umožňuje horizontální pohyb robota v rámci vodicího zařízení o délce 23 m. Užitý pracovní rozsah robotického systému je asi 112 metrů čtverečních v rámci délky 27,25 metrů. V budoucnu by se tato délka měla zdvojnásobit. Zařízení bude vybaveno třemi dalšími pracovišti a dvěma podvozky pro robotický systém, umístěnými naproti sobě v rámci stejného vodicího zařízení. Také toto zařízení je na každém pracovišti vybaveno otočným manipulátorem, který je schopen podávat předměty až do hmotnosti až 2 tuny. Mezi dvěma pojezdovými ústrojími otočného manipulátoru je umístěna forma, do které se upevňuje upínadlo specifické pro konkrétní typ rámu. Pomocí sklápěcího stolu je rámem otáčeno tak, aby mohl být svařován na obou koncích, aniž by bylo zapotřebí nějaké manuální činnosti. Forma upevněná mezi dva otáčecí hroty manipulátoru je umístěna v takové výšce (v horizontální pozici), která umožňuje obsluze upevňovat jednotlivé části rámu do upínadla ergonomickým způsobem. Otáčí se excentricky, a proto v podlaze nemusí být jamka, aby mohlo být rámem otočeno o 180 stupňů. Raději jsme vzhledem k potřebám pracoviště rozšířili prostor. Také v rámci této buňky lze při konvertaci programu z tzv. „teach mode“ („učící mód“) na jednom pracovišti do jiných „svařovacích“ programů dalších pracovišť využít programování v režimu „off-line“. (Ke konvertaci programu pro celou řadu různých rámu je totiž zapotřebí několikahodinové až několikadenní práce.) To vede k velké časové úspoře, které může být využito v rámci výroby.

U tohoto zařízení je svařovací robot vybaven „detekčním svařovacím systémem“, který mu umožňuje kompenzovat nepřesnosti v rozměrech jednotlivých dílů. Rám pro kontejnery sestává z řady odlévaných a předsvařovaných konstrukcí. Rozměry těchto dílů nejsou zcela stabilní. Mohou se odchylovat v rámci několika milimetrů, což není v případě takových dílů příliš, ale je to velký problém pro svařovacího robota.

Před zahájením svařování tento detekční systém nasnímá případný posun svaru. Systém detekuje všechny hrany svaru a jejich umístění. Svařovací program vypočítá případný posun, kterému přizpůsobí umístění svaru, a robotický systém může zahájit svoji činnost. Tento výpočet lze provádět prostřednictvím robotického řídícího systému Panasonic. Zpočátku bylo zařízení vybaveno dobře známým a běžně užívaným indukčním systémem. Detekce produktu však byla často narušována v důsledku znečištění svařovacího hořáku, které způsobily povrchové vrstvy výrobků, a také „kritickými“ svařovacími parametry, které firma Van Hool zvolila (např. garance kvality svaru na těžko přístupných místech, absolutní požadavky na účel koncových produktů apod.). Aby tento problém firma Valk Welding vyřešila, vyvinula speciální elektronický řídící systém, kterým byl stávající indukční systém nahrazen. Stabilní senzory zůstaly zachovány (jejich spolehlivost byla prokázána v rámci zařízení Panasonic) a k zařízení byl přidán elektronický systém. Výhoda daného systému spočívá v tom, že rozsáhlá znečištění plynové hlavice mají mnohem menší vliv na dotekové snímání. Citlivosti tohoto systému může být využito jako „měřítka“ pro garanci optimální činnosti. Takové nastavení nebylo v rámci tradičního systému možné. Na každém pracovišti je elektrický rozvod, který odpovídá konkrétnímu přívodnímu vedení ke svařování (CO2, argon, smíšené plyny apod.), potřebám manuálního svařování (provádění úprav, nerobotizované svařování apod.). Zaměstnanci se nemusí starat o zajištění přívodního vedení, přesouvat svařovací zařízení apod.

V průběhu svařování jsou buňky s jednotlivými pracovišti chráněny zástěnou se světelnou diodou, která umožňuje neomezený výhled do buňky, a s bezpečnostním vypínáním umožňujícím vstup obsluhy do buňky v průběhu svařování v případě nutnosti. Obsluha musí opustit buňku, než do ní robotický systém vstoupí a zahájí svařování. Robotické zařízení se pohybuje v rámci celého pracovního prostoru, a proto zde není možno aplikovat žádné prostorové chránění. Robotický systém lze přepnout do „bezpečnostního režimu“, v rámci kterého se sníží jeho rychlost, v případě, že zaměstnanci musí vstoupit do buňky za účelem aktivace robotického systému. Toto zařízení bylo kompletně dodáno firmou Valk Welding, včetně všech označení „CE“.

(Zdroj: Technisch Management, únor 1999)