Valk Welding: 1999

De Belgische constructeur Van Hool bouwt ongeveer 1500 autobussen en touringcars per jaar en 5000 bedrijfsvoertuigen, i.e. opleggers, aanhangwagens en tankcontainers. Het bedrijf heeft ruim 800 lassers in dienst (op een personeelsbestand van 4200 mensen). Het heeft reeds meer dan 18 jaar ervaring met robotlassen, naast automaatlassen. In de busafdeling werkt reeds verscheidene jaren een las-FMS (Flexible Manufacturing System). Werknemers monteren in de dag de onderdelen op kalibers. Deze worden in een geautomatiseerd tussenmagazijn opgeslagen. Het robotsysteem haalt 24 uur de kalibers uit het magazijn, de robot last de onderdelen en de kalibers worden teruggeplaatst. De afgewerkte stukken worden tijdens de dagshift ontladen en weggeplaatst.

Op dit ogenblik wordt geïnvesteerd in lasrobotinstallaties voor de bedrijfsvoertuigen. De eisen rond robotlassen liggen hier vooral op het gebied van flexibiliteit, want de series zijn kleiner. Een half jaar geleden werd een nieuwe lascel met vier werkposten voor kleinere onderdelen geïnstalleerd. Zeer recent is een robotcel voor het lassen van grote kaders voor tankcontainers in gebruik genomen. Om de onnauwkeurigheden van lasnaadposities te corrigeren, is de robot uitgerust met een tastsensor die de juiste positie van de lasnaden detecteert. Beide installaties zijn geleverd door Valk Welding en uitgerust met Panasonic robots met mogelijkheid van offline programmering. Technisch Management sprak met dhr. De Wilde van de afdeling bedrijfswagens.

Lassen van kleine onderdelen
Ook aan bedrijfsvoertuigen zijn tal van kleine onderdelen die voldoende frequent voorkomen om ze met een lasrobotinstallatie te lassen. In de afdeling bedrijfsvoertuigen stonden reeds robotinstallaties. Zoals vroeger veelal gebruikt werd, gaat het om installaties met twee werkposities: één waarin de operator de onderdelen in het kaliber legt en vastmaakt en één waarin de robot last. Elke werkpost werkt met een aan het te lassen onderdeel aangepast kaliber waarin de onderdelen van het werkstuk met klemverbindingen worden gepositioneerd. Door het kaliber steeds op dezelfde positie op de werkpost (bijv. op een welbepaalde positie van een draaitafel) te monteren, kan men er voor zorgen dat bij elke productieserie (die desgevallend met dagen verschil kunnen worden geproduceerd) de verschillende onderdelen van het werkstuk - en dus ook de te lassen naden - steeds zeer nauwkeurig op dezelfde plaats gepositioneerd zijn en met hetzelfde robotprogramma kunnen worden geproduceerd. De robot kan door een draaiing van 180 graden van de ene werkpost naar de andere gaan en er zijn lasprogramma afwerken. De ondervinding leerde dat in lascellen met twee werkposities de robot en/of de operator nog dikwijls stilstaan: lastijd en montagetijd kunnen verschillen, een verwisseling van de kalibers (als men een ander type onderdeel wenst samen te lassen) doet de productie in de cel stilvallen. Ook worden klassieke lasrobots door "teach in" op de robot én op de juiste lasplek geprogrammeerd. Dus voor een lascel met twee werkposten dient de robot tweemaal te worden. Al deze aspecten "eigen aan een klassieke lasrobotcel" vergen per laspositie vrij veel (onrendabele) tijd die niet als productietijd kan worden gebruikt, zeker als een "hoge flexibiliteit" (dus vele kleine reeksen van verschillende onderdelen) wordt geëist. Men kan dus duidelijk niet het maximale rendement uit de investering halen, behalve als men een dergelijke installatie gebruikt voor grote reeksen gelijke onderdelen (en dat is in feite niet de bedoeling van een lasrobotcel).

De nieuwe lasrobotcel voor de productie van kleine onderdelen werd ondertussen een half jaar geleden opgestart. Het is de bedoeling om zo veel mogelijk verschillende (kleinere) onderdelen te lassen op een zo efficiënt mogelijke wijze. Ondertussen worden er reeds meer dan 100 verschillende op de cel geproduceerd. Om de flexibiliteit te kunnen garanderen, werd in de nieuwe lasrobotinstallatie geopteerd voor vier werkposten en (als gevolg hiervan) voor een robot op slede die zich horizontaal kan verplaatsen. Het is gemakkelijker de operatortijd en zijn werkinhoud (externe bewerkingen als het aanhalen van onderdelen, controle en naslijpen van lasnaalden…) af te stemmen op de lastijd. Het is mogelijk bij productwissel kalibers te verwisselen zonder de lasrobot stil te leggen. Bij het uitkijken naar de gepaste leverancier, kwam dhr. De Wilde tot het besluit dat de meeste lasrobots op de markt goed werken. De echte verschillen zitten hem in de "intelligentie" van de machine. Deze intelligentie is echter zeer sterk bepalend voor het uiteindelijke rendement. Belangrijk zijn bijv. de programmeermogelijkheden. Verschillende cellen betekenen bij klassieke robotcellen ook verschillende malen programmeren per werkstuk. Dat heeft te maken met het feit dat in elke werkcel een manipulator staat, die toelaat de werkstukkalibers te draaien om het werkstuk op een betere wijze aan de laskop van de robot aan te bieden (een extra as). Op deze "draaitafel" worden dus de kalibers op een vaste positie gemonteerd. Elke draaitafel heeft een eigen hoogtepositie bij horizontale stand, elke draaitafel heeft een eigen grondpositie. Er werd op de markt rondgekeken naar alternatieven en de keuze is gevallen op Panasonic omdat deze toeliet offline te programmeren en zonder veel modificaties direct aan het werk te gaan. Elke werkcel heeft een voor de robot gekalibreerde "nulpuntpositie" (waarop trouwens na een botsing de robot telkens opnieuw wordt gekalibreerd). Alle belangrijke positiegegevens (plaats van de tafel, horizontaal niveau van de tafel) worden eenmalig ingebracht, wat gebeurt via metingen met de robot. Op basis hiervan kan men lasprogramma' s die via "teach in" op één robotcel zijn aangemaakt offline van de ene cel naar de drie andere cellen overbrengen via in het programma aanwezige herpositioneringsberekeningen. In de praktijk wordt per cel een identiek kaliber aangemaakt, dan wordt op één van de werkstations het programma met "teach in" gerealiseerd en dat programma wordt via een kabelverbinding overgenomen door een PC in de werkvoorbereiding en door een CAD-programmeur offline overgezet op de andere cellen. De productie kan starten. De Panasonic software laat toe de lasprogrammering uit te voeren vanaf een CAD-tekening.

De praktijk leert zelfs dat vrij eenvoudige onderdelen, waarvan men regelmatig reeksen van een tiental stuks wil produceren, op rendabele wijze met de robotcel kunnen worden gelast: de tijdwinst door het robotwerk is dan voldoende om de aanmaak van een kaliber (tussen enkele dagen tot weken werk) en de investering in de programmatuur te rechtvaardigen. Doordat in het voortraject wordt gewerkt met CNC-geprogrammeerde plooi- en snijbanken en CNC-geprogrammeerde boormachines, is ook de productienauwkeurigheid van de onderdelen voldoende om zonder extra maatregelen te worden gebruikt in een lasrobotinstallatie. Kaliberwissel kan gebeuren op minder dan een uur en, omdat men vier werkposities heeft, zonder dat de lasrobot hiervoor een ogenblik moet stilstaan. Voor zeer kleine stukken worden per draaitafel verschillende kalibers gezet, waardoor per werkpost meerdere werkstukken kunnen worden gemonteerd en gelast. Het succes van de investering én de hoeveelheid onderdelen die moeten worden geproduceerd is dusdanig groot, dat werd besloten om een tweede lasrobot met opnieuw vier werkposten te installeren.

Lassen van grote stukken met positioneersensor
Uniek is de nieuwe Panasonic robotinstallatie voor het lassen van kaders, draagconstructies van tankcontainers met afmetingen van 2,5 x 3 m. Vermits er op dit ogenblik 8 dergelijke containers per dag worden gemaakt en er twee kaders per containers nodig zijn, is het productievolume voldoende groot om te investeren in een specifieke lasrobotinstallatie. Het is de bedoeling de robot in 2 shifts te laten werken. De lastijd werd t.o.v. het manueel lassen sterk gereduceerd.

Het gaat om een lasrobotinstallatie die met de technologie van vijf jaar geleden nog niet te verwezenlijken was. De installatie omvat (op dit ogenblik) vier werkposten en een lasrobot die in hangende positie is gemonteerd op een slede. Deze slede kan zich horizontaal bewegen op een langsgeleiding met een effectieve rijweg van 23 meter. Het nuttig werkbereik van de robotinstallatie bedraagt zo 112 vierkante meter over een lengte van 27,25 meter. In de toekomst wil men de installatie dubbel zo lang maken, er drie extra werkposten bijmaken en op dezelfde langsgeleiding twee robotsledes naast elkaar laten bewegen. Ook in deze installatie staat er per werkpost een draaimanipulator (geschikt voor de manipulatie van gewichten tot 2 ton). Tussen de twee aandrijfpunten van de draaimanipulator is een mal voorzien voor de montage van het kaliber voor een specifiek kadertype. De kiptafel laat toe het kader te draaien en boven- en onderaan te lassen zonder manuele manipulaties. De mal tussen de twee draaipunten van de manipulator heeft in zijn horizontale stand een hoogte die het voor de operator mogelijk maakt de onderdelen voor het kader op een ergonomische manier te klemmen. Hij draait excentrisch waardoor men geen vloerput diende te voorzien voor het 180 graden doordraaien van het kader, enkel de benodigde ruimte per werkpost is hierdoor groter geworden. Ook bij deze cel laat de offline programmering toe een programma (toch enkele uren tot dagen werk, en er is een groot aantal variante kaders) om te zetten van de teach mode van één werkplek naar een lasprogramma voor de andere werkplekken. Dat bespaart heel wat werk en verhoogt de productietijd.

In deze toepassing is de lasrobot voorzien van een "lasnaad detectiesysteem" om dimensionale onnauwkeurigheden in de onderdelen te kunnen compenseren. Een kader voor een container bestaat uit een aantal gietstukken en voorgelaste constructies. Deze onderdelen zijn niet volledig maatvast: ze kunnen enkele millimeters afwijken, wat voor dergelijke onderdelen niet veel is, maar voor de lasrobot een moeilijkheid. Lasnaden die millimeters van plaats verschoven zijn, zijn met een vast programma niet behoorlijk te lassen. Dat betekent m.a.w. dat verschillende lassen slecht zullen zijn: het ene onderdeel kan doorgebrand zijn, het andere krijgt een losse las…Moeilijkheden dus.

Met dat detectiesysteem wordt per naad, voor er wordt gelast, de lasnaadverschuiving afgetoetst. Als alle randen van de naad gedetecteerd zijn en hun positie is vastgesteld, wordt door het lasprogramma de verschuiving en de aangepaste laspositionering berekend en de robot kan zijn laswerk beginnen. De sturing van de Panasonic robot laat deze hercalculatie toe. De installatie werd in eerste instantie geleverd met het op de markt gekende conventionele inductiesysteem. Door de gecoate producten en de door Van Hool uitgezochte kritische lasparameters (moeilijke lasposities met garantie van een kwalitatieve lasnaad, wat gezien het doel van de eindproducten een absolute eis is), verstoorde de vervuiling van de toorts af en toe de detectie van het product. Om dit probleem op te lossen ontwikkelde Valk Welding speciaal een elektronische sturing, die het inductieve systeem vervangt. De stabiele sensor blijft behouden (de bedrijfszekerheid van deze sensor wordt al jaren op de Panasonic-installaties bewezen) en in de besturing wordt een elektronisch systeem toegevoegd. Het voordeel van dit systeem is dat de grote vervuiling van de gaskop minder invloed heeft op het "touch sensing". De gevoeligheid van dit systeem kan eveneens "op maat" worden ingesteld zodat men een optimale werking kan bekomen. Deze regeling is bij een conventioneel inductiesysteem niet mogelijk. Elke werkplaats is uitgerust met elektriciteit en met de nodige aanvoerleidingen voor het lassen (CO2, argon, menggassen…). Dat laat toe manueel te lassen (correcties, niet per robot uit te voeren lassen…) zonder dat de mensen eerst lange leidingen moeten aanleggen, lasapparatuur verslepen…

De cellen met de werkposten worden tijdens het lassen beschermd met behulp van diodelichtgordijnen, wat toe laat onbelemmerd visueel zicht te houden op de cel en toch een veilige afschakeling te realiseren als de cel tijdens het robotlassen door een werknemer wordt betreden. Een cel moet door de operator worden vrijgegeven alvorens de robot ze kan betreden en gaan lassen. Er is geen territoriumbewaking, want dit is niet mogelijk met een bewegende robot op de werkplek. De robot kan in "veiligheidsmode" met verlaagde snelheid worden gezet als onderhouds werkzaamheden dienen te worden uitgevoerd, die vereisen dat er mensen in de robotcel zijn en er de robot in werking moeten brengen. De installatie is volledig door Valk Welding geleverd, die het geheel heeft voorzien van een CE-labeling.

(Bron: Technisch Management - Februari 1999)