Ứng dụng Robot hàn công nghiệp

Sự phát triển của các giải pháp hàn tự động tiếp tục được thúc đẩy bởi yêu cầu cao hơn về chất lượng sản phẩm, năng suất và giảm chi phí cho nhiều lĩnh vực công nghiệp sản xuất.

Ngoài ra, tính linh hoạt của hệ thống sản xuất, điều cần thiết để đáp ứng các biến động của thị trường và giữ tính cạnh tranh cho sản phẩm, đã trở thành mục tiêu phát triển chính của các ngành sản xuất. Kết quả là các quy trình hàn bằng rô bốt cung cấp các giải pháp thay thế hấp dẫn cho hoạt động thủ công truyền thống và tự động hóa cứng.

Kể từ ứng dụng đầu tiên của rô bốt hàn trong sản xuất công nghiệp vào đầu những năm 1960, hàn rô bốt đã mở rộng trên nhiều lĩnh vực công nghiệp sản xuất. Chỉ từ năm 2010 đến năm 2013, hơn 600.000 robot công nghiệp đã được đưa vào sử dụng trên toàn cầu. Robot hàn đã được công nhận là ứng dụng công nghiệp phổ biến nhất của robot trên toàn thế giới. Người ta ước tính rằng khoảng 25%  tất cả các robot công nghiệp được sử dụng cho các hoạt động hàn. Sản xuất ô tô (Hình 1) đại diện cho lĩnh vực công nghiệp áp dụng rô bốt hàntích cực nhất (khoảng 40% tổng nguồn cung rô bốt toàn cầu), tiếp theo là ngành điện và điện tử (khoảng 20% ​​tổng nguồn cung rô bốt toàn cầu). Ngoài hàn điểm, hai quá trình hàn rô bốt phổ biến nữa là hàn MIG và hàn TIG.

Hình 1 – Rô bốt hàn trong ngành sản xuất ô tô (Từ www.kuka.com)

Cơ bản về hệ thống robot hàn

Hệ thống rô bốt hàn cơ bản được hình thành từ hai hệ thống: thiết bị hàn truyền năng lượng từ nguồn hàn đến phôi và rô bốt cung cấp vị trí tương đối của nguồn nhiệt và phôi. Thông thường, sử dụng rô bốt công nghiệp sáu trục bao gồm cánh tay dưới ba trục và cổ tay ba trục, vì chúng cho phép mỏ hàn gắn ở cổ tay đạt được tất cả các vị trí cần thiết cho hàn ba chiều. Theo truyền thống, các rô bốt công nghiệp đa năng được sử dụng, mang theo mỏ hàn làm hiệu ứng cuối. Nhiều nhà sản xuất robot gần đây đã phát triển các loại robot chuyên dụng cho công việc hàn, nhỏ hơn và ít tốn kém hơn. Việc giảm mức vốn đầu tưcần thiết này đã làm tăng thêm việc bán các hệ thống hàn robot.

Hình 2 – Cấu hình cơ bản trạm robot hàn

Trong môi trường sản xuất, cơ kẹp phôi thường được thực hiện như một phần của hệ thống rô bốt. Các thiết bị này không chỉ mở rộng phạm vi làm việc của rô bốt hàn mà còn mở rộng khả năng tiếp cận của nó, đặc biệt là khi hàn các hình dạng phức tạp và lớn. Điều khiển của cơ cấu thao tác này thường được tích hợp với điều khiển của robot, cho phép điều khiển đồng bộhai cơ cấu này. Điều khiển tích hợp cho phép phối hợp chuyển động giữa rô bốt và phôi để duy trì vị trí hàn tối ưu (tốc độ và chất lượng hàn cao hơn) và có thể tăng tốc độ hàn (năng suất cao hơn).

Hình 3 – Robot hàn và positioner

Hàn rô bốt là sự kết hợp đầy thách thức giữa hàn, robot, công nghệ cảm biến, hệ thống điều khiển và trí tuệ nhân tạo. Được thúc đẩy bởi nhu cầu ngày càng cao về chất lượng, năng suất và tính linh hoạt được cải thiện, việc kiểm soát sự chính xác và thích ứng các quy trình hàn robot đã trở thành mục tiêu quan trọng cho sự phát triển của các hệ thống hiện đại. Các công nghệ cảm biến được thiết kế để hàn và tự động hóa của nó là những yếu tố cần thiết để kích hoạt mức độ kiểm soát mong muốn này. Các cảm biến được ứng dụng để quan sát và đo lường các thông số của quá trình hàn chính là thông số đầu vào cho hệ thống điều khiển. Bằng cách thu thập và phân tích thông tin đầu vào từ các cảm biến, hệ thống điều khiển sẽ điều chỉnh đầu ra của quy trình hàn bằng robot phù hợp với các thông số kỹ thuật của quy trình hàn đã xác định. Tùy thuộc vào chức năng của chúng, các cảm biến được phân thành hai loại: quá trình và hình học. Phương pháp đo trước đây là các thông số quy trình của quy trình hàn robot (ví dụ: điện áp hồ quang, dòng điện, tốc độ cấp dây và vòng quay của mỏ hàn), xác định độ ổn định của quy trình. Phép đo thứ hai đo dạng hình học mối hàn (ví dụ: kích thước khe hở, thay đổi kích thước mối hàn, độ lệch khỏi đường dẫn danh định và thay đổi hướng) và được sử dụng để tìm kiếm mối hàn, theo dõi đường may và hàn thích ứng theo thời gian thực. Các loại cảm biến phổ chúng như hall effect sensor, current/ voltage sensor, laser/ultrasonic sensor.

Những vấn đề còn tồn tại của robot hàn

Công nghệ robot là một giải pháp tốt để lấp đầy khoảng trống kỹ năng đang gia tăng trong ngành chế tạo hàn, nhưng việc sử dụng và lập trình robot công nghiệp vẫn là một nhiệm vụ phức tạp và khó khăn đối với những người vận hành thường xuyên. Mặc dù thực tế các kỹ thuật cảm biến hiện đại để hàn bằng rô-bốt luôn sẵn có và có độ tin cậy hợp lý, việc áp dụng chúng một cách hiệu quả trong một số ứng dụng vẫn còn nhiều thách thức. Nhiệt độ, ánh sáng cường độ cao từ hồ quang, khói, dòng điện, kim loại nóng chảy, bắn tung tóe và các yếu tố khác liên quan đến hàn có thể gây nhiễu các cảm biến. Việc phát triển và chế tạo một hệ thống điều khiển có thể sử dụng đầy đủ thông tin thu được từ các cảm biến vẫn là một nhiệm vụ khó khăn.

Tổng kết

Robot hàn là một thành phần thiết yếu của các nhà máy sản xuất ngày nay. Lợi ích chính robot hàn là sản xuất các mối hàn chất lượng cao trong thời gian ngắn hơn, tính linh hoạt cao hơn. Thông qua ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp sản xuất, hàn robot đã được phát triển thành một phương pháp sản xuất phổ biến. Các ngành công nghiệp phát triển mạnh mẽ tiếp tục thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của robot hàn và các công nghệ liên quan để khắc phục những khó khăn kỹ thuật và mở rộng năng lực của chúng.