Коботы в сварке: из чего состоит ячейка, где окупается и как обеспечить безопасность
Сварочная ячейка на коботе — кобот, источник MIG/MAG или TIG, горелка, стол с оснасткой, вытяжка и экраны. Как её обучают ведением руки, для каких партий она подходит, что говорят производители и почему дуга не отменяет защиту.
Редакция MetalGuide7 мин чтенияОбновлено
Из чего состоит сварочная ячейка на коботе
Сам кобот не варит — он держит горелку и повторяет траекторию. Всё остальное в ячейке то же, что у обычного сварочного поста, плюс то, что нужно для повторяемости и защиты людей.
Элемент | Что делает | На что смотреть |
|---|---|---|
Кобот | держит горелку, повторяет записанную траекторию | досягаемость до дальнего шва с нужным углом горелки, грузоподъёмность |
Источник и подающий механизм | интерфейс связи с контроллером кобота, готовые программы режимов | |
Горелка с кабель-пакетом | подводит ток, проволоку и защитный газ | воздушное или водяное охлаждение под ток и продолжительность включения |
Стол с оснасткой | базирует и прижимает детали, подводит сварочный ток | повторяемость положения шва, доступ горелки, защита упоров от брызг |
Местная вытяжка | удаляет сварочный аэрозоль у места сварки | заборник у дуги, не мешающий газовой защите |
Экраны, шторки, смотровые окна | защищают людей рядом от излучения дуги и брызг | несгораемый материал, высота, закрытие во время сварки |
Комплектации производителей сходятся в этом составе. Fronius для своих ячеек перечисляет позиционеры с поворотом и наклоном, задние бабки, станции очистки горелки, вытяжку и автоматически закрывающиеся защитные экраны. Kemppi описывает свой комплект как сварочный аппарат, компактный модуль связи с коботом, горелку для кобота и мобильное приложение.
Как кобота учат: ведение рукой
Промышленного сварочного робота программируют с пульта обучения или в офлайн-системе. У кобота главный способ — проведение вручную: оператор берёт горелку, подводит её к точке и подтверждает кнопкой.
- Fronius называет это Guide and press: сварщик ведёт горелку к началу, по контуру и к концу шва и на каждой точке нажимает кнопку подтверждения. Программу собирают перетаскиванием блоков — движение, сварка, сварка с колебаниями.
- FANUC для CRX указывает обучение точек ведением рукой и планшетный интерфейс с перетаскиванием команд. Сварочное ПО ARC Tool поддерживает колебания горелки, отслеживание шва, многопроходную сварку и машинное зрение iRVision.
- Lincoln Electric в комплекте Cooper объединяет FANUC CRX-10iA/L с источником Power Wave R450 и заявляет интерфейс, которым можно пользоваться без опыта программирования роботов.
Для сложной геометрии есть офлайн-программирование: Fronius заявляет для своей системы Pathfinder экономию до 80 % времени на программировании сложных деталей, причём программу готовят, не останавливая сварку.
Ведение рукой не отменяет технологию. Угол наклона горелки, вылет проволоки, порядок швов и режим задаёт сварщик — ошибки обучения кобот повторит на каждой детали. Что влияет на стабильность сварки робота и как готовить детали, разобрано в статье «Роботизированная сварка».
Где сварочный кобот оправдан, а где нет
Производители позиционируют сварочные коботы на малые серии и единичные детали с частой сменой номенклатуры. Кобот выигрывает не скоростью, а тем, что его быстро переучивают на новую деталь сами сварщики, без программиста.
Ситуация | Кобот | Почему |
|---|---|---|
Много похожих узлов партиями по несколько десятков штук | оправдан | обучение делит время на всю партию, сварщик освобождается от повторяющихся швов |
Длинные прямые или кольцевые швы на однотипных деталях | оправдан | траектория простая, обучение быстрое |
Детали с большим разбросом размеров и зазоров | с оговорками | нужны поиск и отслеживание шва; без них — несплавления и прожоги |
Единичная крупная конструкция со швами в разных положениях | чаще нет | обучение займёт больше, чем ручная сварка; доступ горелки ограничен досягаемостью |
Крупная серия с коротким циклом | нет, нужен робот | промышленный робот быстрее, ячейка всё равно закрыта ограждением |
Толстый металл, многопроходные швы большим током | проверять | нужна горелка с водяным охлаждением и программа многопроходной сварки |
Общие критерии применимости коботов — масса, скорость, характер опасностей — разобраны в статье «Коботы: где уместны». Там же — таблица паспортной грузоподъёмности и способы совместной работы по ГОСТ Р 60.1.2.3-2021.
Как прикинуть, выгоден ли кобот на партии
Кобот варит не быстрее сварщика, выигрыш даёт доля времени горения дуги и то, что сварщик параллельно собирает следующий узел. Первая прикидка — доля дуги в цикле с учётом обучения, распределённого на партию.
Kд = tд / (tд + tз + Tоб / n)
- Kд
- доля времени горения дуги
- tд
- время сварки одной детали, мин
- tз
- время загрузки и выгрузки детали, мин
- Tоб
- время обучения кобота на эту деталь, мин
- n
- число деталей в партии
Пример (условные значения). Сварка детали 6 мин, загрузка и выгрузка 4 мин, обучение 60 мин. Партия 10 штук: Kд = 6 / (6 + 4 + 6) ≈ 0,38. Партия 50 штук: Kд = 6 / (6 + 4 + 1,2) ≈ 0,54. Та же ячейка на большой партии полезнее почти в полтора раза. Если загрузку вынести на вторую позицию стола, как в двухстанционных ячейках, tз из цикла уходит и доля дуги растёт ещё. Деньги по такому расчёту считают по методике из статьи «Окупаемость роботизации».
Безопасность: «коллаборативный» не значит «без защиты»
Коллаборативность относится к манипулятору: ограничение усилия и скорости защищает от удара рукой робота. Сварочная дуга, брызги, горячий шов и сварочный аэрозоль — отдельные опасности, функция кобота их не снимает. FANUC прямо пишет, что итоговые требования безопасности к сварочной ячейке на коботе определяются применением, оснасткой, планировкой и оценкой рисков.
Что требуют правила по охране труда при электросварочных работах (приказ Минтруда России № 884н):
- стационарное место автоматической и механизированной сварки в защитных газах оснащают встроенными в оснастку или сварочную головку устройствами удаления вредных газов и пыли (п. 18);
- на участках электросварочных поточно-механизированных линий для автоматизированных процессов, у которых аэрозоли, газы и излучения выше ПДК и ПДУ, предусматривают дистанционное управление и (или) СИЗ (п. 19);
- нестационарные рабочие места сварки открытой дугой в помещении отделяют от смежных мест и проходов несгораемыми экранами высотой не менее 1,8 м; если экранирование невозможно, людей защищают СИЗ (п. 21).
На практике производители так и поставляют ячейки. Fronius пишет, что современные сварочные ячейки на коботах обычно полностью закрыты, имеют вытяжку и смотровые окна, а корпус, вытяжка и СИЗ названы условием правильной работы. Во время обучения дуги нет, и оператор работает рядом с коботом. Во время сварки он выходит, шторка закрывается, и человек защищён от дуги так же, как у ручного поста.
Паспортные данные готовых решений
Цифры — с сайтов производителей. Грузоподъёмность — на фланце, в неё входит горелка с креплением.
Решение | Что входит, по данным производителя | Данные |
|---|---|---|
Lincoln Electric Cooper на FANUC CRX-10iA/L | кобот, источник Power Wave R450, тележка с воздушным или водяным охлаждением горелки или без тележки | 10 кг, досягаемость 1418 мм; рабочая зона тележки 1117,6 × 889 мм, стол до 226 кг |
FANUC CRX для сварки | ПО ARC Tool: колебания, отслеживание шва, многопроходная сварка, iRVision | CRX-10iA/L — 10 кг и 1418 мм, CRX-20iA/L — 20 кг и 1418 мм, CRX-30iA — 30 кг |
Fronius CWC-S, CWC-D, CWC-mobile | ячейки на коботе с оснасткой и защитой; CWC-D — две станции, CWC-mobile — переносная | CWC-S — под малые и средние серии; у CWC-mobile заявлена концепция безопасности с CE |
Kemppi | сварочный аппарат, модуль связи с коботом, горелка для кобота, мобильное приложение | состав комплекта — по данным Kemppi |
Universal Robots | сварочные комплекты партнёров через экосистему UR+ | производитель указывает MIG и TIG |
Перед покупкой проверьте досягаемость до самого дальнего шва с нужным углом горелки, совместимость источника с контроллером кобота, наличие поиска и отслеживания шва и то, что входит в поставку: экраны, вытяжка, стол, позиционер. Готовая ячейка с защитой и сертификатом производителя обычно проще в запуске, чем кобот, собранный с источником «по месту».
Вопросы и ответы
Можно ли варить коботом без ограждения?
Функции совместной работы ограничивают опасность от манипулятора, но не от дуги, брызг, горячего металла и сварочного аэрозоля. Правила по охране труда при электросварочных работах (приказ Минтруда № 884н) требуют отделять нестационарные места сварки открытой дугой в помещении несгораемыми экранами, а если экранирование невозможно — защищать людей СИЗ. Производители сварочных коботов поставляют ячейки с экранами, шторками и вытяжкой.
Сколько деталей нужно, чтобы кобот окупился?
Универсального порога нет. Считайте долю времени горения дуги в цикле с учётом загрузки и обучения на партию: если обучение занимает больше времени, чем сварка всей партии, кобот не выиграет у сварщика. Методика расчёта окупаемости — в статье про окупаемость роботизации.
Чем сварочный кобот отличается от сварочного робота?
Процесс тот же — MIG/MAG или TIG, те же требования к точности сборки и оснастке. Отличия в обучении ведением руки, меньшей скорости и грузоподъёмности и в том, что ячейку проще переставить. Промышленный робот быстрее и выгоднее на больших сериях.
Нужен ли сварщик, если есть кобот?
Нужен. Кобота обучает сварщик: он выбирает режим, угол горелки, порядок швов и оценивает качество. Кобот снимает с него повторяющуюся работу в маске, но не технологию.
Термины
Источники
- Fronius USA — Cobot welding (CWC-mobile, CWC-S, CWC-D, обучение Guide and press, Pathfinder)
- Fronius Blog — Cobot welding for SMEs
- FANUC America — Welding cobots and cobot welding packages
- FANUC America — Cooper CRX-10iA/L Welding Cobot (Lincoln Electric)
- Universal Robots — Welding applications
- Kemppi — Cobot welding solutions
- Правила по охране труда при выполнении электросварочных и газосварочных работ (утв. приказом Минтруда России от 11.12.2020 № 884н)
- ГОСТ Р 60.1.2.2-2016/ИСО 10218-2:2011 Роботы и робототехнические устройства. Требования по безопасности для промышленных роботов. Часть 2. Робототехнические системы и их интеграция
- ГОСТ Р 60.1.2.3-2021/ISO/TS 15066:2016 Роботы и робототехнические устройства. Требования безопасности для роботов, работающих совместно с человеком
Читать также
Роботизация6 мин
Коботы в металлообработке: где уместны, где нет и что говорят стандарты
Что такое коллаборативная работа по ИСО 10218 и ISO/TS 15066, четыре способа совместной работы, где кобот оправдан в цехе металлообработки, где нет и как проверить грузоподъёмность по паспорту.
Роботизация7 мин
Роботизированная сварка — как подготовить детали, оснастку и узел, чтобы робот варил стабильно
Что нужно для стабильной роботизированной сварки — точные заготовки и сборка, повторяемый кондуктор, поиск шва касанием, по дуге или лазером, позиционер, выбор процесса, очистка горелки и программирование — и что может сделать конструктор узла.
Сварка6 мин
MIG/MAG, TIG и MMA: чем отличаются способы дуговой сварки и что где применять
Полуавтомат в защитном газе, аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом и ручная дуговая покрытыми электродами — принцип, газы, материалы, толщины, производительность и номера процессов по ГОСТ Р ИСО 4063.
Экономика цеха6 мин
Окупаемость робота в цехе: что считать вложениями и эффектом, срок окупаемости и ЧДД
Как посчитать окупаемость роботизированной ячейки или другой автоматизации: полный состав вложений, откуда берётся эффект, простой срок окупаемости и чистый дисконтированный доход, пример на условных числах и чувствительность к загрузке заказами.