Wyzwaniem, przed którym staje dziś coraz liczniejsze grono producentów jest dostosowanie produkcji do dynamicznie zmieniających się potrzeb rynku. Liczy się elastyczność oraz umiejętność produkowania detali o wysokiej jakości, w warunkach nasilającej się presji konkurencyjnej.

Mimo to, że produkcja przemysłowa ma dziś charakter bardzo zmienny, w wielu polskich firmach z uwagi na bariery technologiczne procesy są często realizowane w sposób sekwencyjny. Poszczególne czynności przewidziane w ramach procesu następują w ustalonej kolejności, tj. dopiero w momencie zakończenia poprzednich. Taki system produkcji wiąże się z wieloma czynnościami przygotowawczymi, które są nieuniknione pomiędzy poszczególnymi etapami właściwego procesu technologicznego. W procesach plastycznej obróbki blach są to przede wszystkim czynności związane z transportowaniem podzespołów do określonych miejsc np. z prasy tłoczącej lub piły do stanowiska spawalniczego, gdzie następuje proces ich spajania. Wymogiem, który musi zostać tutaj spełniony jest odpowiednie podanie i przytrzymanie detali, tak, aby zaistniała możliwość ich precyzyjnego spojenia np. zgrzania lub zespawania. Niestety, to z kolei wiąże się z koniecznością zapewnienia odpowiedniego oprzyrządowania spawalniczego, które w bezpośredni sposób wpływa na ogólny rachunek kosztów produkcji, szczególnie wysoki w przypadku firm, które wytwarzają szeroką gamę różnorodnych detali, a więc muszą się wyposażyć w oprzyrządowanie dedykowane do poszczególnych podzespołów.
Z uwagi na to, że większość wspomnianych czynności przygotowawczych jest realizowana przez pracowników, w sposób manualny, procesy technologiczne mają ograniczoną wydajność, a dodatkowo brakuje w nich przestrzeni do obniżania kosztów produkcji, które nieustannie rosną, przekreślając szanse producentów na poprawienie rentowności realizowanej produkcji.

Wychodząc naprzeciw potrzebom producentów inżynierowie FANUC Polska Sp. z o.o. w ramach współpracy ze swoim wieloletnim partnerem – firmą ZAP Robotyka Sp. z o.o. stworzyli innowacyjne stanowisko spawalnicze, które dostosowuje się do potrzeb procesu produkcyjnego. Wyjątkową funkcjonalność stanowiska osiągnięto stosując w nim roboty „obdarzone zmysłami”, które dzięki możliwości współpracy z systemem wizyjnym – „widzą i czują”, a dzięki temu mogą samodzielnie programować się do zadań, rozpoznawać i pobierać detale, niezależnie od sposobu ich ułożenia w określonej przestrzeni, a następnie spawać je zgodnie z potrzebą, i robić to wszystko bez pomocy operatora. Co ważne, stanowisko zostało skonfigurowane tak, by nie było potrzeby instalowania skomplikowanych mocowań spawalniczych, co przekłada się na niższe koszty aplikacji, czyniąc ją znacznie bardziej wydajną, uniwersalną i elastyczną w porównaniu do tradycyjnych stanowisk spawalniczych.

Główne elementy systemu

W ramach stanowiska FANUC zostały zintegrowane dwa roboty marki FANUC - ARC Mate 100iC/12 i LR Mate200iD oraz nowoczesny system wizyjny – FANUC iRVision, który umożliwia płynną współpracę maszyn. Dodatkowo został zaprojektowany stół procesowy (spawalniczy) oraz bufor detali wyposażony w system wizyjny.

Zasada działania stanowiska

Elementy przeznaczone do spawania znajdują się w buforze detali. Są one ułożone w sposób całkowicie losowy, nieuporządkowany. Robot FANUC LR Mate 200iD, wyposażony w system wizyjny FANUC iRVision ma możliwość samodzielnego lokalizowania i pobierania detali ułożonych w pojemniku. System iRVision pozwala znaleźć „offset” – tzn. różnicę położenia nowego detalu w relacji do położenia referencyjnego, wskazanego na etapie konfiguracji systemu. Programista dostaje gotowy wynik podany w formie rejestru wizyjnego, który może wykorzystać do chwycenia detalu ze znalezioną przez system wizyjny kompensacją. Warto podkreślić, że robot podczas czynności pobierania detali samodzielnie się programuje (funkcjonalność, którą szczególnie doceniają programiści zwolnieni z obowiązku kilkukrotnego pisania programów, w bezpośredni sposób wynika z zastosowania w aplikacji autorskiego systemu wizyjnego FANUC iRVision oraz programu do automatycznej lokalizacji detali). Robot FANUC LR Mate 200iD za pomocą chwytaka pneumatycznego pobiera detale i następnie przenosi je na stół procesowy, gdzie drugi robot – FANUC ARC Mate 100iC/12 – ma możliwość ich dalszej obróbki. Warto dodać, że robot przekazuje detale w odpowiednio spozycjonowany sposób, tak, aby od razu były one gotowe do spawania. Dodatkową zaletą systemu jest to, że robot LR Mate 200iD przytrzymuje detal w trakcie spawania wstępnego (sczepiania), dzięki czemu spawanie odbywa się w sposób bardzo precyzyjny i nie wymaga stosowania drogich mocowań spawalniczych dla każdego detalu odrębnie. Roboty komunikują się ze sobą dzięki funkcji EGD (Ethernet Global Data), za pomocą której są w stanie wymieniać między sobą sygnały. Taka komunikacja zapewnia synchronizację pracy dwóch robotów oraz stanowi – wraz z funkcją SpaceCheck – podstawę do bezpiecznej pracy we wspólnej przestrzeni zdefiniowanej dla obu robotów. Kontrolery monitorują na bieżąco położenie obu z nich i zapobiegają kolizji. Co najważniejsze – proces tego monitoringu odbywa się „w tle” – poza programem użytkownika – przez co wyeliminowane jest ryzyko błędu operatora w synchronizacji ich pracy. W pierwszej kolejności robot LR Mate 200iD przekazuje informację do robota ARC Mate-100iC, wyposażonego w osprzęt spawalniczy, dotyczącą zakończeniu pierwszego etapu procesu, tj. przeniesienia detalu z pojemnika na stół procesowy, co stanowi sygnał startowy procesu spawania.
W przypadku prezentowanej aplikacji jest realizowany proces spawania obwodowego, w czasie którego dojazd robota LR Mate200iD do strefy wspólnej jest zablokowany przez kontroler drugiego z robotów. Natomiast w drugim etapie, to robot ARC Mate 100iC, informuje robota LR Mate 200iD,
o tym, że spawanie zostało zakończone i ma on już możliwość odebrania gotowego podzespołu
i przekazania go do dalszej fazy produkcji. Robot LR Mate 200iD otrzymuje zezwolenie na wjazd do strefy wspólnej robotów, odbiera detal i przenosi go do odpowiedniego pojemnika. Każdy z robotów usuwa się w bezpieczną strefę, w momencie zakończenia swojego zadania. Warto wiedzieć, że strefa jest wyłączana w kontrolowany sposób, w momencie, gdy robot LR Mate 200iD przytrzymuje spawany detal.

Roboty FANUC zastosowane w aplikacji

Robot FANUC LR Mate 200iD zastosowany w tej aplikacji to udoskonalony robot firmy FANUC, stworzony do integracji z maszynami standardowymi oraz maszynami specjalnego przeznaczenia, jak również operacji pick’n’place. Ulepszone parametry jego konstrukcji sprawiają, że robot jest doskonałym rozwiązaniem dla systemów transportowych i montażowych o wysokiej wydajności. Dzięki jeszcze mniejszej wadze i smuklejszej sylwetce, robot wykorzystuje mniejszą powierzchnię hali produkcyjnej, oferując jednocześnie większe osiągi, w zakresie szybkości osi, udźwigu (do 7kg) i wykorzystania obszaru pracy. Przykładowo: w stosunku do swojego poprzednika (LR Mate200iC) całkowita szerokość ramienia zredukowana została do 235 mm, natomiast prędkości kątowe zwiększone do 450°/s, 380°/s, 520°/s, 550°/s, 545°/s, 1000°/s – odpowiednio dla osi od J1 do J6.  Nowy LR Mate dopuszcza teraz także zamontowanie obciążenia o większych momentach bezwładności. Zastosowane udoskonalenia predysponują robota do pracy w zwartych gniazdach zrobotyzowanych, na liniach produkcyjnych oraz montażu bezpośrednio do lub na maszynie. 

Warto podkreślić, że ten model robota może być wyposażony w zintegrowane czujniki (siły lub wizji),
co w bardzo dużym stopniu zwiększa funkcjonalność maszyny. W zakresie sterowania robot wykorzystuje nowy, energooszczędny kontroler R-30iB. Urządzenie to gwarantuje jeszcze większą wydajność, przy zwiększonym poziomie oszczędności energii (zmniejszenie poboru energii do 38%!). Dzięki czemu stanowi optymalne kosztowo rozwiązanie do budowy systemów transportowych dla maszyn, jak również całych systemów. R-30iB jest jedynym na rynku kontrolerem, który posiada wbudowany system wizyjny w tzw. standardzie.

System wizyjny FANUC pozwala na automatyczną kalibrację punktu centralnego TCP (iRVision Torch Mate) oraz samodzielne odnajdowanie detali w przestrzeni 2D, 2.5D oraz 3D (iRVision 3DL Sensor). Te wyjątkowe cechy robota decydują o tym, że nie tylko gwarantuje on niedoścignioną jakość spajania detali, ale także samodzielną kontrolę tego procesu.

Z kolei robot FANUC ARC Mate 100iC to urządzenie, które zostało wyposażone w szereg nowoczesnych funkcji, które gwarantują jego efektywną pracę, stałą niezawodność oraz oszczędność energii.
Jest to maszyna, która osiąga największe prędkości osiowe, spośród wszystkich robotów spawalniczych. Wygodną dla użytkownika funkcjonalnością robota jest to, że posiada on specjalnie przygotowane miejsce na osi nr 3, gdzie z łatwością można zamontować podajnik drutu, który jest wprowadzony bezpośrednio do otworu w ramieniu robota. Takie rozwiązanie sprawia, że podajnik nie wystaje nadmiernie poza ogólny obrys robota, a w efekcie nie ogranicza zakresu ruchów robota. Przewody umieszczone w środku ramienia są chronione przed uszkodzeniem, a co najważniejsze w trakcie procesu istnieje możliwość równomiernego podawania drutu spawalniczego bez zatrzymania procesu.  Robot jest wyposażony w nowy iPendant umożliwiający sterowanie, za pomocą specjalnych klawiszy, dodatkowymi osiami zamontowanymi np. w pozycjonerze. To z kolei ułatwia programowanie bez konieczności przełączania się pomiędzy oknami na wyświetlaczu. Przy wykorzystaniu funkcji 4D Graphics użytkownik może również oglądać pracę celi zrobotyzowanej w 3D, a klawisz „i” pozwala na szybki dostęp do statusu procesu. ARC Mate 100iC może być montowany w dowolnej pozycji. Znajduje zastosowanie zarówno na torach jezdnych podwieszanych, słupo-wysięgnikach oraz w innych konstrukcjach wymaganych do stworzenia aplikacji spawalniczej.  FANUC ARC Mate 100iC jest robotem wyjątkowym na tle wszystkich obecnie dostępnych na rynku.

W aplikacji zastosowano dedykowane oprogramowanie systemowe ARC TOOL, stworzone z myślą o aplikacjach spawalniczych. Umożliwia ono łatwe połączenie oraz możliwość komunikacji z wiodącymi na rynku źródłami spawalniczymi: LINCOLN ELECTRIC, FRONIUS, OZAS-ESAB, LORCH, SKS czy KEMPI. Dodatkowo możliwe jest korzystanie z zaawansowanych funkcji procesowych m.in. możliwości wykrywania detalu, śledzenia miejsca spoiny, skrócenia czasu projektowania trajektorii, wydłużenia czasu „załączonego łuku”, oscylacji, wysokoczułego i programowanego systemu wykrywania kolizji, zakończenia jeziorka spawalniczego, spawania detali o znacząco zróżnicowanych grubościach.