Soluciones de soldadura autónoma: Comparativas y análisis experto

GarLine y SharpTrack — soluciones de seguimiento de cordón de vanguardia para "soldadura autónoma"

La fabricación se vuelve cada vez más automatizada y exige soluciones fáciles de usar. En el sector de la soldadura, debido a la falta de personal de soldadura cualificado, las soluciones de soldadura automatizadas y robóticas están en alta demanda y al mismo tiempo se vuelven más rentables para fabricantes y talleres. Muchas soluciones existentes pueden considerarse "semiautomatizadas", pero requieren interacción constante del operador, un largo período de configuración de soldadura y un operador altamente capacitado. La soldadura robótica completamente automatizada puede llamarse "Soldadura Automática". Sin embargo, si se requiere muy poca interacción del operador y las tareas de configuración se simplifican enormemente, esta solución puede llamarse "autónoma". Pero es difícil lograr autonomía con mínima actividad del operador. Una solución de soldadura robótica requiere mejoras en el proceso para volverse verdaderamente autónoma o sin conductor, como sensores de seguimiento/búsqueda de cordón láser con inteligencia integrada adecuada para ejecutar estrategias de soldadura óptimas en cualquier momento.

Tecnologías disponibles para soldadura automatizada o semiautomatizada

En un artículo publicado en Motoman.com el 31 de marzo de 2022, Joshua Leath ofreció una guía sobre las diversas opciones para soldadura automatizada. Identificó cinco categorías generales: Detección por Tacto, Detección por Hilo, Detección a Través del Arco, Detección por Punto Láser y Detección por Perfil Láser. También dividió las tareas automatizadas entre Búsqueda de Cordón y Seguimiento de Cordón:

Búsqueda de cordón vs. Seguimiento de cordón

"¿Cuál es la diferencia entre búsqueda de cordón y seguimiento de cordón?" y "¿Cómo sé cuándo usar búsqueda vs. seguimiento?" Son preguntas frecuentes de nuestros expertos en soldadura robótica. Teniendo esto en cuenta, aquí hay varios aspectos a considerar al decidir cómo proceder con el proceso de soldadura robótica:

Búsqueda de cordón (Seam Finding)

Para que un robot localice con precisión una junta de soldadura antes de comenzar, se recomienda búsqueda de cordón o junta de alta velocidad. Las piezas inevitablemente tendrán algún rango de variación, pero el objetivo es minimizar esa variación con piezas y utillaje especificados, y estar dentro del medio ancho de un hilo de soldadura en la junta. Este proceso puede realizarse de varias formas mediante diversas tecnologías, permitiendo al robot encontrar la junta. Una vez descubierta la junta encontrando usualmente dos o más puntos conocidos en la pieza, la ruta del programa se desplaza por el robot para completar la soldadura. El tipo de búsqueda requerido viene dictado por dos factores principales: el tiempo de ciclo esperado y el tipo de junta. La búsqueda de cordón es una de las funciones de soldadura más populares, y a menudo se logra mediante las siguientes opciones de contacto y sin contacto:

Detección por tacto (Touch Sensing) — Ideal para encontrar la orientación de piezas con juntas y geometrías simples, este método, también conocido como "tacto por hilo", implica el contacto físico de un hilo de soldadura del extremo de la antorcha para detectar la superficie conductiva de la pieza a soldar. La baja velocidad del robot y el eventual contacto completan un circuito con una baja tensión alimentada a través del hilo. También puede hacerse con la boquilla de la antorcha en algunos escenarios. Se completa a través de funciones integradas en una fuente de poder de soldadura diseñada para automatización; sistemas como el paquete Touch Sense de Yaskawa usan un circuito de baja tensión durante una búsqueda a baja velocidad para determinar la mejor posición para la junta.

Detección por hilo (Wire Sensing) — Similar al tacto, donde un hilo de la antorcha hace contacto táctil con la pieza, esta opción usa un servomotor en la antorcha para mover el hilo rápida mente arriba y abajo mientras el robot se mueve sobre la pieza. Esto permite localizar fácilmente juntas solape y medir elementos como altura de material y huecos.

Detección por punto láser (Laser Point Sensing) — De dos a cinco veces más rápido que la detección por tacto, el uso de un sensor láser puntual básico (montado en la antorcha) captura la ubicación y orientación de una pieza casi tan rápido como dispara el láser, proporcionando búsqueda de cordón rápida y precisa.

Búsqueda de cordón láser (Laser Seam Finding/Search) — Capaz de captar más características en un solo barrido que un sensor de punto láser, el uso de una interfaz de láser de perfil (opción de software), como MotoEye™ SF de Yaskawa, proporciona medición de junta extremadamente rápida. Fanuc America Corporation ofrece una característica similar llamada opción SW R901. Esta solución funciona bien con un dispositivo sensor que usa ópticas de imagen de rango multi-láser 3D para proporcionar las mediciones/datos de hueco de junta necesarios al robot antes de comenzar la soldadura.

Ventajas:

• Funciona en diferentes materiales en toda iluminación
• Fácil de enseñar con macro trabajos
• Proporciona datos de hueco de junta
• Longa distancia focal; montaje alejado del arco
• Localiza 2.5D; offset y profundidad
• Compacto y autónomo
• Interfaz I/O adaptable a controles antiguos

Desventajas:

• Complejidad media-alta; se sugiere entrenamiento en sistema de visión
• Puede restringir acceso a pieza/utillaje
• Campo de visión de 40-50mm puede requerir múltiples búsquedas para grandes offsets

Seguimiento de cordón (Seam Tracking)

A menudo simplificando la programación, esta opción usa tecnología innovadora para equipar al robot para rastrear la posición de soldadura en tiempo real durante el proceso. El seguimiento es popular para aplicaciones donde puede ocurrir distorsión al soldar una pieza o para piezas fundidas pesadas, y comúnmente se realiza mediante:

Seguimiento a través del arco (Through-the-arc Seam Tracking) — Mejor para piezas con cordones largos o curvos, variables entre piezas, un rastreador a través del arco como ComArc LV (baja tensión) de Yaskawa utiliza un sensor de estado sólido montado cerca de la fuente de poder para medir activamente características del arco durante la secuencia. Esto determina variaciones entre la ruta enseñada al robot y la ruta real del cordón.

Seguimiento de cordón láser (Laser Seam Tracking) — Sugerido para material con cordones variables que demandan el tiempo de ciclo más rápido posible, este método combina un láser de alto rendimiento con un controlador de alta velocidad para encontrar el cordón y la ubicación de la pieza en tiempo real mientras se suelda. Es la solución ideal para producción de alta mezcla, bajo volumen como en un taller de trabajos. El enfoque también requiere menos utillaje que enfoques semiautomatizados o automatizados. Un programa dedicado compensa la ruta, incluso si la pieza se mueve, y se adapta a parámetros de soldadura para ubicación y variación del cordón.

Ventajas:

• Rastrea fiablemente juntas solape de calibre delgado
• Soporta altas velocidades de avance (>100 IPM)
• Movimiento de zigzag con seguimiento posible
• El seguimiento no se ve afectado por ajustes de soldadura
• Soporta movimiento coordinado
• Interfaz Ethernet disponible
• Cámara endurecida contra arco de soldadura
• Función de soldadura adaptativa; velocidad y ajustes

Desventajas:

• Alta complejidad y a veces (no siempre) alto coste
• Entrenamiento en sistema de visión requerido
• Sensor montado en antorcha restringe acceso a espacios reducidos
• Radio de seguimiento limitado a 40-60 mm
• Limitado a dos robots por sistema

Beneficios de usar sensores de perfil láser GarLine para seguimiento y búsqueda de cordón

Podemos ver en el análisis detallado del Sr. Leath que hay varias formas de proporcionar automatización de soldadura. Pero muchas técnicas se quedan cortas de la verdadera autonomía, significando operación sin supervisión, control adaptativo y alta facilidad de uso. La última solución que ofreció el Sr. Leath fue búsqueda/seguimiento de cordón por perfil láser. Ofrece el mayor grado de autonomía ya que mira hacia adelante en el cordón para definir la ruta del robot para realizar la soldadura y, mediante un procesador integrado (con GarLine), tiene procesamiento de señal rápido y puede hacer ajustes sobre la marcha de la soldadura requerida basándose en anchura o profundidad medida.

Garmo Instruments de Zaragoza, España ha desarrollado una gama de sensores de perfil láser para cordón de soldadura, #GarLine, que tienen la robustez, flexibilidad y adaptabilidad para muchas aplicaciones de soldadura diferentes y en una amplia gama de materiales.

Resumen de cómo la autonomía en soldadura beneficia al fabricante:

Mejores condiciones de trabajo

Con sensores GarLine, los trabajadores operan en un entorno más seguro, evitando riesgos tradicionales de salud y ergonómicos de la soldadura ya que ya no necesitan trabajar cerca de la soldadura.

Cambios rápidos para producción de series cortas

Los sensores GarLine tienen una configuración muy amigable mediante menús en un PC o integrada en el pendant del robot o cobot para una amplia gama de marcas y modelos incluyendo Fanuc, ABB Robotics, #Universal Robotics (UR) y otros. Esto simplifica el entrenamiento del operador y permite cambios rápidos de programa basados en cambios de producción. GarLine es la solución ideal para talleres con alta mezcla y bajo volumen y también es beneficiosa en una amplia gama de tamaños y formas de piezas con su gran rango de opciones de menú y adaptación de soldadura inherente.

Calidad de producto enriquecida

La precisión óptica y correcciones automáticas de GarLine se comunican al robot a una tasa muy alta, por lo que la solución beneficia al fabricante logrando mejores soldaduras, soldaduras más rápidas, menor porcentaje de desperdicio innecesario y, por tanto, mayor tasa de producto terminado en menos tiempo, evitando reprocesos y pérdidas de producción.

Productividad mejorada

La simplicidad del concepto "menos es más" es el objetivo de todo negocio, incluyendo fabricantes en el sector de soldadura. Menos tiempo invertido en producción, incluyendo configuración de máquina y utillaje de piezas, mientras se obtienen resultados de alta calidad, mejora la productividad general (OEE).

Características de los sensores GarLine

Sensor robusto

GarLine supera el grado de aislamiento IP67 y opera exitosamente en un rango de -20°C / 70°C. Su diseño incorpora materiales de uso aeroespacial que aseguran un aislamiento EMI óptimo, incluyendo en procesos de soldadura TIG.

Electrónica inteligente

Su electrónica consta de 4 procesadores paralelos utilizando 4GB de RAM que procesan imágenes a 42 fotogramas por segundo a resolución completa. Además, los sensores GarLine incluyen algoritmos innovadores para adaptación dinámica de parámetros de sensor y láser para corregir problemas de reflexión en aplicaciones con condiciones variables de superficie de material. El ancho de banda del láser está bien fuera de cualquier ancho de banda de luz producida por arcos de soldadura.

Mantenimiento fácil

GarLine cuenta con un protector de policarbonato desechable y una ventana interna de Gorilla Glass. El sensor es refrigerado por aire, lo que también sirve como cortina de aire sobre la cara del sensor para protección adicional. Hay opción de refrigeración por agua para entornos muy calientes. El enfriador de agua se integra en la placa de montaje, con fijación ARC-Swiss. Esta solución permite reemplazo rápido y fácil del sensor, si fuera necesario.

Para todos los tipos de soldadura autónoma (cobots, robots industriales y máquinas operadas por PLC), los sensores de búsqueda de cordón GarLine son una solución Plug & Play, ya que su interfaz se muestra directamente en el pendant de un sistema de soldadura robótica, sin necesidad de computadoras adicionales ni otro software, cables o dispositivos especiales.

Además de funciones de seguimiento y búsqueda, los sensores GarLine incluyen otras funciones muy demandadas en soldadura autónoma.

Funciones del sensor láser GarLine para seguimiento y búsqueda

Búsqueda de cordón: cálculo en tiempo real de correcciones look-ahead para mover la antorcha hacia el cordón. El sensor encuentra los puntos de enseñanza correctos de la junta antes de la soldadura, compensando la desviación de la pieza.

Función de localización: GarLine escanea 4 puntos de la pieza, capturando su forma y colocándola en el plano. Este escaneo y localización es 10 veces más rápido que con solo función Touch Sense. GarLine mide rotación y traslación en 3 ejes cada uno, calculando un total de 6 posiciones de cordón.

Multipass: función de fácil programación para soldaduras multicapa.

Detección de fin de seguimiento: el sensor detecta el final del cordón y detiene la soldadura.

Configuración pre-etiqueta-evitar: el sensor puede configurarse para soldar recto y saltar huecos preprogramados a lo largo de la junta.

Zigzag y zigzag adaptativo: gracias a la visión "look-ahead" del sensor GarLine, la trayectoria de la antorcha se adapta al ancho del cordón, asegurando huecos rellenos en zigzag.

Soluciones de columna y viga

Conociendo las necesidades del mercado de soldadura, Garmo Instruments también ha desarrollado un kit de soldadura todo en uno y fácil con su solución SharpTrack, proporcionando la solución definitiva personalizada y conveniente para aplicaciones de soldadura autónoma.

Automatización de soldadura sin esfuerzo con sistema SharpTrack y sensores GarLine

En colaboración con QUIRÓS INGENIERÍA Y AUTOMATIZACIÓN S.L, Garmo Instruments ha desarrollado un kit Plug & Play que asegura a los usuarios:

• Acceso a múltiples y flexibles opciones de programación PLC
• Personalizar SHARPtrack a requisitos de aplicación (selección de modelo de carro, marca de PLC (Siemens, Rockwell y Panasonic disponibles), drivers, longitud de cable y características personalizadas de gabinete según aplicación)
• Acceso desde pendant a todas las funciones de soldadura (seguimiento de cordón, monitorización en tiempo real, movimiento manual de carro, control de offset en vivo, configuración de velocidad de soldadura y parámetros de fuente)

La función look-ahead de GarLine asegura un seguimiento de cordón preciso en tiempo real y microcorrecciones de la trayectoria de la antorcha. El sensor realiza correcciones de trayectoria a tal velocidad que es imperceptible al ojo humano. Esta precisión, además de proporcionar soldaduras de calidad impecable, asegura un valor percibido prístino en el producto final.

SHARPtrack ya incluye programación predefinida y personalizable, convirtiendo la automatización de soldadura en Plug&Play. Instalación simple, sin programación extensa requerida.

¿Pensando en actualizar su aplicación de soldadura?

Contacte con el equipo de Garmo Instruments para más información sobre sensores GarLine y sistema SharpTrack.

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