ربات های جوشکار یکی از تکنولوژی هایی است که مدتی است وارد صنعت جوشکاری شده است. در عصر هیجان انگیزی برای این صنعت قرار داریم. جوشکارهای رباتیک به طور پیوسته در حال توسعه و پیشرفت هستند تا با فرآیندهای جوشکاری بیشتر و بیشتر سازگار شوند. اگر کنجکاو و علاقه‌مند هستید که در مورد ربات های جوشکاری بیشتر بدانید و می خواهید انواع این رباتها را بشناسید با ما همراه باشید.
در این مقاله به مباحث زیر خواهیم پرداخت:
همانطور که از نام آن مشخص است، جوش رباتیک، اتوماسیون جوشکاری است که از بازوی رباتیک برای جوش استفاده می‌کند. در این نوع جوشکاری، ربات، تورچ (torch) را در امتداد محل اتصال حرکت می‌دهد تا قطعات را به هم جوش دهد. ربات های جوشکار اکنون می‌توانند انواع مختلفی از فرآیندهای جوشکاری را با استفاده از ابزارهای جوشکاری پیشرفته انجام دهند.
دو نوع جوش رباتیک وجود دارد: اتوماتیک و نیمه اتوماتیک.
در یک سیستم جوشکاری رباتیک اتوماتیک، قطعات در یک نوار نقاله (کانوایر، conveyor) یا یک خشاب (magazine) تغذیه می‌شوند. سپس آنها را در موقعیتی قرار می‌دهند تا ربات بتواند عمل جوش را انجام دهد. هنگامی که ربات قطعات را جوش می‌دهد، اپراتورها آنها را به عملیات دیگری منتقل می‌کنند تا بازرسی، مونتاژ یا بسته بندی شوند.
در یک سیستم جوشکاری رباتیک نیمه اتوماتیک، یک اپراتور وارد سلول ربات می‌شود و قطعه جوش داده شده را خارج می‌کند. سپس اپراتور قطعات بعدی را برای جوشکاری با ربات قرار می‌دهد.
در مقایسه با جوشکاری دستی، جوشکاری رباتیک سریعتر است و بهره وری بالاتری دارد. این به این دلیل است که ربات نیازی به استراحت ندارد. هزینه جوشکاری برای هر قطعه نیز کاهش می‌یابد زیرا ربات جوشکاری می‌تواند قطعات جوش داده شده بیشتری نسبت به همتای انسانی خود تولید کند.
ممکن است فکر کنید که رباتهای جوشکاری اختراع جدیدی هستند، اما حقیقت این است که آنها بیش از 60 سال است که وجود دارند. بیایید نگاهی گذرا به نحوه توسعه جوشکاری ربات بیندازیم.
جورج دیول (George Devol) اولین ربات قابل برنامه ریزی را در سال 1954 اختراع کرد. بعدها اولین ربات صنعتی جهان را ساخت. پس از آن، او اولین شرکت رباتی Unimation را تأسیس کرد. در این شرکت، Devol و همکارانش اولین ربات صنعتی را ایجاد کردند. اسمش را Unimate گذاشتند. کارخانه خودروسازی جنرال موتورز (GM) از Unimate در کارخانه خود در نیوجرسی استفاده کرد. این ربات جوشکاری نقطه ای (spot welding) انجام داد و قالب های ریخته گری استخراج کرد. پس از آزمایش اولیه، بازخورد مثبت این ربات، محبوبیت ربات جوشکاری را در سراسر جهان گسترش داد.
در سال 1978 با صرف هزینه جنرال موتورز، Unimation ماشین جهانی قابل برنامه ریزی برای مونتاژ (PUMA) را ساخت. این دستگاه هنوز هم در حال استفاده است.
در دهه 1980 صنعت ربات های صنعتی رشد کرد. شرکت ها هر ماه ماشین های جوشکاری رباتیک جدیدی ارائه می کردند. در این دهه هم این روند ادامه دارد؛ بازوهای رباتیک تحرک و کنترل بیشتری یافتند.
طراحی ربات ها از آن زمان تاکنون به پیشرفت خود ادامه داده است. رابط های رباتیک بهبود یافتند و طرح ها ساده شدند. رابط های اپراتوری نیز برای سهولت تعمیر و نگهداری بهبود یافتند.
از رباتهای صنعتی، رباتهای کوچک‌تر همکار (Cobots یا collaborative robots) برای کار در کنار انسان‌ها اختراع شدند. برنامه نویسی کوبات ها آسان تر و ایمن تر از همتایان صنعتی خود است.
کوبات های جوشکاری همچنان در حال توسعه هستند. چه کسی می داند در آینده چه نوع تحولاتی رخ خواهد داد.
افزودن یک ربات به فرآیند جوشکاری شما مزایای زیادی دارد. در اینجا به چند مورد مهم می‌پردازیم:
جوشکارهای رباتیک کار را سریعتر و کارآمدتر انجام می‌دهند. آنها همچنین در مقایسه با همتایان انسانی خود اشتباهات کمتری مرتکب می‌شوند. می‌توانند تا 85 درصد کارایی را در مقایسه با کارایی 20 درصدی همتایان انسانی ماهر خود به دست آورند.
رباتها هرگز خسته نمی شوند، نیاز به استراحت ندارند یا به تعطیلات نمی‌روند. آنها می‌توانند هر روز جوش هایی با همان کیفیت قبل تولید کنند. جوشکاران انسانی کم و بیش کمتر از 50% زمان arc-on دارند و این عدد می‌تواند با وجود خستگی کاهش یابد. ربات ها می‌توانند تا 95% زمان arc-on داشته باشند.
ربات ها دچار حواس‌پرتی نمی‌شوند. آنها می‌توانند سرعت جوشکاری، جریان و سایر متغیرها را ثابت نگه دارند. به همین دلیل، می‌توانند هر بار جوش بسیار با کیفیتی ارائه دهند. استفاده از رباتها برای پروژه های جوشکاری که نیازمند الزامات کیفی سختگیرانه هستند ایده آل است.
ربات های جوشکار بسیاری از اشتباهات جوشکاری را که از جوشکاری انسان ناشی می‌شود، حذف می‌کنند. زیرا رباتها خسته نمی‌شوند و مشکلاتی را که خستگی می‌تواند به همراه داشته باشد کاهش می‌دهند. این رباتها بدون توجه به شرایط، کیفیت جوش یکسانی را ارائه می‌دهند. حذف ضایعات، مدیریت بودجه را آسان تر می‌کند، به خصوص در مشاغل با ارزش.
جوشکاری رباتیک کارآمد است زیرا از مواد مصرفی مانند پرکننده ها (filler) به طور موثرتری استفاده می‌شود. این کارآیی میزان ضایعات تولیدی را کاهش می‌دهد. نازل ها نیز یکی دیگر از مواد مصرفی هستند که ربات های جوشکاری از آن به صرفه استفاده می‌کنند و طول عمر آنها را افزایش می‌دهند. مواد مصرفی کمتر خریداری می‌شوند و در هزینه ها صرفه جویی می‌شود.
اگرچه این ربات ها مزایای زیادی دارند، اما محدودیت های خود را دارند. بیایید به چند مورد از این موارد نگاهی بیندازیم.
بیشتر ربات های صنعتی به مهارت‌های برنامه نویسی پیچیده نیاز دارند. بنابراین ممکن است لازم باشد مجموعه جدیدی از برنامه نویسان را برای برنامه نویسی ربات استخدام کنید. شما همچنین به دوره های آموزشی تخصصی و ایمنی برای کارگران خود نیاز دارید. این دوره ها برای آشنایی با نحوه کار ایمن با رباتها است. شرکت تخصصی تامیکو در رباتیک می‌تواند به شما در نصب رباتهای صنعتی کمک کند یا می‌توانید این کار را در مجموعه با کارمندان آموزش دیده خود انجام دهید.
رباتهای جوشکار به سرمایه‌گذاری قابل توجهی نیاز دارند – هم در ماشین‌آلات، هم در زمینه‌های آموزشی. با این حال، در صورت استفاده صحیح، ربات ها می‌توانند هزینه خود را در بازه زمانی یک تا سه ساله پرداخت کنند. اگر می‌خواهید بدانید چه مدت می‌توانید سرمایه خود را باز پس بگیرید، می‌توانید از ماشین‌حساب بازگشت سرمایه (ROI) جوشکار رباتیک آنلاین استفاده کنید. این به شما می گوید که آیا ارزش سرمایه گذاری را دارد یا خیر.
در حال حاضر رباتهای جوشکار 20 درصد از کل جوشکاری در ایالات متحده را تشکیل می‌دهند. با این حال، این تعداد به سرعت در حال افزایش است. به طور کلی، صنایعی از جوشکاری رباتیک استفاده می‌کنند که در آن نرخ تولید بالا مورد نیاز است. جوش نقطه ای که معمولا در صنعت خودرو استفاده می‌شود، یکی از محبوب ترین ربات های جوشکاری است. با این حال، جوشکاری قوسی (arc welding) نیز در حال تبدیل شدن به یک انتخاب محبوب برای استفاده از رباتهای جوشکاری است.
برندهای زیادی از جوشکارهای رباتیک در بازار وجود دارد. اما برای این مقاله، اجازه دهید در مورد انواع مختلف ربات ها بر اساس فرآیندهای جوشکاری که استفاده می‌کنند صحبت کنیم.
انواع مختلف ربات جوشکاری عبارتند از:
صنعت خودروسازی معمولاً از جوشکاری نقطه ای مقاومتی استفاده می‌کند. این یک فرآیند جوشکاری مقاومتی است که از جریان های الکتریکی بزرگ برای اتصال دو یا چند ورق در یک مکان واحد استفاده می‌کند.
ربات های جوش نقطه ای ربات های مفصلی هستند. آنها ربات هایی هستند که دارای مفاصل چرخشی هستند که تعداد آنها بین دو تا 10 محور است. ربات های جوش نقطه ای دارای یک موتور سروو (servo) مجهز به انکودر با دقت بالا هستند که حرکت تفنگ (گان – gun) جوش نقطه ای را به دقت کنترل می‌کند. تفنگ جوش دارای یک جفت الکترود است که می تواند باز و بسته شود. همچنین دارای نرم افزاری است که شتاب، موقعیت و نیروی بازوی رباتیک را کنترل می‌کند.
جوشکاری با ربات همکار (Collaborative) یا به اختصار جوشکاری کوبات (cobot welding) نیز یک بازوی رباتیک است که معمولاً 6 محوره است و یک تورچ (مشعل-torch) جوشکاری به عنوان end-effector آن است. برخلاف رباتهای صنعتی، کوبات‌ها می‌توانند در کنار انسان‌ها کار کنند. به همین دلیل، نیازی به قرار دادن آنها در سلول ربات جوشکاری نیست. شما می‌توانید تنها از ایمنی جوشکاری (فلاش، اسپلتر) مراقبت کنید. همچنین استقرار و نصب مجدد آنها برای کارهای مختلف آسان است.
با ظهور روبات های همکار (یا کوبات ها)، مشاغل جوشکاری متوسط نیز می‌توانند از اتوماسیون جوش بهره مند شوند. برنامه نویسی آنها نیز آسان تر است.
به جوش قوس فلزی محافظ (SMAW) جوشکاری stick نیز گفته می‌شود. در این نوع جوش، یک قوس بین یک الکترود شار مصرفی و مواد جوش داده شده ایجاد می‌شود.
یک ربات SMAW باید تغییری از نقطه مرکز ابزار (TCP – tool center point) را در نظر بگیرد. TCP متغیری است که در رباتها برای کامپیوتر استفاده می‌شود تا نوک ابزار، در اینجا الکترود مصرفی را ردیابی کند. میزان مصرف الکترود، جهت‌گیری بازوی رباتیک را تعیین می‌کند.
معمولاً زمانی که برای دستیابی به نرخ تولید بالا به نرخ رسوب (deposition rate) بالا نیاز است، از ربات ها برای جوشکاری GMAW استفاده می‌شود. در جوشکاری GMAW، یک الکترود مصرفی ذوب می‌شود و به عنوان ماده پرکننده (filler) عمل می‌کند. جوش GMAW رباتیک برای جوشکاری فولاد ضد زنگ، مس، نیکل، فولاد کربن و آلومینیوم استفاده می‌شود. معمولاً برای فلزاتی که دارای نقطه ذوب رسانایی بالایی هستند استفاده می‌شود.
رباتهای جوش قوسی تنگستن گاز (GTAW) برای جوشکاری قطعات نازک یا جوش‌های زیبایی و دقیق استفاده می‌شوند.
در Robotic GTAW متغیرهایی مانند حرکت تورچ (مشعل)، پیش جریان گاز محافظ، فرکانس پالس و غیره به طور خودکار کنترل می‌شوند. طول قوس نیز می‌تواند به طور خودکار با کنترل ولتاژ خودکار حفظ شود. سیستم‌های جوشکاری رباتیک هوشمند GTAW دارای دوربین‌هایی هستند که به ردیابی مکان مفصل و تشخیص خطا کمک می‌کنند. در این نوع سیستم اپراتور دوربین را کالیبره کرده و مسیر جوش را به ربات آموزش می‌دهد. سپس ربات قبل از ایجاد قوس یک تصویر می‌گیرد و این تصویر را با تصویر مرجع مقایسه می‌کند. این نوع سیستم برای جوشکاری مواد نازک که در آن قرارگیری قوس عامل مهمی میباشد ایده آل است.
جوش لیزری نوعی جوشکاری است که از پرتو لیزر متمرکز به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کند. جوشکاری لیزری می تواند از طریق هدایت حرارتی یا لیزر عمیق (deep laser) باشد.
دستگاه جوش لیزر ربات از یک سر لیزر فایبر (fiber laser head)، یک سیستم ردیابی، یک لیزر فایبر و یک ربات صنعتی تشکیل شده است. معمولاً برای جوش دادن مواد با ضخامت های مختلف از زوایای مختلف و جهات مختلف استفاده می‌شود. دستگاه های پزشکی و صنعت هوافضا معمولاً از جوشکاری لیزری رباتی استفاده می‌کنند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می توانید ویدیو زیر را ملاحظه کنید.
این نوع ربات از یک قوس پلاسما به عنوان منبع گرما برای ذوب محل اتصال دو فلزی که نیاز به جوش دارد استفاده می‌کند. ربات های جوش پلاسما مجهز به تورچ پلاسما هستند. یک الکترود تنگستن در داخل تورچ معلق است. الکترود قوس را فشرده می‌کند، بنابراین پلاسما با سرعت زیاد از تورچ جریان می‌یابد. ربات های جوش پلاسما معمولا از ربات های مفصلی شش محوره استفاده می‌کنند.
ربات های پلاسما برای جوشکاری انواع فلزات صرف نظر از ضخامت آنها استفاده می‌شود. جوشکاری پلاسما روباتیک به خاطر جوش های دقیق و زمان های چرخه (cycle time) کوتاه به خوبی شناخته شده است. این ربات ها همچنین می توانند هم باریک و هم بدون اعوجاج قطعات را جوش دهند.
صنعت جوش به طور مداوم در حال پیشرفت است. با جوشکاری ربات و جوشکاری کوبات در صنعت، هر دو مشاغل کوچک و متوسط جوشکاری می‌توانند از مزیت اتوماسیون ربات استفاده کنند. بدون شک دوره هیجان انگیزی برای صنعت جوش است. با سرعتی که فناوری در حال پیشرفت است، چه کسی می‌داند فناوری جوش فردا چه به همراه خواهد داشت؟ گوش به زنگ باشید!
منبع بخشی از نوشته: Hirebotics
اگر به این مقاله علاقه‌مند بودید، شاید به این مقالات نیز علاقه مند باشید:
برای اطلاع از قیمت ربات های جوشکار شرکت تامیکو و همچنین دریافت مشاوره برای پروژه‌های مرتبط با جوشکاری با کارشناسان شرکت تماس بگیرید.
شرکت تامیکو ارائه دهنده خدمات در زمینه فروش رباتهای نو و دست دوم، سلول‌های روباتیک، طراحی خط تولید و اتوماسیون، آموزش‌های کاربردی صنعتی، تعمیرات و نگهداری است.
