Soldadura robótica
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Soldadura por robots o soldadura robótica [1] [2] : soldadura con robots que automatizan tanto el proceso de soldadura como el trabajo en movimiento y procesamiento de piezas y productos. La soldadura por arco metálico con gas a menudo está automatizada, pero para que el robot funcione, el operador prepara los materiales y programa su trabajo. La soldadura robótica se usa comúnmente para la soldadura por puntos de resistencia y la soldadura por arco en la industria automotriz.
Historia
La soldadura robótica es una de las aplicaciones más comunes de la robótica en la actualidad . La primera área de uso generalizado de los robots industriales fue precisamente la soldadura por puntos (ya en 1969, General Motors instaló 26 robots Unimate en una línea automatizada para la soldadura por puntos de carrocerías ) [3] . El uso de robots de soldadura (principalmente en la industria automotriz ) se ha expandido significativamente desde la década de 1980; desde entonces, el número de estos robots utilizados en la industria y la gama de sus aplicaciones han crecido exponencialmente. En 2005, se utilizaron más de 120 000 robots en la industria norteamericana, aproximadamente la mitad de ellos para soldadura [4] . En cuanto a Rusia, el 80% de los robots industriales actualmente importados al país son robots de soldadura [5] .
El crecimiento en el uso de robots estuvo limitado principalmente por el alto costo de los equipos y su limitación a aplicaciones de alto nivel; sin embargo, ya en 2014, la corporación japonesa FANUC introdujo un robot de soldadura por arco de bajo costo para proporcionar a los pequeños fabricantes una soldadura por arco robótica rentable [6] .
La robotización de la soldadura se ha desarrollado rápidamente en los últimos años, alrededor del 20% de los robots industriales están involucrados en la soldadura.
El dispositivo de los robots de soldadura
Por su estructura, la mayoría de los robots de soldadura son robots de manipulación que pertenecen a dos clases: 1) robots de estructura secuencial (con una cadena cinemática abierta del actuador); 2) robots de estructura paralela (estos últimos tienen mayor rigidez estructural, pero el volumen de trabajo es menor y el costo es mucho mayor) [7] [8] . Para soldar grandes estructuras (por ejemplo, en la construcción naval ), también se utilizan robots de soldadura móviles [9] .
Los complejos robóticos están cada vez más extendidos en la industria , incluidos varios (a veces cientos) de robots de soldadura que operan simultáneamente [10] [11] , así como robots para realizar operaciones auxiliares (carga y montaje) [12] . El complejo robótico para soldadura incluye un sistema de manipulación, equipo de soldadura, dispositivos de control y dispositivos de medición [13] .
La robotización del trabajo de soldadura ha afectado a varios tipos de soldadura, entre ellos:
- soldadura por puntos (la robotización de dicha soldadura ha recibido el mayor desarrollo: la participación de robots para soldadura por puntos representa aproximadamente el 30% de la flota total de robots industriales [3] ), en el que el manipulador está equipado con pinzas de soldadura (tales se puede realizar en cualquier posición espacial, por lo que el manipulador debe tener al menos seis grados de movilidad, aunque a veces es posible arreglárselas con cinco grados de movilidad) [14] ;
- soldadura por arco (también se ha desarrollado ampliamente su robotización, aunque la automatización de la soldadura por arco, a pesar de la relativa sencillez del proceso de soldadura, se complica por un gran número de factores que influyen en este proceso [15] ), para lo cual el manipulador está equipado con un cabezal de soldadura con electrodo, además, para realizar soldaduras en la posición óptima (en la que el electrodo debe estar perpendicular a la superficie de trabajo [16] ), el manipulador debe tener al menos cinco grados de libertad con una herramienta de soldadura axisimétrica y en menos seis con uno no axisimétrico) [17] ;
- soldadura por fricción , en la que el cuerpo de trabajo del manipulador lleva una herramienta que gira rápidamente: una varilla que consiste en un collarín de soporte engrosado y una punta sobresaliente, que se sumerge lentamente en la unión de las partes a soldar, después de lo cual se mueve la herramienta a lo largo de la línea de unión (debido a la presión del collar de apoyo en la superficie de los bordes, su material se calienta debido a la fricción interna y sufre una deformación plástica , de modo que las piezas se unen sin fundirse - en la fase sólida; el manipulador debe tener de cinco a seis grados de libertad, manteniendo una pequeña (1,5-4,5°) inclinación de la herramienta en la dirección de soldadura) [8] ;
- soldadura ultrasónica (utilizada, en particular, en la instalación de conexiones internas de circuitos integrados ), en la que el cuerpo de trabajo del manipulador lleva una herramienta de soldadura, que consta de un generador de ultrasonido, una guía de ondas y una aguja de soldadura [18] .
En los casos más sencillos, un robot soldador suelda piezas según un programa dado; también utilizan tecnologías de entrenamiento de robots en línea (por ejemplo, antes de realizar la soldadura por arco, se lleva el electrodo -sin encender el arco- a lo largo de la futura soldadura, y la información obtenida se utiliza en el sistema de control del programa del robot) [19 ] . En casos más complejos, el robot tiene en cuenta la información proveniente de varios sensores [20] ; en este caso se utilizan sistemas de visión técnica y sensado fuerza-par, telémetros láser , palpadores con galgas extensométricas , y el sistema de control del robot se convierte en un sistema de control adaptativo [2] [21] .
Beneficios de la soldadura robótica
La robotización de las operaciones de soldadura puede aumentar varias veces la eficiencia de la producción. El uso de robots de soldadura, que actúan como un elemento clave de la producción automatizada flexible , permite garantizar una alta calidad de las uniones soldadas, reducir el porcentaje de defectos y salvar a una persona del trabajo monótono [8] . La robotización de la soldadura permite conseguir importantes ahorros en materiales de soldadura y electricidad, reducir las deformaciones de soldadura [22] . Abre la posibilidad de realizar la producción en un área más pequeña, sin requerir costos significativos (inevitables en la soldadura manual) para medidas de protección laboral y para la remuneración de los soldadores profesionales. Aunque el costo de los robots de soldadura es relativamente alto, la inversión se amortiza con bastante rapidez [15] .
Reducir el tiempo de producción y asegurar la identidad del producto terminado, logrado en las condiciones de producción robótica, también son muy importantes. Al mismo tiempo, la robotización de la soldadura conlleva el coste de formación del personal que programa y mantiene los robots, imponiendo requisitos estrictos en el montaje y posicionamiento de las piezas a soldar [11] .
Notas
- ↑ Gladkov, Brodyagin, Perkovsky, 2014 , pág. 340, 381.
- ↑ 1 2 Breido I. V., Zhabelova G. A. Principios de control adaptativo de accionamientos eléctricos de un robot manipulador de soldadura // Avtomatika. Informática. - 2007. - T. 1-2 . - S. 38-40 .
- ↑ 1 2 Romanov R. R. Simulación por computadora del movimiento del robot para la soldadura por puntos de resistencia // Postulado. - 2018. - Nº 6 . Archivado desde el original el 2 de enero de 2019. - Arte. 119 (9 págs.).
- ↑ Cary H. B., Helzer S. C. . Tecnología de soldadura moderna. 6ª ed. - Upper Saddle River: Pearson/Prentice Hall, 2005. - xiii + 715 p. — ISBN 0-13-113029-3 . — Pág. 316.
- ↑ Lenchik I. V., Rodionova I. N., Gorokhov A. A. Problemas y perspectivas para el desarrollo de la producción de soldadura en Rusia // Equipo eléctrico: operación y reparación. - 2016. - Nº 11-12 . - S. 69-72 .
- ↑ Crain's Detroit Business: Centro de suscripción
- ↑ Mendes N., Neto P., Loureiro A., Moreira A. P. Máquinas y sistemas de control para soldadura por fricción y agitación: una revisión // Materiales y diseño. - 2016. - Vol. 90. - Pág. 256-265. -doi : 10.1016/ j.matdes.2015.10.124 . Archivado desde el original el 3 de enero de 2019.
- ↑ 1 2 3 Komova O. I., Maslov A. N., Osadchenko N. V. Funciones atómicas y construcción del programa de movimiento de un robot de soldadura // Boletín de la MSTU im. NORDESTE. Bauman. Serie: Ciencias Naturales. - 2018. - Nº 5 (80) . - S. 15-36 . —doi : 10.18698 / 1812-3368-2018-5-15-36 . Archivado desde el original el 9 de diciembre de 2018.
- ↑ Nguyen Doan Cuong, Lubenko V. N. Mejora del proceso de soldadura de filete de estructuras de barcos curvas y corrugadas con un robot de soldadura móvil // Boletín de la Universidad Estatal de Astrakhan. tecnología Universidad Serie: Equipos y tecnología marina. - 2009. - Nº 1 . - S. 66-71 .
- ↑ Gladkov, Brodyagin, Perkovsky, 2014 , pág. 342-343.
- ↑ 1 2 Koltygin D.S., Romanyuk D.Yu. Análisis y características del uso de robots de soldadura // Actas de la Universidad Estatal de Bratsk. Universidad Serie: Ciencias naturales y de la ingeniería. - 2016. - T. 2 . - S. 138-141 .
- ↑ Ivanov, 2017 , pág. 185-187.
- ↑ Gladkov, Brodyagin, Perkovsky, 2014 , pág. 346.
- ↑ Gladkov, Brodyagin, Perkovsky, 2014 , pág. 343-344.
- ↑ 1 2 Koshcheev A. A. Construcción de un programa de movimiento de un robot para soldadura por arco // Postulado. - 2018. - Nº 6 . Archivado desde el original el 2 de enero de 2019. - Arte. 47 (10 págs.).
- ↑ Zenkevich, Yushchenko, 2004 , pág. 25
- ↑ Gladkov, Brodyagin, Perkovsky, 2014 , pág. 343.
- ↑ Ivanov, 2017 , pág. 189-193.
- ↑ Zenkevich, Yushchenko, 2004 , pág. 29
- ↑ Turek F. D. Fundamentos de la visión artificial: cómo hacer que los robots 'vean' // Revista NASA Tech Briefs. - 2011. - vol. 35, núm. 6.- Pág. 60-62. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2018.
- ↑ Zenkevich, Yushchenko, 2004 , pág. 29-30.
- ↑ Gladkov, Brodyagin, Perkovsky, 2014 , pág. 340.
Literatura
- Gladkov E. A., Brodyagin V. N., Perkovsky R. A. Automatización de procesos de soldadura. - M. : Editorial de MSTU im. N. E. Bauman, 2014. - 424 p. - ISBN 978-5-7038-3861-7 .
- Zenkevich S. L., Yushchenko A. S. Fundamentos de control de robots manipuladores. 2ª ed. - M. : Editorial de MSTU im. N. E. Bauman, 2004. - 480 p. - (Robótica). — ISBN 5-7038-2567-9 .
- Ivanov A. A. Fundamentos de la robótica. 2ª ed. — M. : INFRA-M, 2017. — 223 p. - ISBN 978-5-16-012765-1 .
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