AUTOMATISCH PROGRAMMEREN VAN LASROBOTS
Op weg naar virtualrealitylassen
Automatisatie is ongetwijfeld dé trend van de laatste decennia voor verschillende industriële sectoren en productieprocessen. Ook wat betreft lassen, blijken bedrijven nog steeds volop op zoek te zijn naar automatisatieoplossingen. Voor kleine series of enkelstuks volstaat het immers niet meer om lasrobots handmatig offline te programmeren, het robot- en lasprogramma moet automatisch, bij voorkeur zonder bijkomende manuele correcties, vanuit een 3D CAD-tekening kunnen worden gegenereerd. Daarbij komen onvermijdelijk ook aspecten als de lasnaadvoorbereiding, de randapparatuur, opleiding van de lasoperatoren …
DE LASROBOT VAN MORGEN
De voorbije jaren hadden we in ons printmagazine Metallerie al enkele keren aandacht voor lasrobots. Zo beschreven we de eerste stap richting adaptief lassen, gaven we een overzicht van de meest aangewezen opstellingen voor (semi)automatische lasbewerkingen en informeerden we u over de meerwaarde van de refurbishment van automatische lasprocessen. Toch blijft het interessant om ook nu nog eens stil te staan bij de meest recente ontwikkelingen bij lasrobots. Fabrikanten zetten immers al verschillende stappen richting augmented of zelfs virtual reality lassen, terwijl (semi)automatisch programmeren nog steeds volop in de lift zit. In dit artikel blikken we vooruit op de lasrobot of -cobot van morgen.
OFFLINE PROGRAMMEREN
Lasrobots zijn al enkele jaren niet meer weg te denken uit de metaalindustrie en ook in tal van andere industrietakken banen ze zich meer en meer een weg. Het (semi)geautomatiseerde proces is immers steeds meer verworden tot hét alternatief bij uitstek om het tekort aan geschoolde lassers op te vangen én het prijskaartje is gedaald (vanaf € 100.000), wat de drempel aanzienlijk verlaagt. Heel wat bedrijven gaan daarom op zoek naar de juiste lasrobot om in te investeren. Anderen deden al een investering, maar willen sneller en efficiënter werken met hun robot op enkelstuks of kleine reeksen. Toen we enkele jaren terug de eerste stappen richting adaptief lassen bespraken, waarschuwden we al dat het tekort aan ervaren lassers zou leiden tot een toenemende behoefte aan offline programmeren. Immers, dan last de robot tijdens het programmeren aan een ander werkstuk, iets wat voorheen ondenkbaar was.
Databaseparameters
Programmeersoftware biedt de mogelijkheid aan om een eigen database met lasparameters op te bouwen vanuit een (bij voorkeur) actuele en up-to-date bibliotheek met standaardontwerpen (BSO). Bij het programmeren van de robotbanen kunnen zo snel de voor die plaats noodzakelijke parameters en positie van de toorts mee worden geprogrammeerd. Ook voor de plaatdikte kan dat, waarna de software automatisch berekent met welke snelheid er gelast kan worden, hoe snel lasdraad moet worden toegevoerd etc. Ieder stuk of iedere bouwsteen in de CAD-file is hierbij gekoppeld aan een reeks parameters. Zo wordt de informatie om laslijnen en geometrie te bepalen automatisch uit het programma gehaald. Doel is om lasprogramma's te genereren die bij de productie van enkelstuks of kleine series efficiënt blijven.
Een voorbeeld: een bepaald bedrijf produceert het chassis van trailers. Om een lasprogramma te genereren voor één chassis, zijn duizenden verschillende programmeerstappen nodig. Een operator kan echter slechts een beperkt aantal stappen per dag uitvoeren. Dat betekent tientallen mandagen voor het programmeren van een volledig chassis. Door bestaande programma's met parameters te gaan gebruiken, kon het bedrijf die tijd inkorten tot enkele dagen. Echter, door lasprogramma's rechtstreeks te genereren vanuit de CAD-file met aanvullende informatie, volstonden enkele minuten.
Lasklare modellen
Voor de tekenaar is het klassieke model hierbij net hetzelfde als het lasklare model. Zij zien alle achterliggende informatie van elke bouwsteen in het programma niet. Nochtans zijn de lasklare modellen opgebouwd uit basismodellen uit de bibliotheek van standaardontwerpen (BSO), waaraan bij de opbouw extra intelligentie werd toegevoegd zoals de laslijnen, referentiepunten, meetpunten … Alle informatie die van belang is bij het lassen, zit zo in verschillende modellen, maar om de integratie te bevorderen, zijn eigen moederprogramma's voor de oriëntatie nog noodzakelijk. Kan die in de toekomst niet vervangen worden door software die botsingsvrije lasprogramma's maakt? Niet onbelangrijk hierbij is het optimaliseren van programma's die al enkele jaren oud zijn. Het zou u een aanzienlijke tijdsbesparing kunnen opleveren!
Toleranties
De voorbije jaren vereisten de systemen echter nog steeds specifieke laskennis van de programmeur. Software hield immers geen rekening met de toleranties, die in het programma quasi nul zijn, maar in de lascel zelf wel aanwezig zijn, bijvoorbeeld doordat er bij de eerste lassen zoveel warmte in het stuk komt dat het materiaal uitzet en de volgende lasnaden verschuiven. Ook het type robot dat wordt gebruikt, met een extern kabelpakket of het laspakket door de arm, is van invloed op de maakbaarheid. Simulaties op het scherm bleken in de praktijk niet feilloos te zijn. Fabrikanten realiseren tegenwoordig echter in bepaalde gevallen al een een-op-eengebruik van het lasprogramma, zonder bijkomende menselijke handelingen, omdat correcties automatisch verlopen dankzij lasnaadzoek- en lasnaadvolgsystemen. De geometrie moet hierbij in de CAD-file helemaal overeenstemmen met de werkelijkheid.
AUTOMATISCH PROGRAMMEREN
De ultieme droom van lasbedrijven, automatisch een robot- en lasprogramma genereren vanuit de 3D CAD-tekening, is niet langer een utopie. Voor specifieke toepassingen met herkenbare laspatronen bestond dergelijke software al, bijvoorbeeld voor constructiebedrijven die balken met een robot lassen. De software herkent in de 3D CAD-tekening alle lasnaden en hoe die gelast moeten worden, en genereert dan een compleet programma. Er werd zelfs al rekening gehouden met de warmte-inbreng, waarvoor de lasvolgorde aangepast kon worden, om te voorkomen dat er op enig moment te veel warmte in een deel van de constructie werd ingebracht. Hierbij wordt realtime in kaart gebracht wat er gebeurt met de lasrobot.
First time right
Het verschil met offline programmeren is dat er bij automatisch programmeren geen manuele input meer vereist is. Alle gegevens over een product zitten in de software en met die data kan er automatisch een 3D-tekening worden gegenereerd, waarna het lasprogramma ontworpen wordt. Hierbij houdt de software onder andere rekening met potentiële botsingen. Dat lasprogramma, waarin verschillende parameters samenkomen, wordt naar het controllerplatform van de lasrobot gestuurd. Vaak ontstaat er hier nog tijdverlies, doordat de software uit het CAD-pakket niet perfect in overeenstemming is met de controller en er een vertaalslag nodig is. Hoe beter de integratie en alles van één fabrikant, hoe groter de kans op 'first time right'.
Instant programmeren
De robotisering van laswerkzaamheden voor de productie van enkelstuks of kleine series bleek in het verleden niet rendabel. Het online programmeren van de robot duurt te lang en offline programmeren vereist vaak nog correcties en kalibraties, vanwege verschillen tussen de virtuele en de daadwerkelijke robotcel. Hiervoor bestaan inmiddels automatiseringssystemen, maar er zijn ook fabrikanten die het op een andere manier aanpakken. Aan de hand van een laserscanner, een IPC en een touchscreen scannen ze het product en genereren ze binnen enkele seconden automatisch een 3D-file met bijbehorend robotprogramma, waarin de te lassen naden zijn geprogrammeerd. Dit gebeurt door slimme algoritmes die gebruikmaken van een database waarin informatie is opgeslagen. Het lasprogramma kan hierna nog aangepast worden. Instant programmeren, dus. De technologie bestaat intussen, hetzij met beperkingen, en er hangt nog een aanzienlijk prijskaartje aan vast.
WAAROM AUTOMATISEREN?
Toch blijft het belangrijk dat bedrijven zich hardop de vraag stellen wat het doel is van het automatiseren van hun lasproces. Willen ze bijkomende ergonomie en veiligheid om in een nauwe buis te lassen of denken ze eerder aan de kostprijs per gelast product en de kwaliteit? Voor sommige bedrijven is offline programmeren immers geen doel op zich, hun toepassing leent zich er niet voor, maar wordt met de dag wel belangrijker.
Opstart-, omstel- en programmeertijd
Besparen door snel en automatisch te programmeren. Loont dat wel? Hoeveel procent van de tijd staat de machine effectief in productie? Wat met de randfactoren zoals de logistiek rond de installatie? De aan- en afvoer van onderdelen, bijvoorbeeld. Of de opstart- en omsteltijd? Blijkt bovendien dat offline programmeren niet altijd sneller is en een kortere programmeertijd betekent. Ook de opleiding en de kennis van de programmeur spelen een grote rol. Een gemotiveerde lasser met 3D-inzicht komt vaak al een heel eind!
TOEKOMST
Terwijl lasrobots nog steeds volop hun opmars maken, zijn fabrikanten intussen bezig met de volgende stap. Ze onderzoeken de mogelijkheden om anders te gaan programmeren. Denk hierbij bijvoorbeeld aan het manueel lassen met een toorts in een programmeerkamer, waarbij camera's alle bewegingen vastleggen, hierop een lasprogramma genereren en dat naar de robot sturen. Technisch behoort dit al tot de mogelijkheden, maar het werd nog niet gecommercialiseerd. Of virtualrealitylassen, waarbij je geen werkstuk meer nodig hebt, maar de operator met een VR-bril rechtstreeks in de 3D CAD-file gaat werken. Ook zo kun je een lasrobot snel programmeren, maar ook hier geldt dat de technologie nog volop in ontwikkeling is en de markt nog onontgonnen terrein is.
