Perfect Welding

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TPS/i WireSense El alambre de soldadura como sensor

Los sistemas de soldadura robotizada en la producción industrial: todavía es un área en donde las inexactitudes son un problema recurrente, a pesar de los altos niveles de precisión. Fronius está lista para revolucionar la tecnología de fabricación con el sistema robotizado WireSense, un sistema en el que el alambre de soldadura también se desempeña como sensor. Las variaciones en la posición del componente ahora se pueden identificar inmediatamente y, así, corregir el cordón de soldadura como sea necesario. En algunos casos, esto elimina completamente la repetición del trabajo y el desgaste del componente.

La producción industrial exige una tecnología robotizada avanzada, sin embargo, ocurren inexactitudes reiteradamente, aunque ahora sean comunes los sistemas interconectados casi a la perfección. Las variaciones en la trayectoria esperada del cordón de soldadura son comunes y generan una serie de problemas y errores de fusión en la tecnología de unión: quemadura, dimensiones A inadecuadas o uniones con fallas o inexistentes entre las láminas superior e inferior, son algunos de los posibles escenarios. En última instancia, esto da lugar a un retrabajo costoso, desgaste del componente y, en ocasiones, grandes retrasos en los tiempos de ciclo.

 

Herramientas de medición

La solución ideal, en situaciones en las que las láminas se desvían excesivamente de la posición de soldadura programada, es implementar la corrección antes de que empiece la soldadura. Hasta la fecha, el enfoque habitual ha sido realizar una supervisión manual o utilizar sistemas de medición óptica. En esos casos, las cámaras generalmente se instalan en el cuello antorcha. Pero es precisamente esto lo que genera problemas: el ángulo y la forma de la antorcha pueden limitar la visión del soldador del cordón de soldadura. Sin embargo, un problema más frecuente es que las cámaras obstruyen el acceso al componente, ya que sencillamente no hay espacio para las herramientas de medición óptica. Las condiciones de trabajo difíciles también hacen estragos en estos sistemas extremadamente caros y altamente sensibles, lo que hace necesario llevar a cabo el mantenimiento y la calibración de manera repetida.

Fronius se dio cuenta de la falla del sistema y respondió a este complejo desafío de la soldadura robotizada con el desarrollo de WireSense. Así, se mejoró la fuente de poder al incorporar otra importante innovación: ahora el alambre de soldadura es el sensor. Una detección altamente precisa, con movimientos inversos y frecuentes del alambre, permite reconocer las geometrías del componente y determinar con alta exactitud la posición relativa de las láminas individuales.

Cómo funciona WireSense

Se aplica un voltaje muy bajo del sensor al alambre de soldadura, lo que reduce la corriente al mínimo. Cuando el robot se mueve a la posición requerida e inicia el proceso de WireSense, el alambre de soldadura toca el componente y crea un cortocircuito. Sin embargo, debido a los niveles de potencia extremadamente bajos, no se realiza la soldadura. Después, el cortocircuito se elimina al levantar el alambre. El cambio de posición del alambre de soldadura al momento que se crea el cortocircuito es analizado por la fuente de poder TPS/i inteligente, utilizando algoritmos de evaluación especiales, y se presenta como señal de medición de altura para uso posterior, por ejemplo, por el controlador del robot.

 

WireSense, solo con la ayuda de robots

Cuando el robot recibe la señal del TPS/i, puede ubicarlo con precisión utilizando la posición o ubicación actuales en el área tridimensional. Esto se hace al conciliar la señal de medición de altura con los datos de la posición actual del controlador del robot, utilizando el sistema de coordenadas tridimensional. Cada operación de ascenso y descenso del componente puede, por lo tanto, registrarse con extrema precisión con relación a un punto de referencia especificado al inicio del proceso de WireSense.

Un paso posterior, por ejemplo, puede ser comparar los valores real y objetivo, verificar los valores almacenados en comparación con los datos de posición reales. Si hay diferencias, el robot realiza los cálculos relevantes y corrige el sistema de coordenadas respectivo o lo que se conoce como punto central de la herramienta (TCP). Este procedimiento compensa los cambios de posición del componente y es lo que permite que WireSense sea posible.

AT A GLANCE: Advantages of WireSense

DETECCIÓN DE BORDES

  • Detección de la posición de los bordes para un posicionamiento óptimo del punto de inicio y final de la soldadura.
  • De esta forma pueden compensarse las tolerancias de los componentes y de sujeción

HILO = SENSOR

  • Sin necesidad de utilizar dispositivos de medición óptica adicionales
  • Excelente accesibilidad de los componentes
  • Sin desgaste
  • Sin costes de mantenimiento o limpieza
  • Sin necesidad de realizar una calibración entre el sensor y el TCP
  • Ahorro de hasta 20 000 €

MEDICIÓN DE LA ALTURA

  • Detección de huecos no deseados
  • Detección de espesores de chapa de entre 0,5 y 20 mm
  • Tanto en acero y acero inoxidable como en aluminio
  • Medición a gran velocidad y con gran precisión

Registro de componente, detección de gap y borde

Si el robot y WireSense se mueven por el componente a lo largo de una serie infinita de trayectorias secuenciales, registrando cada punto del proceso, sería teóricamente posible crear un perfil del componente completo en 3D. Es de ahí que surge el nombre de la detección de perfil.

Sin embargo, la característica más importante para las aplicaciones de fabricación probablemente sea la función de detección de borde, por ejemplo en la soldadura a solape. Esta función utiliza la medida de altura para detectar con fiabilidad el borde definido de la lámina. Asimismo, aquí también se deben especificar por adelantado los valores medidos que reflejan con precisión la altura del borde de la lámina. El controlador del robot envía estos valores límite al TPS/i justo antes de iniciar el proceso de WireSense. Si la fuente de poder detecta valores superiores a este valor límite, esto indica que se ha detectado el borde de la lámina y el TPS/i emite inmediatamente una señal digital de toque. El controlador del robot utiliza esta señal para, en primer lugar, guardar los datos de posición actual antes de corregir el punto central de la herramienta. El robot reconoce automáticamente cualquier inexactitud del componente como un desplazamiento de borde y la compensa para obtener resultados de soldadura perfectos. También es importante mencionar que la detección de borde se puede llevar a cabo en láminas finas de hasta 0.5 milímetros.

Como la altura del borde de la lámina medida con precisión también se transmite con la señal digital de toque, WireSense puede reconocer cualquier gap entre las láminas, el cual es otro factor a favor del sensor de alambre. El electrodo ya registró con precisión la altura general de dos láminas superpuestas, así que es cuestión de hacer los cálculos adecuados utilizando los valores reales. Por lo tanto, el robot puede usar esta función de medición para permitir gaps de distintos tamaños al ajustar cada parámetro de soldadura individual según la situación. Después, lleva a cabo la operación de soldadura de manera autónoma, con la unión de gap adecuada. Suponiendo que los distintos tamaños de gap se especificaron con antelación, se pueden seleccionar los diversos programas de soldadura (o trabajos) almacenados en el TPS/i.

En ocasiones, los tamaños de gap detectados son tan grandes que una reducción en la velocidad de soldadura y un ajuste de potencia ya no son suficientes. En situaciones en las que los arcos voltaicos estándar o pulsado llegan a su límite, el robot selecciona el proceso de soldadura Cold Metal Transfer entre las funciones de trabajo del TPS/i: Ya que los componentes de hardware de CMT deben adaptarse a la fuente de poder para poder utilizar WireSense, recomendamos comprar el paquete de software CMT al mismo tiempo. Uno de los recursos de CMT es invertir el movimiento del alambre, lo que garantiza que se cierre lo máximo posible el gap utilizando los menores niveles de aportación de calor.

 

Precisión inigualable: señalización con CMT Ready

Emitir una señal al momento que ocurre un cortocircuito no es un argumento de venta exclusivo en sí mismo. Además de velocidades ejemplares de comunicación de datos internos, el principal requisito previo para medir la posición con el electrodo de alambre es el drive Fronius CMT altamente dinámico. Una alternativa es el "sistema CMT Ready“, que consta de un alimentador de alambre en el tambor de alambre, un buffer y un CMT Robacta Drive; en otras palabras, un segundo alimentador de alambre en la propia antorcha. El motor eléctrico ubicado en el alimentador de alambre inicia el movimiento del alambre inverso (hacia adelante/hacia atrás), lo que ocurre a alrededor de 100 Hz y permite que el alambre escanee la superficie metálica. Este escaneo a alta frecuencia del componente brinda los niveles necesarios de precisión y resolución.

Otro factor decisivo es el potente controlador del motor controlado por microprocesador. Dependiendo del material de alambre seleccionado, este especifica los perfiles de velocidad de alambre requeridos y los valores personalizados de aceleración y frenado. Estos son importantes si surgen daños por torsión o flexión, ya que se debe evitar que el alambre toque la superficie. También es posible incrementar la precisión al reaccionar de manera adecuada a los valores de deslizamiento. Estos valores son las inexactitudes causadas por el deslizamiento de los rodillos de avance y varían según el material del alambre.

Con el fin de detectar la posición del alambre cuando ocurra el cortocircuito, esta información se calcula con precisión a partir de las señales del transmisor de valor real del motor impulsor y se genera una señal de toque correspondiente. Dependiendo de la longitud del stickout al momento del impacto, también se registran, calculan y transfieren al robot todos los cambios de altura, algo que es claramente importante para la medición exacta y posterior detección de los bordes de la lámina.

Vale la pena mencionar otra característica del algoritmo para la detección precisa de la altura del borde de la lámina: incluso si la superficie escaneada es irregular, por ejemplo, porque las láminas están puestas en ángulo, se puede detectar el borde y medir sin dificultad.

 

WireSense, un paso hacia la producción autónoma

¿La función de medición crítica está ubicada en el robot o en la fuente de poder? La pregunta acerca de cuál es más importante se ha respondido satisfactoriamente: lo genial de la invención es su simplicidad. Al utilizar el drive CMT altamente sensible y dinámico, junto con el software de controlador especial, Fronius logró ampliar la funcionalidad básica de un proceso de soldadura indispensable (en el campo) y consolidado a nivel mundial (CMT) para hacer posibles los procesos de medición por primera vez. Un alambre de soldadura solo se puede convertir en un sensor mediante la interacción entre el hardware de CMT único, el controlador de motor altamente avanzado y el software de control inteligente. WireSense funciona con todos los equipos de soldadura CMT estándar, utilizando cualquier material de aporte popular.

Fronius puso el sensor a disposición de sus clientes. Sin embargo, es importante saber que es esencial contar con un conocimiento profundo de programación robótica. Por lo tanto, se recomienda que solo empresas de integración de sistemas o robots utilicen WireSense, quienes deben recibir instrucciones de los clientes para implementar la tecnología de sensor integrada a la fuente de poder del respectivo proceso de fabricación. En el futuro, serán preferibles interfaces de usuario simples en la forma de aplicaciones listas, personalizadas para el sistema robotizado en cuestión.

Por un lado, esto brindará una manera universal, simple y práctica de utilizar WireSense. Pero, más importante, la producción industrial habrá avanzado un nivel: un paso esencial hacia la producción autónoma.

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