Doteraz sa všetky komponenty meracích a regulačných prístrojov vyrábaných v Grazi zvárali manuálne. Dôvod: Kvôli malej veľkosti dávok od 1 do 400 kusov sa zdalo, že robotické zváracie systémy sú nehospodárne. Zvyšovanie obratu, stúpajúci nedostatok odborných pracovníkov na domácom trhu práce, ako aj inovatívne robotické technológie, vďaka ktorým sa medzičasom automatizované zváranie stalo hospodárnym aj pri malých veľkostiach dávky, podnietili vyspelú technologickú spoločnosť k tomu, aby investovala do moderného robotického zváracieho zariadenia. Požiadavkou špecialistov na meranie a reguláciu bola pri tom flexibilita na všetkých linkách v kombinácii s vysokou hospodárnosťou: Flexibilita pri počte, tvare a veľkosti konštrukčných dielcov, ich umiestňovaní a pri používaní rôznych zváracích postupov.
Dominik Santner, COO spoločnosti Anton Paar GmbH, zdôrazňuje: „Nedostatok odborných pracovníkov a neustály rast počtu kusov vyžadujú nové riešenia vo výrobe. Nová robotická zváracia bunka je veľkým krokom smerom k automatizácii našej výroby. Ak by sme našu procesnú senzoriku zvárali aj naďalej manuálne, v nasledujúcich rokoch by sme mali enormné problémy s dosahovaním plánovaných množstiev."
Autonómia zvárania a množstvo konštrukčných dielcov
Od začiatku sa experti spoločnosti Anton Paar zameriavali na autonómiu zariadení: Po vybavení by mal zvárací systém dokázať zvládnuť celú objednávku od samotného začiatku až do konca v jednom kroku, napríklad zváranie jednej dávky rôznych predmetov, ako sú telesá oscilátorov, hlavné nosníky alebo protichladiče. Úplne samostatne a bez zásahu špecialistov na zváranie.
Rôzny tvar, hmotnosť a veľkosť konštrukčných dielov, rôzne možnosti uchopenia, polohovania a odkladania, varianty, pri ktorých sa používajú dva rôzne procesy zvárania (TIG a MIG/MAG) pre jeden komponent, ako aj použitie formovacieho plynu potrebného pre valcovité telesá na ochranu konštrukčných dielov pred nábehovými farbami – všetky tieto faktory spôsobili, že návrh takéhoto systému bol pre inžinierske a programátorské tímy mimoriadnou výzvou.
„Hľadali sme spoľahlivého partnera, ktorý by dosahoval presnosť a kvalitu podobnú tej našej. Takého, ktorý by nám vedieť pozorne načúvať, reagovať na naše želania a navrhovať riešenia pre budúcnosť. Také, ktoré by nám zaistili konkurenčnú výhodu na nasledujúce roky,“ vysvetľuje Daniel Moik, Department Manager Joning Technologies. „Spoločnosť Fronius International GmbH tieto naše predstavy o trvalo udržateľnom partnerstve splnila. V úzkej spolupráci s našimi technikmi vyvinul tím Welding Automation robotickú zváraciu bunku, ktorá spĺňa naše požiadavky vo všetkých bodoch. Spoločnosť Fronius je okrem toho pripravená spoločne tento systém vyvíjať ďalej a prispôsobovať ho ďalším potrebám.“
Synonymum pre efektívnosť: Fronius Pathfinder
Nové zvarové spoje sa v spoločnosti Anton Paar programujú offline – mimo zváracieho systému, a nie priamo na systéme tak, ako je to často obvyklé. Namiesto zastavenia prebiehajúcich zváracích prác zváranie pokračuje ďalej, a takýmto spôsobom sa zvyšuje produktivita. Aby to bolo možné, zvárací technici importujú CAD údaje o zváraných komponentoch meracích prístrojov do softvéru Fronius Pathfinder®. Následne sa testujú rôzne scenáre spájania, definujú sa postupy zvárania, ktoré sa počas simulácií optimalizujú.
Riešia sa dráhy rozbehu, nastavovacie uhly zváracích horákov, offsety zváracích horákov v priestoroch rohov a všetky zmeny orientácie zváracieho robota. Pathfinder rozpozná prekročenia dosahu robota, takzvané osové limity. Korekciou miesta odloženia zvarenca obsluhou softvéru a jeho umiestnenia v rámci dĺžky ramena zváracieho robota do požadovanej polohy sa včas zabráni potenciálnym kolíziám zváracieho horáka s rôznymi hranami konštrukčných dielcov.
Zdroje chýb sa včas identifikujú
Ak sú potrebné korekcie dráhy, príslušné body učenia sa dajú pohodlne posúvať prostredníctvom funkcie Drag & Drop. Ak sa má nábeh ku konštrukčnému dielcu zmeniť, kvalifikovaný pracovníci jednoducho stlačia tlačidlo „Reset“. Následne prejde virtuálny robot do východiskovej polohy na spustenie nového rozbehu. V reálnej prevádzke by sa robot musel v časovo náročnom procese presúvať pomocou riadiacej jednotky robota do východiskovej polohy a znovu by sa musel spustiť proces výučby. Tým, že sa experti spoločnosti Anton Paar rozhodli pre programovací a simulačný offline softvér Pathfinder, získali nielen cenný čas na zváranie, ale dokázali zdroje chýb identifikovať už vopred.
Po aktivácii zváracieho programu v softvéri Pathfinder sa program v takzvanom post-procesore prevedie do špecifického kódu zváracieho robota Fanuc. Potom sa bude dať preniesť prostredníctvom prenosu údajov, napríklad pomocou pripojenia k sieti LAN, do zváracieho systému. Špecifičinnou pomocou celého plánovania výroby je funkcia „Určenie doby taktu“, ktorá zahŕňa rýchlosti zvárania, predfuk plynu alebo časy plnenia koncového krátera. V porovnaní s učením pomocou riadiacej jednotky robota sa so softvérom Pathfinder dá v závislosti od geometrie konštrukčného dielca a požiadaviek na zváranie dosiahnuť až 90 % úspora času.
Vyrobený na mieru pre spoločnosť Anton Paar
Na zváranie množstva rôznych konštrukčných dielcov má Anton Paar k dispozícii špecifické pracovné postupy – workflow, vrátane 3 hlavných pracovných postupov, ktoré sú príkladom obrovskej flexibility v spektre konštrukčných dielcov.
Workflow 1: Konštrukčné dielce sa zvárajú na otočno-sklopnom polohovadle. Pritom sa paleta naložená konštrukčnými dielcami odoberie z paletového regála a dočasne umiestni na paletový odkladací stôl. V ďalšom procese manipulačný robot nastaví vhodné chápadlo na vyberanie konštrukčných dielcov, pričom v takzvanej stanici chápadiel je umiestnených 6 rôznych chápadiel. Takto vybavený manipulačný robot berie konštrukčné dielce a upevňuje ich v špecifickom upínacom prípravku, ktorým je vybavené otočno-sklopné polohovadlo. Odoberá sa jeden konštrukčný dielec za druhým, spája sa a znovu sa odkladá na paletu.
Workflow 2: Konštrukčné dielce sa zvárajú priamo na paletách, pričom manipulačný robot prepravuje palety z paletového regála a umiestňuje ich pred zváracieho robota. Pri zváraní môžu manipulačné a zváracie roboty vykonávať navzájom skoordinované pohyby, a preto dokážu zvárať nielen jednoduché, ale aj komplexné geometrie zvárania.
Workflow 3: Konštrukčné dielce sa odoberajú jednotlivo, manipulačný robot ich privádza do požadovanej polohy a pri zváraní sa pohybujú synchrónne so zváracím robotom (Coordinated Motion).
Aby systém vedel, čo treba robiť
Okrem inovatívnej zváracej technológie Fronius, riadenia, zamerania Tool-Center-Point (TCP), čistiacej stanice zváracích horákov a krytu, tvorí robotický zvárací systém 7 základných modulov, ktoré spolupracujú prostredníctvom softvérového riadenia: manipulačný robot, zvárací robot, otočno-sklopné polohovadlo s jednotkou formovacieho plynu, úložný priestor paliet s dvomi regálmi, stanica chápadiel, systém výmeny zváracích horákov a paletový odkladací priestor vo vnútri systému. Aby vyššie uvedené moduly počas pracovných cyklov presne spolupracovali, sú potrebné nasledujúce kroky:
Najskôr sa palety a konštrukčné dielce spoločne vložia do riadiacej jednotky HMI-T21 RS. Tá od príslušného špecialistu na zváranie získa 4 dôležité informácie: (1) typ palety, (2) spôsob (3), počet a (4) poloha konštrukčných dielcov na palete, napríklad koľko hlavných nosníkov alebo telies oscilátorov sa nachádza na ktorej palete a v akej polohe. Ak ide o offsettovú paletu, poloha konštrukčného dielca sa vypočíta z takzvaných offsetových vzdialeností medzi konštrukčnými dielcami, pričom prvý konštrukčný dielec je v hlavnej polohe. Jeden offset môže mať napríklad 200 mm na súradnici y a +200 mm na súradnici x. Palety, ktoré vyrába spoločnosť Anton Paar, pozostávajú z dierovaných paliet s otvormi s hrúbkou desať milimetrov a fungujú ako zásuvný systém. Nachádzajú sa v niektorom z paletových úložných priestorov, ktorý tvoria dve palety a sú skonštruované tak, aby sa do nich zmestili rôzne zvarence, pričom polohy uchytenia a odkladania jednotlivých komponentov sú často rôzne v závislosti od vlastnosti konštrukčného dielca a chápadla manipulačného robota.
Riadenie robota obsahuje hierarchicky nadradený program robota pre každý typ pracovného postupu. V ňom sa ukladajú zváracie programy vypracované prostredníctvom softvéru Pathfinder. Po vytvorení palety v HMI pre pracovný postup Workflow 2 (konštrukčné dielce sa zvárajú priamo na palete) filtruje príslušné programy zváracieho robota a špecialista na zváranie spoločnosti Anton Paar môže pohodlne vyberať medzi tými, ktoré sú k dispozícii pre Workflow 2 a prideľovať palete požadovaný zvárací program. Okrem toho existuje možnosť nepoužívať len jeden jediný zvárací program, ale vytvoriť celý pracovný reťazec. Napríklad je možné vytvoriť pre paletu najskôr program TIG, za ktorým v aktuálnom reťazci nasleduje program MAG (napr. CMT). V tomto prípade by robotický zvárací systém spracoval obidva programy za sebou, a pritom automaticky zmenil zvárací proces. Okrem toho môžu experti spoločnosti Anton Paar pridávať do procesu HMI určité špeciálne kroky. Systém napríklad pozná špeciálny krok „Otočiť konštrukčný diel“, ktorý sa v prípade potreby môže používať v obidvoch zváracích postupoch (TIG a CMT).
Ak je na manipuláciu s paletami potrebné určité chápadlo (ako je opísané vo Workflow 1), musí ho obsluha zariadenia zvoliť v systéme. Ako už bolo spomenuté, celkovo je k dispozícii 6 rôznych chápadiel, ktoré sú umiestnené v stanici chápadiel.
Učenie polôh uchopenia a odloženia
Samotný klasický sled manipulácie – vyzdvihnúť paletu, umiestniť ju do polohy na zváranie, prepraviť späť a odložiť – je štandardným programom a nevyžaduje zásah operátora. V odbornom žargóne hovoríme o „uzavretej“ funkcii. Zadávať sa musia len polohy chápadla.
Ak sa „zavedie“ nový konštrukčný dielec a niektorá z polôh odloženia alebo uchytenia ho nerozpozná, automatický chod sa v tejto polohe pozastaví. Zvárač bude vyzvaný, aby spustil proces výučby s jednotkou Fanuc iPendant a dostane pokyny krok za krokom od softvéru systému. Takýmto spôsobom sa systém „učí“ potrebné polohy uchopenia a odloženia pre príslušnú stanicu (napr. pre dočasné odloženie). Tie sa uložia do registra a potom sú okamžite k dispozícii pre manipuláciu. Následne môže pokračovať automatický chod až po ďalšiu stanicu. Ak je tam konštrukčný dielec rovnako neznámy, je potrebné naučiť systém aj túto polohu. Po spracovaní všetkých staníc podľa vyššie uvedenej schémy, manipulačný robot prepraví všetky ostatné rovnaké konštrukčné dielce automaticky cez zariadenie – bez prerušenia.
Ak má byť na jednu paletu naplánovaných 7 konštrukčných dielcov, ale sú na nej len 3 konštrukčné dielce, pre zariadenie to nie je problém. Rozpozná „zásah naprázdno“ a automaticky prejde do ďalšej polohy konštrukčného dielca.
Custom-made: Paleta učenia
Okrem štandardného ofsetového obsadenia, ktoré uprednostňuje jednoduché tvary konštrukčných dielcov, si spoločnosť Anton Paar dala za cieľ, aby sa dalo umiestniť až 30 kovových konštrukčných dielcov na ľubovoľné miesto na palete. Toto želanie spoločnosť Fronius vyriešila funkciou „Paleta učenia“. Po jej zvolení možno systém naučiť polohu každého konštrukčného dielca na palete samostatne.
„Obidva tieto varianty – offsetová paleta a paleta učenia – nám poskytujú maximum flexibility pri plnení palety,“ vysvetlil Dr. Ingo Riemenschneider, Department Manager Production Automation. „Nie vždy má zmysel definovať polohy konštrukčných dielcov prostredníctvom vzdialeností offsetu. Existujú konštrukčné dielce, ktoré sa z dôvodu tvaru musia upevňovať v rôznych orientáciách.“
Presnosť ako v prvý deň – aj po mesiacoch
Pokiaľ zvárači chcú spustiť proces zvárania, naskenujú číslo položky ručným skenerom z dátového listu konštrukčného dielca.
„Keď zariadenie rozpozná číslo položky, a teda konštrukčný dielec, pozná spôsob manipulácie a zvárací proces a spustí prevádzku. Všetko riadi HMI-T21 RS. Aké chápadlo a aký prípravok sú potrebné, je uložené pre každý konštrukčný dielec,“ vysvetľuje Riemenschneider. „To isté platí pre čas preplachovania argónom počas formovania a čas dobehu. Systém tiež vie, či a aké údaje sú potrebné na zaznamenanie procesných údajov.“
O niekoľko mesiacov neskôr je robotická zváracia bunka rovnako presná ako v prvý deň: Zvarový spoj je perfektne umiestnený vždy na rovnakom mieste. Aj preto, že spoločnosť Anton Paar vyrába konštrukčné dielce na µm presne a vzorovo ich obrába.
Možnosť viacnásobného obracania konštrukčných dielcov – aj pri formovaní
Otočno-sklopné polohovadlo disponuje priechodkou pre 4 rozvodné potrubia médií, 2 pre vzduch a 2 pre argón a dokáže prenášať až 32 signálov vstupu a výstupu (IOs). Je vyrobená z plastu a spoločnosť Anton Paar ju zhotovila pomocou 3D tlače. Ak sa vyžaduje formovanie, manipulačný robot najskôr vyberie potrebný upínací prípravok z paletového regála a upne ho pomocou špeciálneho upínacieho systému na manipulátor. Okamžite sú pripojené vedenia vzduchu pre pneumatické valce, ako aj vedenia plynu na preplachovanie argónom. Upínacie zariadenie vysiela teraz aj elektrické signály. Manipulačný robot umiestňuje konštrukčné dielce a zariadenie aktivuje signál na upínanie. Teraz možno formovať a následne zvárať. Systém je dimenzovaný tak, že na jednom jedinom upínacom prípravku je možné viacnásobné otáčanie konštrukčných dielcov.
„Je pre nás dôležité, aby všetky procesy a vlastnosti, ktoré boli do zariadenia implementované, boli kvôli svojej opakovateľnosti otvorené. Z hľadiska systému nesmie byť dôležité, či sa proces otáčania vykoná raz alebo stokrát. Nakoľko sa zložitosť konštrukčných dielcov stále mení, spolu s expertmi spoločnosti Fronius sme vynaložili veľmi veľa energie na to, aby boli procesy čo najmenej obmedzené,“ zdôrazňuje Riemenschneider.
Meranie zostatkového kyslíka made by Anton Paar
Pri formovaní na otočno-sklopnom polohovadle sa zostatkový kyslík, ktorý sa nachádza v konštrukčnom dielci, zmeria interným meracím prístrojom Oxy 5100. Počas celého zvárania meria plynule a v reálnom čase uvoľnený kyslík v prúde plynu. Bežne sa konštrukčný dielec upevňuje medzi dve časti vedenia. Na jednej strane prívodného vedenia prúdi formovací plyn dovnútra a na druhej strane, kde sa meria obsah zostatkového kyslíka, prúdi znovu von ako prúd spalín. Pre automatizovaný proces zvárania by bol tento postup kontraproduktívny, pretože robot by pri každom zváraní musel zvlášť umiestňovať a odstraňovať výfukovú hadicu. Preto sa prijalo rozhodnutie umiestniť merací prístroj na prívodné vedenie. Keď zariadenie oznámi, že bol dosiahnutý požadovaný obsah zostatkového kyslíka, začne sa zváranie, pričom sa vopred ešte zohľadní časové oneskorenie pre dobu prietoku argónu cez konštrukčný dielec. Je to potrebné, aby sa zaistilo, že nedôjde k prekročeniu požadovaného obsahu zostatkového kyslíka. Čas potrebný na úplný prechod cez konštrukčný dielec – časové oneskorenie – sa vypočíta pre každý konštrukčný dielec manuálnym meraním a uloží sa do systému. Ak sa konštrukčný dielec znovu vyskytne, riadiaca jednotka môže použiť tieto hodnoty a príslušne reagovať.
Technika zvárania na najvyššej úrovni
Obzvlášť dôležité bolo pre špecialistov spoločnosti Anton Paar, aby sa dali na jednom konštrukčnom dielci kombinovať dva zváracie postupy – napríklad TIG na zváranie koreňovej vrstvy a MAG na zváranie krycej vrstvy. Konečný výber zváracieho postupu však závisí od technických výpočtov zvárania a požadovanej odolnosti jednotlivých komponentov.
„Či sa použijú špeciálne procesy, ako CMT (Cold Metal Transfer), PMC (Pulse Multi Control) alebo LSC (Low Spatter Control), sa ukáže pri našich skúškach zvárania. Pre ktorý proces sa potom rozhodneme, závisí od hrúbky steny konštrukčného dielca, typu zvarového spoja, či je to napríklad kútový zvar alebo zvar v tvare I, a od požadovanej hĺbky závaru a metalografických výbrusov,“ uvádza Moik. „Potrebujeme približne 6 až 7 skúšok, kým spustíme sériu. Ak by bolo vnášanie tepla z dôvodu vlastností materiálu príliš vysoké, využiť možno samozrejme „studený“ zvárací proces CMT. Ak chceme zvýšiť produktivitu tým, že zvýšime rýchlosť zvárania, zvážime proces PMC. Ak sa má zvárať obzvlášť bezrostrekovo, témou je LSC. Predovšetkým preto, lebo tým vylúčime nákladné dodatočné obrábanie.“
Zváracie údaje sa zaznamenávajú v HMI. Ak zvárač počas vizuálnej kontroly zistí chybu, môže pozrieť do záznamu zváracích údajov, či došlo k hraničným odchýlkam. V zásade sa každý konštrukčný dielec podrobuje vizuálnej kontrole (VT) a každý desiaty konštrukčný dielec kapilárnej skúške farebnej indikácie (PT). Touto metódou sa dajú preukázať trhliny, póry a chyby spájania až do 1 µm. Z kovových dielcov kontrolovaných prostredníctvom PT sa na konci kontrolného cyklu pravidelne robia metalografické výbrusy.
Inovatívne procesy spoločnosti Fronius, rovnako inteligentný ako aj flexibilný koncept zariadenia a trvalo udržateľný potenciál ďalšieho rozvoja robotického zváracieho systému spoločnosti Anton Paar zaisťujú na dlhé roky dokonalé zvarové spoje pre citlivé a vysoko presné meracie prístroje. Zvárači súčasne profitujú zo zvýšenia bezpečnosti a ochrany zdravia tým, že sú krytom a odsávaním chránení pred elektrickým oblúkom a jeho emisiami.
Making sure the system knows what to do
In addition to the innovative Fronius welding technology, controls, tool center point (TCP) measurement, torch cleaning station, and enclosure, the robotic welding system consists of seven core modules that collaborate on the basis of software control. These consist of a handling robot, a welding robot, a turn-tilt positioner with forming gas unit, a pallet store with two racks, a gripper station, a torch changing system, and a pallet repository inside the system. The following steps are required in order for those modules to interact precisely during the working cycles.
First, pallets and components are created together in the HMI-T21 RS system controls, which are provided with four important pieces of information by the relevant welding specialist: (1) the pallet type and (2) the type, (3) the number, and (4) the position of the components on the pallet—for example, how many main carriers or oscillator housings are located in which position on which pallet. If it is an offset pallet, the component position is calculated on the basis of the so-called offset distances between the components, with the first component assuming the master position. For example, an offset might be 200 mm on the y-coordinate and +200 mm on the x-coordinate. The pallets manufactured by Anton Paar consist of perforated plates that are centimeters thick and function as a plug-in system. They are located in a pallet store consisting of two racks and are designed to accommodate each of the different workpieces, with the receiving and depositing positions of individual components often varying depending on the nature of the component and the gripper of the handling robot.
The robot controller contains a hierarchically superordinate robot program for each workflow type. This is where the welding programs created with Pathfinder are stored. If a pallet for Workflow 2 is created on the HMI (components are welded directly on the pallet), the robot controller filters the corresponding robot welding programs, and Anton Paar’s welding specialist can conveniently choose between all the programs that are available for Workflow 2 and assign the right one to the pallet. There is also the option to not only use a single welding program but also create an entire work sequence. For example, a TIG program can be created for a pallet, followed by a MAG program (e.g., CMT) in the same sequence. In this case, the robotic welding system would execute both programs one after the other and automatically change the welding process. In addition, the experts at Anton Paar can insert certain special steps into the HMI process. For instance, the system knows the special “Turn component” step, which can be used between the two welding processes (TIG and CMT) if necessary.
If a specific gripper is required for pallet handling, as described in Workflow 1, the system operator must select it in the system. As previously mentioned, there are a total of six different grippers available, all of which are kept in a gripper station.
Teaching gripping and depositing positions
The conventional handling sequence itself—picking up the pallet, positioning it for welding, transporting it back, and depositing it—is a standard program and requires no intervention from the operator. This is referred to in the field as an “encapsulated” function. Only the gripping positions have to be specified.
If a new component is “moved in” and not recognized by one of the depositing or receiving stations, the automatic run pauses. The welding specialist is prompted to start a teaching process with the robot controller—the Fanuc iPendant—and receives step-by-step instructions from the system software. Based on this, the system “learns” the required gripping/depositing position for the relevant station (e.g., for the clipboard). This position is stored in a register and is available for the handling process from that point on. The automatic run can then continue to the next station. If the component is also unknown there, this position must also be taught. Once all the stations have been worked through as described, the handling robot transports all other identical components through the system automatically, without interruption.
If a pallet should have seven components but there are only three components on it, this is no issue for the system. It detects an “empty grip” and automatically moves to the next component position.
Custom-made: the teach pallet
In addition to the standard offset assignment, which favors simple component shapes, Anton Paar wanted to be able to deposit up to 30 metal components at any point on a pallet. Fronius responded by creating the “Teach pallet” function. Selecting this function makes it possible to separately teach the position of each component on the pallet.
“These two versions, offset and teach pallet, offer us maximum flexibility in component placement,” explains Dr. Ingo Riemenschneider, department manager for production automation. “It doesn’t always make sense for us to define component positions using offset distances. We have to fix some components in different orientations because of their complex shapes.”
As precise as on the first day—even after months
When the welding specialists want to start a welding process, they use their handheld scanner to scan the item number on the component data sheet.
“If the system detects the item number and thus the component, it knows about the handling and welding process and starts operation. Everything is controlled via the HMI-T21 RS. The system stores which gripper and which device are needed for each of the components,” explains Riemenschneider. “The same applies to the argon flushing time during forming and the seam time. The system also knows whether and what data is required for process data recording.”
Months later, the robotic welding cell is still just as precise as on the first day, and the weld seam is perfectly positioned in the same place. This can also be attributed to the fact that Anton Paar manufactures the components with micrometer precision and joins them with an exemplary level of quality.
Components can be turned multiple times—even during forming
The turn-tilt positioner has a media conduit for four flow-through lines, two for air and two for argon, and can transmit up to 32 input-output signals (IOs). It is made of plastic and was produced by Anton Paar using 3D printing. If components need to be formed, the handling robot first retrieves the required clamping device from the pallet rack and clamps it on the manipulator with the help of a special clamping system. From that point on, both the air lines for the pneumatic cylinders and the gas lines for flushing with argon are connected. The electrical signals are now also transmitted by the clamping device. The handling robot then positions the components and the system sends the signal for clamping. Forming can now be carried out, followed by welding. The system is designed in such a way that the components can be turned several times on a single clamping device.
“It is important to us that all processes and properties that were implemented in the system are open in terms of their repeatability. The matter of whether a turning process is carried out once or a hundred times has to be irrelevant from the perspective of the system. Given that the complexity of our components is constantly changing, we and the experts at Fronius put a lot of energy into making the processes as unrestricted as possible,” notes Riemenschneider.
Residual oxygen measurement made by Anton Paar
When forming on the tilt-turn positioner, the residual oxygen in the component is measured with the company’s own Oxy 5100 measuring device. It carries out drift-free measurement of the dissolved oxygen in the gas stream in real time during the entire welding process. Normally, the component is fixed between two sections of a line. The forming gas flows in on one side, on the supply line, and out again as a flow of exhaust gas on the other side, where the residual oxygen content is measured. This procedure would be counterproductive for the automated welding process, as the robot would have to take the extra step of inserting and removing an exhaust gas hose during each welding process. The decision was therefore made to place the measuring device in the supply line. As soon as the device reports that the desired residual oxygen content has been reached, welding is started, taking into account a time delay for the time it takes the argon gas to flow through the component. This period is needed to ensure that the required residual oxygen content is not exceeded. The time it takes for the component to be completely filled—the time delay—is determined for each of the components based on a manual measurement and stored in the system. If the component comes up again, the controller can access the values and respond accordingly.
At the apex of welding technology
It was particularly important for Anton Paar’s welding specialists to be able to combine two welding processes for a component—for example, TIG for welding the root pass and MAG for welding the final run. However, the final choice of welding method depends on the welding calculations and the required resistance of the individual components.
“Our welding tests are the deciding factor in whether we use special processes such as CMT (cold metal transfer), PMC (pulse multi control), or LSC (low spatter control). The process we then decide on depends on the wall thickness of the component, on the type of weld, for example square butt or fillet weld, and on the required welding depths and micrographs,” Moik explains. “We need about six or seven tests before we go into series production.If the heat input would be too great due to the nature of the material, the CMT ‘cold’ welding process is of course suitable. If we want to boost productivity by increasing the welding speed, we look at PMC. If welding needs to be particularly low spatter, LSC might be a good choice, primarily because this prevents expensive rework.”
The welding data is recorded in the HMI. If the welding specialist finds a fault during the visual inspection, they can check the welding data record to see whether there have been any deviations from the limit values. Every component is subjected to a visual inspection (VI) as a matter of principle, and every tenth component undergoes a color penetration test (PT). This method can be used to detect cracks, pores, and lack of fusion of down to 1 µm. The PT-tested metal components are regularly subjected to micrographs at the end of the test cycle.
The innovative Fronius processes, a system concept that is both intelligent and flexible, and the ongoing potential to continue developing the robotic welding system ensure that Anton Paar’s sensitive, high-precision measuring devices will have perfect weld seams for years to come. The company’s welders simultaneously benefit from increased safety and protection of their health as they are shielded from the arc and its emissions by the enclosure and extraction system.