Để thực hiện tự động hóa trong hàn hiệu quả và tối đa hóa ROI của mình, bạn cần phải nhìn nhận nó là một hệ thống. Không chỉ đơn thuần là một cánh tay robot cầm mỏ hàn thay cho một người thợ hàn. Một hệ thống bao gồm các bộ phận kết nối với nhau để thực hiện thao tác hàn 1 cách nhanh và ưu việt. Hơn hết điều các doanh nghiệp mong muốn là nâng cao năng lực sản xuất.
Nếu bạn đã nghĩ đến việc bổ sung hệ thống robot hàn tự động vào hệ thống máy móc sản xuất của mình, có nhiều điều cần xem xét từ:
- Thiết bị robot, tự động hóa
- Thiết kế hệ thống tới hệ thống an toàn
- Sự ảnh hưởng của Robot hàn tới thợ hàn
Đọc tiếp để xem liệu ứng dụng robot hàn này có phù hợp với bạn không.
Mục lục chính
Tổng quan về hàn Robot tự động
Một trong những ứng dụng hàng đầu của robot công nghiệp là hàn tự động. Tạp chí Assembly trích dẫn báo cáo của International Federation of Robotics’ rằng: “50% robot trên thế giới được sử dụng để hàn: 33% cho hàn điểm, 16% cho hàn hồ quang và 1% cho một số loại hoạt động hàn khác.”
Quy mô thị trường hàn robot toàn cầu là 5,5 tỷ USD vào năm 2021. Thị trường dự kiến sẽ tăng từ 5,8 tỷ USD vào năm 2021 lên 9,76 tỷ USD vào năm 2028 với tốc độ CAGR là 7,7% trong giai đoạn 2021-2028. Đặc biệt là trong phân khúc ô tô và giao thông vận tải.
Đã 60 năm kể từ khi General Motors lần đầu tiên sử dụng robot công nghiệp UNIMATE của họ để hàn điểm vào năm 1962. Một phát minh để bảo vệ người lao động khỏi những công việc nặng nhọc và nguy hiểm trong ngành ô tô và nhiều ngành công nghiệp khác vào những năm 1980.
Các nhà sản xuất ngày nay đã chủ động đầu tư robot hàn và hiện nhiều người đang tìm cách tích hợp nó vào các hệ thống tự động lớn hơn để tiết kiệm thời gian, bù đắp cho tình trạng thiếu công nhân, đồng thời cải thiện chất lượng và sản xuất.
Hầu hết hàn robot được chia thành ba loại:
- Hàn hồ quang (thường là MIG hoặc TIG).
- Hàn điểm.
- Hàn laser.
Kim loại tấm cho đến nay là vật liệu phổ biến nhất, thường được làm bằng nhôm hoặc thép nhẹ hoặc thép không gỉ, nhưng các thành phần như đai ốc, nắp và ống cũng có thể được hàn bằng máy. Các ứng dụng gần như vô hạn nhờ sự khéo léo của các cánh tay đa trục và thiết kế chu đáo của đồ đạc và cảm biến.
>>> Tìm hiểu Robot hàn công nghiệp là gì? Cấu trúc và ứng dụng của robot hàn
Các thành phần trong hệ thống hàn robot tự động
Nhìn sơ bộ có thể thấy Robot hàn chì là 1 cánh tay robot với mỏ hàn là những gì cần để tự động hóa quá trình hàn. Trên thực tế, để có một hệ thống hàn robot tự động hoạt động tối ưu thì cần nhiều hơn thế.
Để tự động hóa tối đa hoạt động hàn bao gồm:
- Đưa phôi/sản phẩm vào trong vùng làm việc của robot hàn.
- Cố định phôi/sản phẩm.
- Robot thực hiện hàn tại các vị trí đã được lập trình.
- Sản phẩm được đưa ra đánh giá OK/NG.
- Vận chuyển sản phẩm ra khỏi khu vực hàn.
Cần sử dụng cả 1 hệ thống tự động hóa cho toàn bộ quá trình trên. Dưới đây là các thành phần cầu tạo nên hệ thống hàn:
1. Nguồn điện cho hệ thống hàn robot tự động
- Nguồn điện yêu cầu ổn định, đúng định mức. Ví dụ như Robot hàn 6 trục của Yaskawa AR1440 sử dụng nguồn điện trung bình 1,5KVA. Có nghĩa là người sử dụng phải làm cách nào đó để cung cấp nguồn điện đủ mạnh để vận hành hệ thống.
2. Cánh tay robot công nghiệp
- Lựa chọn cánh tay robot đa trục hoặc chuyển động tuyến tính tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng. Kích thước, tải trọng, khoảng cách di chuyển, tính linh hoạt, tính an toàn…
- Tham khảo tư vấn từ các hãng sản xuất Robot hoặc lựa chọn 1 đơn vị phân phối cánh tay robot. Một cách đơn giản hơn là tìm 1 đơn vị chuyên thiết kế và lắp đặt hệ thống hàn robot tự động.
3. Mỏ hàn
Mỗi loại ứng dụng hàn khác nhau cần có loại mỏ hàn khác nhau. Năng lượng được chuyển từ nguồn điện hàn đến phôi.
4. Hệ thống cảm biến
Cảm biến ngày càng có vai trò quan trọng trong cả đời sống và hệ thống sản xuất. Có thể tùy chọn các loại cảm biến để phù hợp với túi tiền và nhu cầu sử dụng. Ví dụ như cảm biến va chạm để tránh những va chạm sai lệch gây nguy hiểm hoặc hỏng hóc. Hoặc cảm biến điểm trung tâm để robot có thể đặt chính xác vị trí mối hàn. Rồi camera để quan sát, xác định vị trí kẹp…
5. Đồ gá cố định phôi
Bàn tay con người linh hoạt như thế nhưng để hàn 1 vật cũng phải giữ cố định vật cần hàn rồi mới thao tác. Tương tự như vậy, Robot không thể thực hiện thao tác chính xác nếu phôi không được cố định. Tất nhiên, cố định ở đây là việc cố định khi mỏ hàn dí xuống. Sau đó có thể xoay lật để thực hiện nhiều mối hàn khác.
Việc thiết kế 1 đồ gá linh hoạt và tích hợp nhanh chóng góp phần tối ưu hóa hệ thống hàn robot tự động.
6. Phần mềm lập trình và điều khiển
Để có thể điều khiển robot hàn tự động cần thiết lập các câu lệnh và một thiết bị điều khiển được gọi là HMI. HMI có thể đơn giản hoặc phức tạp, tùy thuộc vào ứng dụng. Ví dụ bao gồm một nút hoặc một dãy công tắc bật / tắt hoặc một ứng dụng máy tính đa màn hình điều khiển tất cả các khía cạnh của công việc (ví dụ: định vị bộ phận, giám sát cảm biến, bộ phận phóng điện và vận chuyển đến trạm tiếp theo).
Ngày nay, không quá khó để lập trình và điều khiển những cánh tay robot công nghiệp. Các công ty thường có riêng một đội ngũ kỹ thuật có chuyên môn để điều khiển và vận hành hệ thống máy móc tự động hóa. Bên cạnh đó, đơn vị phân phối robot và các thiết bị công nghiệp khác cũng hỗ trợ lập trình và lắp đặt, bảo trì trong suốt vòng đời sản phẩm.
7. Các trang thiết bị đảm bảo an toàn cho con người
Tại những doanh nghiệp đề cao sự an toàn của người lao động, các trang thiết bị dưới đây là cần thiết:
-
- Thảm an toàn nhạy cảm với áp suất và thiết bị bảo vệ cá nhân
- Các công tắc khóa liên động để ngăn máy hoạt động hoặc bắt đầu chu kỳ mới trừ khi đóng
- Khóa bảo vệ để ngăn chặn việc mở hoặc tháo bộ phận bảo vệ an toàn
- Cảm biến, chùm tia hồng ngoại, cửa cuốn an toàn và rèm che sáng
Ngoài các thành phần này của hệ thống hàn rô bốt, bạn có thể thiết kế một hệ thống tích hợp đầy đủ hơn giữa ô hàn và các khu vực sản xuất khác. Các thiết bị như băng tải, cánh tay chọn và đặt, rô bốt chăm sóc máy móc và thiết bị kiểm tra có thể hợp lý hóa các hoạt động.
>>> Tìm hiểu về Robot hàn điện trở trong các ứng dụng sản xuất ô tô
Tích hợp Robot hàn tự động với các quy trình sản xuất khác
So với một Robot hàn tự động hoạt động độc lập trong nhà máy, thì việc kết hợp robot với các loại máy, thiết bị tự động khác có tốt hơn không?
Mỗi doanh nghiệp sẽ có câu trả lời khác nhau về vấn đề này.
Không có giải pháp phù hợp duy nhất cho tất cả mọi người: nó phụ thuộc vào quy mô, độ phức tạp của mối hàn và nguồn lực sẵn có. (Bao gồm cả tiền bạc, thời gian để thực hiện thay đổi, độ sẵn sàng và kỹ năng, trình độ của công nhân).
Tự động hóa không nhất thiết phải là tự động hóa hoàn toàn hoặc không có gì. Ví dụ: một nhà sản xuất có thể có lựa chọn giải pháp tự động hóa cho một số hoạt động như:
- Cắt, hàn, kiểm tra
- Lắp ráp sản phẩm
Trong khi các hoạt động sản xuất khác như bảo trì bảo dưỡng máy móc hoặc xử lý vật liệu vẫn là thủ công.
Cách để tích hợp robot hàn vào hệ thống tự động
Các hệ thống tích hợp thường sử dụng phần mềm máy tính và các thiết bị được kết nối để liên kết các bộ phận trong một hệ thống. Bằng cách sử dụng ngôn ngữ lập trình để lập trình bộ điều khiển tự động hóa (PAC) và đồng bộ hóa với HMI, các kỹ sư sẽ dạy cho Robot các bước chuyển động, thu thập dữ liệu và kết hợp với các thiết bị khác.
Ví dụ về hệ thống hàn tích hợp bao gồm:
- Một tế bào hàn tự động sử dụng rô bốt MIG, máy hàn đai ốc và rô bốt xử lý vật liệu. Nó được thiết kế để chứa 53 số mô hình khác nhau của các thành phần hàn và có thể chạy trong một giờ mà không cần giám sát. Nó cũng có băng tải, khả năng chuyển đổi tự động (trong đó thiết bị cố định tự động điều chỉnh khi mã vạch của một bộ phận được quét) và camera quan sát.
- Một tế bào hàn robot MIG trong một cơ sở sản xuất ô tô để hàn các thanh cản nhôm. Đây là một quá trình hàn hai trạm với sự chuyển giao tự động giữa hai trạm hàn. Người vận hành nạp các bộ phận vào mỗi trạm, sau đó loại bỏ các mối hàn đã hoàn thành vào cuối mỗi chu kỳ.
- Đặc biệt khi phôi lớn hoặc công việc diễn ra trong một khu vực nhỏ, khả năng phối hợp chuyển động của robot cho phép nhiều người thực hiện công việc trong cùng một không gian cùng một lúc.
Robot cũng có thể phối hợp với người vận hành để thực hiện các phần của một nhiệm vụ lớn hơn. Ví dụ: trong khi người vận hành lấy sản phẩm tiếp theo để đưa vào vùng robot hàn, một cánh tay rô bốt có gắn bộ kẹp có thể tháo dỡ sản phầm đã hàn hoàn thiện khỏi đồ gá sau đó đặt lên băng tải chuyển tới giai đoạn tiếp theo. Tự động hóa thêm một nhiệm vụ / quy trình chuyển động lên và xuống lặp lại.
Độ chính xác cao của hàn robot có nghĩa là có ít đi những mối hàn kém chất lượng, không đẹp. Hay robot cắt tấm kim loại chắc chắn dung sai sẽ thấp hơn với một người thợ lành nghề.
Tuy nhiên, doanh nghiệp cần có sự tính toán kỹ càng cho sự thay đổi về năng suất, mục tiêu sản xuất khi quyết định đầu tư hệ thống robot hàn tự động hay bất kỳ thiết bị tự động hóa nào khác.
Giám sát và Khắc phục sự cố do robot hàn tự động gây ra
Các vấn đề về chất lượng và các lỗi dễ xảy ra của mối hàn như nứt nóng / lạnh / rỗ, khe nứt, độ rỗng, vết cắt,… và hiện tượng bắn tung tóe xảy ra với quá trình hàn tự động và cần được khắc phục. Dưới đây là một số mẹo để có mối hàn chất lượng tối ưu:
- Cân nhắc xem vấn đề có phải do những thay đổi gần đây đối với quy trình, vật tư tiêu hao hoặc lập trình robot hay không.
- Thực hiện bảo dưỡng định kỳ và kiểm tra thiết bị để xác định các vấn đề với vật tư tiêu hao (ví dụ như đầu phun, dây dẫn), hao mòn cáp điện, nguồn cấp dây, bắn dư thừa, căn chỉnh lệch tâm của vòi phun hoặc mối hàn đặt sai vị trí, hoặc rò rỉ khí.
- Cần biết chất lượng đầu vào và tính nhất quán ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng đầu ra. Ví dụ, các bộ phận đầu vào được gia công bằng máy CNC có thể góp phần mang lại chất lượng cao hơn, đường hàn nhất quán hơn so với các bộ phận được sản xuất bằng quy trình thủ công.
- Kết hợp các thiết bị ngoại vi như công tắc và cảm biến để phát hiện sự hiện diện và vị trí của các bộ phận hoặc các cảm biến định tâm và theo dõi đường may để đặt mỏ hàn và dụng cụ chính xác.
- Đội ngũ nhân viên hệ thống hàn robot với những thợ hàn giàu kinh nghiệm. Quen thuộc với các khuyết tật thông thường và những sai sót có thể xảy ra trong hoạt động hàn, họ có thể nhanh chóng đánh giá chất lượng mối hàn ngay tại điểm sản xuất và thông báo khi mọi thứ cần điều chỉnh.
- Cung cấp đào tạo về (các) rô bốt và thiết bị ngoại vi để phát triển kỹ năng và mức độ thoải mái của người vận hành với việc khắc phục sự cố máy, lập trình (thường được hướng dẫn bằng tay hoặc với mặt dây chuyền hướng dẫn) và khả năng truyền đạt các vấn đề phức tạp hoặc lặp lại cho lập trình viên ngoại tuyến / bộ tích phân.
- Bao gồm đào tạo về bảo trì hệ thống cơ bản như vệ sinh vòi phun và kiểm tra nguồn cấp dây, để khắc phục sự cố nhanh chóng và kéo dài tuổi thọ hữu ích của hệ thống.
- Hầu hết các thiết bị hàn tự động đều bao gồm phần mềm và kết nối để thu thập dữ liệu từ máy hàn và bất kỳ cảm biến hoặc máy ảnh nào. Điều này rất hữu ích để phát hiện các xu hướng, phát hiện ra sự kém hiệu quả và xác định nguồn gốc của các khiếm khuyết. Dữ liệu thu thập được về điện áp, dòng điện, tốc độ dây và tốc độ hàn, chiều dài và độ sâu mối hàn, tỷ lệ sử dụng vật tư tiêu hao cũng có thể được phân tích và theo dõi theo thời gian.
Robot hàn có gây ảnh hưởng tới công việc của thợ hàn?
Đã có nhiều cuộc tranh luận về việc tự động hóa sẽ “cướp” đi việc làm của người lao động. Nhưng hầu hết đều đồng ý rằng tự động hóa thay đổi bản chất của công việc hàn và hoạt động sản xuất công nghiệp.
Hệ thống hàn robot thay thế con người ở hầu hết các bộ phận hàn từ vận chuyển, hàn, căn chỉnh, giữ cố định phôi…
Vai trò của con người trong hệ thống chỉ là
- Duy trì hoạt động của các bộ phận và máy móc
- Xếp dỡ các pallet hoặc khay đựng
- Giám sát toàn bộ hệ thống, xử lý sự cố.
Mặc dù vậy, để làm được những công việc trên, người vận hành vẫn cần hiểu về hàn, phát hiện và khắc phục các khiếm khuyết, đồng thời áp dụng các kỹ năng hàn ngay cả khi họ đang giám sát robot và không cầm mỏ hàn trên tay.
Tự động hóa hàn bằng robot mang lại lợi ích cho các doanh nghiệp sản xuất.
- Giảm chi phí nhân sự về lương, thưởng, nghỉ ốm, bảo hiểm…
- Tăng chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất.
- Chi tiêu thấp hơn cho các vật tư tiêu hao như dây hàn và khí bảo vệ
- Giải quyết sự thiếu hụt 400.000 thợ hàn được dự đoán vào năm 2024
- Cho phép các thợ hàn lớn tuổi tiếp tục làm việc ở độ tuổi 60 do tính chất công việc đã giảm độ nặng nhọc hơn nhiều.
Ưu tiên An toàn
Hầu hết các mối nguy hiểm của hàn thủ công vẫn tồn tại trong các hệ thống tự động. Ngoài ra, rô bốt, băng tải và thiết bị xử lý vật liệu tự động có thêm rủi ro về an toàn. Khi ngày càng có nhiều công ty chuyển sang sử dụng các hệ thống hàn robot được thiết kế sẵn và tùy chỉnh, an toàn của người lao động luôn là ưu tiên hàng đầu . Có nhiều cách để đảm bảo và nâng cao tính an toàn, chẳng hạn như:
- Các thiết bị và chiến lược an toàn của người vận hành bao gồm thiết bị bảo vệ đèn flash hồ quang, bảo vệ mắt, rèm chiếu sáng bằng laser hoặc ánh sáng, thiết kế không gian thích hợp và rào chắn / cổng xung quanh khu vực hàn và hút khói / lá chắn, xác định và đánh dấu rõ ràng các khu vực nguy hiểm
- Các công tắc khóa liên động, có thể dừng máy hàn hoặc giữ cho chu kỳ tiếp theo không bắt đầu trừ khi công tắc ở đúng vị trí, ngăn công nhân vô tình tiếp xúc với máy. Ví dụ bao gồm cổng, cửa / nắp trên thiết bị, đòn bẩy và bản lề. Chúng cũng có thể ngăn ngừa hư hỏng một bộ phận hoặc thiết bị do chuyển động lạc hoặc bắn tung tóe.
- Các tùy chọn bao gồm bộ bảo vệ cơ điện và bản lề cũng như bộ chuyển mạch cáp quang không tiếp xúc (đặc biệt đối với các khu vực có mức EMI / RFI cao).
- Các thiết bị khóa liên động phải phù hợp với môi trường của chúng về “ nhiệt độ , độ ẩm, tiếp xúc với bụi / chất mài mòn, tiếp xúc với hóa chất và tiếp xúc với rung và sốc cơ học trong ứng dụng”. Trong hàn, việc tiếp xúc với nhiệt và bắn tung tóe là mối quan tâm đặc biệt.
- Khóa bảo vệ, ngăn chặn việc mở hoặc tháo bộ phận bảo vệ an toàn khỏi khu vực làm việc nguy hiểm hoặc thiết bị
- Thực hiện đánh giá rủi ro kỹ lưỡng để xem xét tất cả các nguy cơ tiềm ẩn do thiết bị hàn robot, đồ đạc hàn và thiết bị ngoại vi gây ra.
- Xem xét mức độ nghiêm trọng và khả năng xảy ra thương tích tiềm ẩn và tần suất tiếp xúc với rủi ro của người lao động.
- Ngay cả với các cảm biến trên bo mạch và điều khiển tắt khẩn cấp, các công cụ và bộ phận cũng có thể gây nguy hiểm. Các ví dụ bao gồm tăng khả năng tiếp xúc với khói, mức độ gần với các mối nguy hiểm khác, tần suất ra / vào phòng giam, và khả năng tiếp cận của đèn pin và rô bốt.
Tìm hiểu thêm từ các chuyên gia tại VCC Trading
Tự động hóa thay đổi mọi thứ. Từ khối lượng sản xuất đến mức sử dụng tiêu hao, sơ đồ mặt bằng cơ sở của bạn đến mô tả công việc của nhân viên, thật khó để phóng đại mức độ ảnh hưởng của hàn rô bốt. Đó có phải là sự thay đổi phù hợp với bạn? Liên hệ với