Využití technologie WireSense

V automobilové karosárně globálního technologického koncernu Magna nepřistupují na žádné kompromisy. Sázejí na nejvyšší standardy kvality. V rakouském Grazu se sice bez výjimky vyrábějí vozidla z prémiového segmentu na zakázku, ale stejně jako všichni další dodavatelé a výrobci OEM se také společnost Magna musí důkladně zabývat výrobními tolerancemi. Když byla v listopadu 2018 uvedena do provozu nová výrobní linka, objevily se komplikace u robotizovaného svařování. Aby se při používání tenkých plechů předešlo neprovaření, je třeba zajistit maximální přesnost v technice spojování. Řešení nabízí technologie Fronius WireSense.

Uvedení nové výrobní linky do provozu vyžadovalo od technických odborníků ve společnosti Magna vysokou kreativitu: Než mohla být spuštěna sériová výroba, měli pověření externí systémoví integrátoři za úkol zajistit transport dílů pomocí nejmodernějších robotických systémů do předem naprogramované svařovací polohy. Ale dosáhnout přesné polohy hrany plechu, což je při svařování nezbytné, se ještě v předsériové výrobě ukázalo jako velká výzva. Zodpovědným pracovníkům ve společnosti Magna bylo jasné, že právě u tenkých plechů je stoprocentní přesnost v technice spojování naprosto nezbytná. Než tedy mohla z pásu začít sjíždět vozidla pro zákazníky, bylo nutné zajistit dokonalé spojování spodních a vrchních plechů.

Výrobní tolerance

„Pracujeme mimo jiné s průběžným robotickým systémem“, vysvětluje Sonja Schober, vedoucí týmu spojovací techniky obchodní jednotky Painted Body ve společnosti Magna Steyr. V tomto případě se kompletní zadní část vozidla neupíná jako obvykle. Jeden robot, takzvaný drapák GEO, zvedne díl za určené body a přemístí ho do předem určené pozice. Druhý robot navede svařovací hořák do příslušné svařovací polohy. A právě tady bylo nutné zajistit přesné dodržování naplánovaných rozměrů: „Ohledně přesné polohy dílu jsou sice původně stanovené různé tolerance, ale používané roboty s sebou také nesou specifické toleranční rozsahy – například u svařovacího robota hovoříme o toleranci osy. Když se tedy sejdou nejhorší podmínky, to znamená, že tolerance dílu i tolerance robota se v minusovém nebo plusovém rozsahu plně využijí, může to někdy působit komplikace,“ pokračuje S. Schober. „Spojovaná hrana může ležet až milimetr před nebo za polohou stickoutu svařovacího drátu. V důsledku toho zase mohou vznikat chyby spojení, např. nedostatečný průvar nebo chybějící spojení spodního a vrchního plechu.“ Werner Karner, vedoucí centra spojovací techniky ve společnosti Magna Steyr, k tomu dodává: „Kromě toho se v automobilovém průmyslu většinou používají tenké plechy. Když se svarový šev ocitne úplně vedle, dojde také rychle k propálení. Dříve než jsme tedy mohli přejít na sériovou výrobu, museli jsme naše systémy v tomto ohledu optimalizovat.“

Potíže se spojováním se v plně automatizované technice většinou vyskytnou zcela nepředvídaně. Zajištění kvality ve výrobě proto vyžaduje celkovou exaktní zkoušku: „Normálně naučíme robota jeden díl a to pak také funguje. Přesto se může nečekaně objevit svarový šev, který si opět vyžádá dodatečnou práci. V takovém případě je potřeba analyzovat, v čem spočívá příčina,“ názorně vysvětluje Marco Miersch, mechanik údržby ve společnosti Magna Steyr. „V každé výrobě samozřejmě existuje ještě mnoho dalších příčin, které způsobují nepatrné odchylky, a proto je bezpodmínečně nutné naplánovat výrobní tolerance předem: Jedná se tedy o požadovanou, a proto kompenzovanou mechanickou vůli – hovoříme také o vyrovnání tolerance ve fázi výroby,“ doplňuje S. Schober. „Dimenzovat konstrukci s nulovou tolerancí je rozhodně nemožné! Proto jsme odkázáni na spolehlivé vyhledání hrany plechu, respektive detekci rozměrů případných spár. Tak můžeme předcházet neprovaření při spojování.“

Pro každodenní výrobu to znamená: „Všechny díly prohlížíme, vzájemně porovnáváme, v případě pochybností naučíme robota nový průběh každého svarového švu a přizpůsobíme parametrizaci svařovacích zdrojů,“ potvrzuje postup práce M. Miersch. Abychom zajistili absolutní přesnost, jsme připraveni akceptovat dodatečné náklady na pracovní dobu a sílu i případnou vyšší spotřebu materiálu. Tato forma kompletní kontroly kvality je pro nás jako prémiového výrobce nejvyšší prioritou.“

Kontrola dílů pomocí optických měřicích systémů

Aby se předešlo neustálým dodatečným pracím v podobě vizuální kontroly každého jednotlivého kusu a dodatečného ručního svařování a také zmetkovitosti, musí být před svařováním zajištěna správná poloha dílů. Možnosti, jak se s touto speciální výzvou robotického svařování vypořádat, jsou různé. Otázkou ale je, jak řešit konkrétně tento problém v převážně plně automatizované výrobě vysokého počtu kusů. Ohledně různých kamerových systémů, které mají robotům umožnit „vidět“ a korigovat polohu, se W. Karner domnívá: „Hořáky jsou samy o sobě velmi dlouhé. Když se dozadu ještě umístí kamera, neuvidí dost daleko dopředu. Kromě toho všichni výrobci v karosárně stojí před stejnou výzvou: Všechno je stále těsnější a zprohýbanější! Přístupnost je tedy čím dál víc omezená a optické měřicí pomůcky přitom doslova narážejí na své hranice.“

Společnost Magna však neusiluje jen o plnění nejvyšších kvalitativních požadavků. Chce stanovit měřítka také ohledně nejmodernějších výrobních standardů v automobilovém průmyslu. Po uvedení nové výrobní linky do provozu v roce 2018 chtěl W. Karner jít novou cestou: „Bylo mi jasné, že automobilové odvětví už dlouhou dobu potřebuje něco, co podpoří roboty při hledání hran. Na základě naší dlouholeté a vynikající spolupráce s techniky a vývojáři společnosti Fronius jsme se zeptali, zda by měli po ruce nějaké řešení. Odpověď přišla zakrátko: Něco by tu snad bylo…“

» … že spolehlivě detekujeme hranu a tím i přesnou polohu svařování, musí tedy být základním předpokladem! «

Fronius řešení: WireSense

Aplikační technika Fronius skutečně dokázala pomoci: „Náš kontaktní partner už zřejmě věděl, že se uvažovalo o možnosti změnit funkci drátové elektrody inteligentního svařovacího zdroje TPS/i na senzor. Respektive oddělení výzkumu a vývoje společnosti Fronius už v minulosti provádělo úspěšné pokusy. Kromě toho svařovací zdroje jsou u nás konfigurované pro CMT proces – byly tedy splněny všechny předpoklady pro provozní test,“ popisuje M. Miersch konstruktivní spolupráci zaměřenou na nalezení vhodného řešení.

„Společnost Fronius měla pravděpodobně tento vynález už nějakou dobu založený v šuplíku, ale až do tohoto okamžiku asi ještě nedozrál,“ vysvětluje W. Karner. „Díky dlouholeté důvěrné spolupráci si nakonec obě strany dokázaly představit instalaci prototypu do naší výroby.“ To mělo v konečné fázi pomoci s uvedením této nové senzorové technologie na trh.

WireSense a doby taktu

„Díky technologii WireSense robot spolehlivě najde hranu plechu a stoprocentně přizpůsobí svařovací dráhu konkrétním podmínkám,“ s potěšením konstatuje S. Schober. „Proto máme nyní vynikající, stále stejnou stabilitu průvaru a dosahujeme vždy dokonalého spojení vrchního a spodního plechu,“ potvrzuje M. Miersch. Na zmíněné výrobní lince z roku 2018 používá společnost Magna technologii WireSense až dosud, i když jen na jednom dílu, takzvaném příčném nosníku systému ochrany při převrácení: „Tady jsme měli nejvíce prostoru, proto se nabízelo použít tento proces pro testování. Technologie WireSense navíc vyžaduje dodatečný čas pro snímání povrchu dílu před vlastním svařováním. Protože u tohoto dílu máme časovou rezervu, nemají případné prodlevy v dobách taktu žádný vliv na celkovou výrobu.“

Použití technologie WireSense na všechny svarové švy by vyžadovalo úplně jiné plánování už před uvedením nových výrobních linek do provozu: „Tuto revoluční funkci jsme dosud nemohli rozšířit na celou výrobu. V kompletně instalované výrobě jsou totiž doby taktu jednotlivých stanic přesně vypočtené – dodatečné celoplošné použití by rozhodilo celý systém. Například u tohoto zadního dílu je plánovaná doba taktu pět minut. Každý robot přitom má určitou oblast detekce kolizí. Pokud jeden robot právě pracuje s technologií WireSense, a potřebuje proto více času, nemůže pracovat ani ten druhý. To vše se automaticky sčítá a v konečném důsledku bychom se z pěti minut dostali přibližně na deset.“

Kromě toho i nastavení technologie WireSense vyžadovalo optimalizaci, která byla nejprve realizována na zkušebním dílu, příčném nosníku systému ochrany při převrácení: „Když jsme se o rozšířené výbavě WireSense dozvěděli, počítali jsme přibližně se třemi sekundami na jedno nasnímání povrchu – v konečném důsledku to však bylo osm sekund,“ rozvádí myšlenku S. Schober. Servisní technici společnosti Fronius se touto skutečností zabývali a problém podrobně vysvětlili. Nakonec se muselo zdokonalit naprogramování robota. Základním předpokladem plného využití veškerých výhod drátového senzoru jsou v této oblasti fundované znalosti. Šlo o to, přesně stanovit rychlost robota při snímání povrchu na jednotlivých drahách. „Přitom se prostřednictvím změn v naprogramování podařilo některé dráhy výrazně zrychlit. Výsledkem bylo, že jsme se na původně odhadované tři sekundy skutečně dostali,“ potvrzuje S. Schober.

Významná úspora času navzdory dodatečným nákladům

„I přes všechny optimalizace stále platí, že jeden systém brzdí druhý,“ ujišťuje W. Karner. „Jenom na zadní části této karosérie máme přes sto svarových švů. Tři sekundy snímání povrchu na jeden svar – to by samozřejmě znamenalo ohromný rozdíl!“ doplňuje M. Miersch: „Aby bylo možné nasadit technologii WireSense efektivně, je nutné před plánováním výrobních linek nasnímat jednotlivé svary, a tím předejít chybám i případným následným opravám. Navíc jde o svary, které se vzhledem k bezpečnostním požadavkům považují za kritické.“

„Pokud při výběru svarů vše detailně promyslíme, může technologie WireSense – i přes časovou náročnost při přípravě – v konečném důsledku vést k významným úsporám času i nákladů. Jednotlivé doby taktu přitom sice budou kvůli snímání povrchu trochu delší, ale dostupnost systému se celkově výrazně zvýší. Vyplývá to hlavně z téměř stoprocentního omezení drahých dokončovacích prací,“ je si jistý vedoucí centra spojovací techniky W. Karner.