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Mar 20, 2023

Los robots automatizan la soldadura de piezas de aluminio

Un FANUC R-2000iD posiciona una caja de inversor para soldadura por un FANUC ARC Mate

Un FANUC R-2000iD coloca una carcasa de inversor para soldar con un FANUC ARC Mate 100iD. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Cada carcasa del inversor se somete a una prueba de fugas por caída de presión. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

El inversor Tauro tiene una carcasa de aluminio de doble pared con refrigeración activa que lo hace ideal para su uso en exteriores. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Los ingenieros de Fronius Solar programan y simulan todos los movimientos del robot y secuencias de soldadura fuera de línea con el software gemelo digital Fronius Pathfinder. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Un carro de preparación se dirige a la celda de soldadura robótica. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Un chip RFID le dice a la celda de soldadura qué pieza se está soldando. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

El corazón y el cerebro de cada sistema fotovoltaico (PV) es el inversor, que convierte la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna que se puede utilizar en un hogar o negocio. El inversor también optimiza el rendimiento, controla los flujos de energía y comprueba el funcionamiento del sistema fotovoltaico.

Uno de los principales fabricantes de inversores para sistemas fotovoltaicos es Fronius Solar Energy con sede en Wels, Austria. Una división de Fronius International GmbH, Fronius Solar Energy presentó su primer inversor, el Sunrise, allá por 1994, y ha sido líder del mercado desde entonces.

Su último inversor, el Tauro, tiene una carcasa de aluminio de doble pared con refrigeración activa que lo hace ideal para su uso en exteriores. Para soportar los elementos, el inversor está sellado según el estándar de protección de ingreso IP65. Cumplir con ese estándar depende, en parte, de la capacidad de la empresa para crear costuras soldadas de alta calidad.

"Debido a los diferentes espesores de lámina, los desafíos relacionados con la soldadura de la carcasa de aluminio fueron enormes", explica Jasmin Gross, gerente de marketing de productos de Fronius Solar Energy.

Afortunadamente, Fronius Solar Energy no tuvo que ir muy lejos en busca de ayuda. La soldadura es la especialidad de otra división de Fronius International, Fronius Perfect Welding.

El inversor se produce en la planta de ensamblaje de Fronius Solar Energy en las cercanías de Sattledt, Austria. La carcasa y las puertas batientes están soldadas en una celda de soldadura robótica de última generación que fue desarrollada específicamente para este trabajo.

"Programamos y simulamos todos los movimientos del robot y secuencias de soldadura fuera de línea con el software gemelo digital Fronius Pathfinder", explica Anton Leithenmair, jefe de automatización de soldadura en Fronius Solar. "Esto nos permite detectar cualquier contorno de interferencia por adelantado. Lo mismo se aplica a los límites de los ejes y las posiciones de la antorcha. Nuevamente, podemos intervenir temprano, sin tener que esperar hasta las primeras muestras de soldadura.

"Tan pronto como se han programado las secuencias de soldadura, Pathfinder transfiere los datos al posprocesador, donde se traducen al lenguaje del robot FANUC. Esto nos permite ahorrar tiempo y costos valiosos. La programación fuera de línea acorta el proceso de aprendizaje del robot. en la celda de soldadura por varias horas".

Antes de que comience la producción, los pedidos del Tauro se crean en un sistema de planificación de recursos empresariales. Estos datos forman la base para la planificación de recursos materiales. Aquí es donde se generan todas las órdenes de producción para carcasas y puertas batientes. A continuación, se asigna una fecha de producción a cada pedido. La planificación detallada que sigue se lleva a cabo por el sistema de ejecución de fabricación. Cada pedido se planifica al minuto, se asigna a un corredor de pedidos libres y luego se enumera.

Debido a los diferentes espesores de chapa, la soldadura de la carcasa del inversor de doble pared planteó un desafío especial desde el principio. "Antes de unir los elementos de láminas individuales en la celda de soldadura robótica de acuerdo con los estándares, se prefijan manualmente. Usamos el proceso de soldadura MAG [metal active gas] para esto. Incluso en esta etapa, se requiere un trabajo preciso". dice Christian Kraus, jefe de grupo en la producción de chapa en Fronius Solar.

Una vez que se completa el punteado, y esto se ha ingresado en la terminal del sistema, los controles del sistema central liberan el siguiente paso: la soldadura robótica. La carcasa ahora se coloca en el carro de instalación, se sujeta y se mueve dentro de la cerradura. Una vez que esto ha sido reconocido, el sistema inicia el siguiente trabajo, y el programa de robot responsable del posicionamiento y la soldadura se selecciona en el dispositivo de sujeción por medio de un chip de identificación por radiofrecuencia (RFID).

"Independientemente del componente que coloquemos en la cerradura, el chip RFID sabe qué programa de soldadura usar", agrega Kraus. "Podemos incluso colocar una carcasa de inversor en la cerradura uno mientras soldamos una puerta batiente en la cerradura dos a través del alimentador de componentes. Y viceversa. El uso de la tecnología RFID nos permite soldar componentes con total independencia de su forma, tamaño y cantidad. Ya sea es un tamaño de lote de uno o producción en serie, nuestra celda de soldadura robótica puede hacerlo todo".

Los ingenieros de Fronius Solar programan y simulan todos los movimientos del robot y secuencias de soldadura fuera de línea con el software gemelo digital Fronius Pathfinder. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Tan pronto como se ha iniciado el proceso de soldadura, un robot de manipulación FANUC R-2000iD/210FH toma el componente y lo guía a la celda de soldadura. Prácticamente no requiere esfuerzo para levantar la carcasa del inversor. Con un alcance de 2,6 metros, el robot tiene una capacidad de carga de 210 kilogramos, mientras que la carcasa de aluminio, incluido el dispositivo de sujeción, no pesa más de 140 kilogramos. Una vez que la carcasa de Tauro está dentro de la celda de soldadura, se imprime un código de matriz de datos en la base de la carcasa utilizando tecnología de impresión por inyección de tinta. El código contiene los números de serie de las carcasas Tauro individuales. Está vinculado a los datos de soldadura registrados por el software de gestión de datos WeldCube durante el proceso de soldadura. Esto significa que cada soldadura individual es 100 por ciento rastreable.

Una vez que se ha aplicado el código, comienza el proceso de soldadura real. Mientras un robot de soldadura FANUC ARC Mate 100iD está haciendo su trabajo, uniendo 5,5 metros de lámina de aluminio con un total de 96 soldaduras, el robot de manipulación mueve la carcasa exactamente a la posición correcta. Algunas soldaduras requieren movimientos simultáneos perfectos de ambos robots.

"Pulse multi control (PMC) ripple drive es el proceso de soldadura preferido", explica Leithenmair. "El accionamiento ondulado PMC permite un ajuste preciso de la entrada de calor y es perfecto para unir láminas de diferentes espesores".

El impulso ondulado es una característica especial del proceso PMC. Una de sus características principales es un cambio de proceso cíclico entre PMC y un movimiento de alambre inverso a través de la llamada unidad de accionamiento push-pull. Diseñado para soldadura automatizada, el método PMC es mucho más rápido que la soldadura TIG. Este proceso produce soldaduras onduladas y prácticamente sin salpicaduras.

Como material de relleno se utiliza un alambre de aluminio-silicio de 1,2 milímetros de espesor, que se suelda con gas de protección argón. Los procesos de soldadura, alambre y gas están todos incluidos en la información del sistema para la orden de soldadura.

Una vez finalizado el ciclo de soldadura de 17,5 minutos, el robot manipulador coloca el componente en la cerradura y la celda de soldadura envía una señal de finalización al sistema MES. Mientras se vacía una cerradura, la otra puede iniciar el siguiente trabajo.

"Unir fuerzas con una marca prestigiosa como Alfa Romeo es una oportunidad increíble para desarrollar tecnologías de vanguardia, y estamos orgullosos de ver los resultados tangibles de la experiencia comprobada en el campo de Comau", dice Pietro Gorlier, director ejecutivo de Comau. "Nuestro compromiso con la calidad inquebrantable se refleja en los procesos y productos utilizados para fabricar Tonale, lo que nos permite garantizar el máximo valor para el cliente".

"Al apoyar a la marca Alfa Romeo en la expansión de sus productos, Comau ha aprovechado al máximo su dilatada experiencia en automatización y fabricación inteligente para ofrecer un nivel de flexibilidad sin precedentes", añade Andrew Lloyd, jefe de ingeniería de Comau. "Este enfoque innovador para implementar tecnologías completamente nuevas y renovar las líneas y los equipos existentes es un resultado directo de nuestro compromiso de ofrecer soluciones cada vez más escalables y sostenibles, ayudando a nuestros clientes a cumplir mejor sus objetivos hoy y mañana".

El MES gestiona una amplia variedad de datos. Además de la gestión de pedidos, también registra los estados de la máquina, los tiempos de ciclo, las fallas y los valores de la prueba de vacío que se realiza una vez que se completa todo el trabajo de soldadura. Los intervalos de mantenimiento también se pueden definir mediante el MES. Si, por ejemplo, se detecta una determinada avería cada 100 horas de funcionamiento de media, se puede establecer un intervalo de mantenimiento específico de 99 horas. Los trabajos de mantenimiento planificados sistemáticamente con antelación prolongan la vida útil de los sistemas de soldadura y evitan tiempos de inactividad innecesarios.

Los pocos detalles de la carcasa que no puede completar el robot se sueldan manualmente. En este caso, se utiliza un proceso TIG especialmente diseñado para la soldadura de aluminio. Una vez que se completa todo el trabajo de soldadura, los refuerzos de soldadura se lijan, las soldaduras se recubren con líquido de prueba de tinte penetrante y se verifican las fallas de soldadura. Aquí el fluido de prueba penetra cualquier imperfección en el material.

Una vez que se completa la prueba de soldadura, cada carcasa aprobada ingresa al sistema de prueba de fugas especialmente desarrollado por Fronius para Tauro. Esto crea un vacío de 60 milibares dentro de la carcasa del inversor, que debe mantenerse durante un período de tiempo definido con precisión. Si la presión desciende menos de 1,8 milibares durante este tiempo, la carcasa es 100 % estanca y cumple el grado de protección IP65.

Una vez superada la prueba de fugas, el resultado se guarda en WeldCube con el número de serie y se garantiza la trazabilidad completa. La carcasa del inversor ahora está lista para el recubrimiento en polvo.

Para obtener más información sobre la tecnología de soldadura, haga clic en www.fronius.com/en/welding-technology.

Para obtener más información sobre robots de soldadura y manipulación, haga clic en www.fanucamerica.com.