TPS/i WireSense El hilo de soldadura como sensor

Sistemas de soldadura robotizada en la producción industrial: A pesar de la alta precisión general, se siguen produciendo algunas imprecisiones. Ahora, Fronius podría revolucionar la tecnología de fabricación con el sistema de asistencia para robots WireSense, con el que el hilo de soldadura se convierte en sensor y es posible reaccionar de forma óptima a las variaciones en la posición de los componentes y corregir la trayectoria de los cordones de soldadura. Así se minimiza el retrabajo y los componentes defectuosos casi al 100 %.

La producción industrial requiere tecnología robótica avanzada. Sin embargo, a pesar de contar con sistemas perfectamente sincronizados, no siempre conseguimos evitar las imprecisiones. Las desviaciones en la trayectoria prevista de los cordones de soldadura son comunes, y provocan diversos problemas y errores de unión: Quemaduras que estropean el material, medidas A no permitidas, uniones deficientes o directamente inexistentes entre las chapas inferior y superior... Son varios los escenarios posibles. En última instancia puede ser necesario realizar el caro retrabajo o desechar el componente, y los tiempos de ciclo pueden sufrir retrasos considerables.

 

Sistemas auxiliares de medición

Si la posición de las chapas que se van a unir difiere en gran medida de la posición de soldadura programada, es necesario reaccionar, en el mejor de los casos, antes de iniciar la soldadura. Hasta ahora, eso solo era posible mediante controles manuales o sistemas ópticos auxiliares de medición.  Estos sistemas con cámaras se instalan normalmente en los cuellos antorcha, y aquí es donde surgen los problemas: En función del ángulo y la forma de la antorcha, la imagen que se obtiene de la posición de soldadura puede ser bastante limitada. Aunque es mucho más común que lo que se vea limitado sea la accesibilidad al componente y los sistemas auxiliares de medición no dispongan de espacio para operar. Además, estos sistemas se utilizan en entornos difíciles que hacen necesario realizar frecuentes tareas de mantenimiento y calibrado. Para colmo, estos sistemas de alta sensibilidad no son baratos en absoluto.

Fronius ha identificado las lagunas de estos sistemas y ha reaccionado al complejo desafío en el ámbito de la soldadura robotizada: El desarrollo de WireSense ha permitido mejorar la fuente de potencia con una nueva función que convierte el hilo de soldadura en sensor. Ahora, por medio de una lectura precisa mediante el movimiento de hilo invertido de alta frecuencia, se pueden registrar las geometrías de los componentes para determinar con precisión la posición de cada una de las chapas en relación con las demás.

Cómo funciona WireSense

El hilo de soldadura presenta una tensión de sensor extremadamente baja; la corriente se mantiene al mínimo. Cuando el robot se desplaza a la posición deseada e inicia el proceso WireSense, el hilo de soldadura entra en contacto con el componente y se produce un cortocircuito, pero sin soldadura debido a la potencia, que es mínima. A continuación, este cortocircuito se interrumpe al levantarse el hilo. El cambio de posición del hilo de soldadura originado en el momento del cortocircuito se analiza dentro de la fuente de potencia inteligente TPS/i por medio de algoritmos de evaluación especiales y se prepara como señal de medición de la altura para su uso posterior, por ejemplo en el control del robot.

 

WireSense – solo con ayuda de robots

Si el robot recibe la señal que emitió la TPS/i, puede atribuirla con precisión con base en su posición u orientación actual en el espacio. La respectiva señal de medición de la altura se compara con los datos de la posición actual del control del robot con base en el sistema de coordenadas tridimensional. Tomando como referencia un punto que se define al iniciar el proceso WireSense se puede registrar con total precisión cualquier elevación o descenso del componente. 

Así es posible, por ejemplo, comparar los valores nominales y los reales entre sí, es decir, comparar los datos de posición guardados y los actuales. Si hay diferencias, el robot puede corregir el denominado Tool Center Point (TCP) o el correspondiente sistema de coordenadas mediante los cálculos apropiados y así compensar los cambios de posición de los componentes. Solo así es posible el uso de WireSense.

Detección de componentes, bordes y huecos

Si dejásemos que el robot se desplazase indefinidamente con WireSense sobre la pieza de trabajo y registrase cada punto, en teoría se podría trazar el contorno completo del componente en 3D. Por eso hablamos de "Contour-Sensing".

No obstante, la herramienta más importante para la producción es la función de detección de bordes, por ejemplo en el caso de las soldaduras a solape, en las que la detección fiable de un borde de chapa definido tiene lugar mediante la medición de la altura. Para ello también hay que determinar de antemano valores de medición que reflejen la altura exacta del borde de la chapa. El control del robot envía estos valores umbral a la TPS/i inmediatamente antes de que se ejecute el recorrido de búsqueda de WireSense. A su vez, si la fuente de potencia detecta valores que están por encima de este umbral, se localiza el borde de la chapa y la TPS/i emite inmediatamente una señal digital táctil. Con esta señal, el control del robot puede guardar sus datos de posición actuales para corregir el Tool Center Point más tarde. Así, el robot detecta y compensa automáticamente las inexactitudes de los componentes por el desplazamiento de los bordes y logra resultados de soldadura perfectos. Hay que tener en cuenta que la detección de bordes en chapas metálicas finas es posible a partir de un espesor de material de 0,5 milímetros.

Dado que la señal digital táctil también transmite la altura del borde de la chapa con precisión, WireSense es capaz de detectar un posible hueco entre las chapas; un criterio adicional que dice mucho del sensor de hilo. Una vez que el electrodo ya ha medido previamente con precisión la altura total de dos chapas superpuestas, es posible realizar fácilmente los cálculos correspondientes a partir de los valores reales. Por tanto, mediante esta función de medición, el robot puede reaccionar a huecos de diferentes tamaños adaptando todos los parámetros de soldadura individualmente a la situación del componente y realizando así una soldadura con suficiente absorción de gaps de forma autónoma. Siempre que se definan previamente con precisión, se recurre a diversos programas de soldadura (los llamados "Jobs") almacenados en la TPS/i para los diferentes huecos detectados.

A veces, las dimensiones del hueco detectado son tan grandes que reducir la velocidad de soldadura o adaptar la potencia no es suficiente. Así que, cuando los arcos voltaicos pulsados o estándar llegan a sus límites, el robot también puede recurrir al proceso de soldadura Cold Metal Transfer, en las funciones "Job" de la TPS/i: Ya que el sistema de soldadura para WireSense debe estar equipado con los componentes de hardware CMT, se recomienda adquirir el paquete de software CMT al mismo tiempo. El CMT utiliza el movimiento de hilo invertido para asegurar la mayor absorción de gaps posible con una mínima aportación de calor.

 

Precisión única: La señalización proporcionada por CMT Ready

Emitir una señal en el momento del cortocircuito no es nada fuera de lo normal. Además de una rápida y modélica comunicación interna de datos, el prerrequisito para la medición de la posición mediante un electrodo de soldadura es, sobre todo, el accionamiento de la unidad Fronius CMT. Es decir, los denominados sistemas CMT Ready, que se componen de: Devanadora, buffer y unidad de accionamiento CMT Robacta Drive, es decir, un segundo avance de hilo directamente en la antorcha de soldadura. En un movimiento inverso (adelante-atrás) del hilo que tiene lugar a unos 100 hercios, el motor eléctrico hace que el hilo explore la superficie metálica. Este proceso de exploración de alta frecuencia en la pieza de trabajo es lo que hace posible obtener la precisión y definición requeridas.

Otro factor decisivo es el potente regulador del motor controlado por microprocesador. Dependiendo del material de hilo seleccionado, se especifican perfiles precisos de velocidad del hilo, así como valores adaptados de aceleración y frenado, que son importantes para evitar daños causados por la flexión o la torsión cuando el hilo entra en contacto con la superficie de la chapa. También es posible reaccionar adecuadamente a los valores de deslizamiento, es decir, a las imprecisiones causadas por el deslizamiento de los rodillos de avance, que varían en función del material de hilo utilizado, y aumentar aún más la precisión.

Para detectar la posición del hilo en el momento del cortocircuito, las señales del transmisor de valor real del motor de accionamiento se calculan con exactitud y se genera la señal táctil correspondiente. En función de la longitud del stickout en cada impacto, se registran todos los cambios de altura, y se calculan y transmiten al robot, algo de vital importancia para la medición exacta y la posterior detección de los bordes de la chapa.

La característica especial del algoritmo para la detección exacta de la altura del borde de la chapa tampoco debe pasar desapercibida: Incluso si la superficie a explorar tiene desniveles (por ejemplo, si las chapas metálicas están inclinadas), el borde se puede detectar y medir sin problemas.

 

WireSense: un paso más hacia la producción automatizada

¿La función de medición decisiva está en el robot o en la fuente de potencia? La cuestión de qué desempeña un papel más importante ha quedado bastante clara: La genialidad del invento reside en su sencillez. Con la ayuda del accionamiento altamente sensible y dinámico CMT y del software especial del regulador, Fronius ha logrado llevar a un nuevo nivel el proceso de soldadura CMT, bien establecido a nivel mundial, haciendo posible por primera vez los procesos de medición. Solo mediante el funcionamiento combinado del exclusivo hardware CMT, el perfeccionado regulador del motor y el sofisticado software de control, el hilo de soldadura puede convertirse en un sensor. WireSense funciona con cualquier equipo de soldadura estándar para el proceso CMT utilizando todos los materiales de aporte comunes.

 Ahora, Fronius pone a disposición de sus clientes este sensor. No obstante, esta tecnología requiere amplios conocimientos en la programación de robots. Por lo tanto, WireSense es mejor con la ayuda de empresas de integración de sistemas o robots. Así pues, el cliente debe pedir que implementen la tecnología de sensores integrada en la fuente de potencia en la correspondiente línea de producción. En el futuro, seguiremos trabajando para desarrollar interfaces de usuario más sencillas, que se adapten al correspondiente sistema de robot mediante aplicaciones prediseñadas.

Por un lado, se aseguraría un uso universal y sencillo de WireSense, y por otro, llevaría la producción industrial al siguiente nivel: sería un importante paso hacia la producción automatizada.