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Apr 18, 2023

Cuando un robot de soldadura tiene cerebro

En la mayor parte de la fabricación, los robots hacen lo que se les dice. no han podido

En la mayor parte de la fabricación, los robots hacen lo que se les dice. No han sido capaces de enseñarse a sí mismos. Eso está empezando a cambiar, especialmente con los robots de soldadura. Ruta Robótica

Un soldador capacitado puede mirar una impresión, revisar un procedimiento de soldadura, sujetar una pieza en su lugar y comenzar a soldar. No es así con un robot, al menos no tradicionalmente.

Históricamente, una combinación de personas, hardware y software le ha enseñado al robot qué hacer, por lo general con un operador que usa un dispositivo de enseñanza. Todo esto consume el tiempo productivo de un robot. La enseñanza podría ocurrir cinéticamente, con el operador moviendo el brazo del robot a lo largo de un camino particular. Incluso podría suceder a través de interfaces de programación simplificadas que están proliferando entre las celdas de soldadura de cobots.

Otra opción implica la programación y simulación fuera de línea. Esto a menudo viene completo con representaciones digitales del robot, accesorios, la pieza en sí, incluso componentes auxiliares alrededor de la celda, todo allí para evitar colisiones y verificar el proceso.

Todo esto reduce el trabajo en el piso a (en el peor de los casos) unos pocos retoques de programación. Aun así, alguien necesita desarrollar el accesorio y ejecutar el programa fuera de línea. Los seres humanos y el software aún deben impartir la enseñanza, ya sea fuera de línea en la oficina o en el taller. Eso requiere tiempo y recursos de programación. Un robot no puede simplemente "mirar" una pieza y comenzar a soldar, una limitación que ha impedido que la robótica penetre en la "larga cola" de la producción no en serie de alta mezcla, bajo volumen.

Eso podría estar configurado para cambiar. Los avances en visión, software y aprendizaje automático están sentando las bases para un nuevo tipo de robot de fabricación, uno con cerebro.

El sector de la fabricación de metales ha visto surgir algunas tecnologías que pueden ayudar a los robots a ver y luego hacer. Omnirobotic, con sede cerca de Montreal, ha implementado robots y cobots de autoaprendizaje para recubrimiento en polvo y aplicaciones similares. En Suecia, OpiFlex ha desarrollado robots móviles flexibles que se pueden entrenar para "ver" un trabajo específico en una máquina específica, ya sea una prensa plegadora, una dobladora de paneles, un centro de mecanizado, una prensa de estampado o cualquier otra cosa, y saber qué hacer a continuación.

Los enfoques específicos difieren, pero en general, dicha automatización recibe una especie de "entrenamiento robótico" que rige la forma en que el robot interactúa con la realidad. Entonces, cuando el robot "ve" una pieza colgando de una línea de recubrimiento en polvo de tal manera, orientación y velocidad, sabe moverse y rociar de cierta manera.

Algunas empresas han profundizado en la búsqueda de soluciones similares para la soldadura robótica y, en los últimos años, varias organizaciones han llevado sus tecnologías al mercado. A juzgar por su éxito inicial, el panorama de la soldadura robótica podría verse muy diferente en los próximos años.

Andy y Alex Lonsberry crecieron alrededor de la fábrica de motocicletas personalizadas de sus padres. Los hermanos aprendieron a soldar a una edad temprana, pero en lugar de ingresar al negocio familiar, los dos terminaron en la academia. Los nativos de Ohio obtuvieron sus doctorados en la Universidad Case-Western Reserve. Alex se centró en la neurociencia computacional, Andy en el aprendizaje automático para robots bípedos que caminan.

"Nos enfocamos en hacer que los sistemas aprendan como lo hacen los humanos", dijo Andy, y agregó que su trabajo llevó a los dos a iniciar una empresa de consultoría. "Todo el propósito de esa empresa era ir y encontrar un punto débil en el mercado".

Dos robots de soldadura trabajan en colaboración para soldar una pieza de trabajo grande. Están dibujando directamente desde el archivo CAD y la información de soldadura incrustada en él. Abagy Robotic Systems Inc.

Eventualmente, los dos se reunieron con algunos gerentes de ingeniería en un fabricante de silenciadores para discutir un problema que no tenía nada que ver con la soldadura. Como recuerda Andy, “En medio de la reunión, el presidente de la empresa entró en la sala y dijo: 'Hablemos de soldadura'. Dijo que tenían varios soldadores que estaban envejeciendo, que estaban luchando para reclutar nuevos y que no podían escalar la empresa debido a eso.

"Eran un fabricante de mezcla alta y bajo volumen con alrededor de 3000 SKU, y manejaban tamaños de lote de 5 y 10. Estaban buscando múltiples opciones, incluida la deslocalización. Pero eran una empresa hecha en Estados Unidos. Ellos no querían perder el reconocimiento de la marca y les preocupaba la pérdida de calidad". Además, la empresa no quería mantener millones de dólares en inventario. "Eran un negocio de flujo de efectivo. Querían tomar un pedido, hacerlo y enviarlo".

El fabricante había probado la soldadura robótica, pero la construcción de accesorios personalizados para tantas variaciones de piezas no era práctica. Las tolerancias de las piezas también eran un problema y, dado que las piezas estaban hechas de acero inoxidable delgado, los parámetros de soldadura eran críticos.

"Para resumir", dijo Andy, "simplemente nunca pudieron hacer que funcionara. Entonces, la compañía se acercó a nosotros con una idea. 'Nos encantan los soldadores humanos. Queremos más de ellos, pero parece que no podemos encontrarlos". Estamos tratando de hacer crecer esta empresa. ¿Hay alguna manera de que tomes este brazo robótico y le des ojos y cerebro?'"

Después de diseñar muchas iteraciones, los hermanos hicieron exactamente eso, y en 2018 los dos formaron Path Robotics, con sede en Columbus, Ohio. La empresa ha estado vendiendo sus sistemas bajo un modelo de automatización como servicio. Path retiene la propiedad del equipo mientras que el fabricante le paga a Path una tarifa mensual fija, todo depende de ciertas garantías de productividad y calidad.

Hoy en día, un operador de una celda Path puede fijar una pieza en cualquier lugar y en cualquier orientación en una mesa de soldadura utilizando simples abrazaderas de palanca y otros artículos disponibles en el mercado. La ubicación exacta no importa siempre que el robot pueda acceder físicamente a la unión soldada.

Los sensores del sistema escanean el área y luego comparan lo que ven con la información incrustada en el archivo CAD. El archivo CAD puede incluir una gran cantidad de puntos de datos de soldadura, incluidos aquellos que siguen las instrucciones detalladas en la especificación del procedimiento de soldadura. Como mínimo, el sistema se ajustará y adaptará a la pieza aunque no sea idéntica al modelo.

La génesis de la tecnología proviene de la investigación de los hermanos. "Se trata de que las máquinas puedan evaluar los datos que se les devuelven y les permitan explorar dentro de su entorno, conectando patrones entre lo que es bueno y lo que es malo en función de su propia exploración".

Simplificada en exceso, su investigación se ocupa de una forma en que los robots y otras automatizaciones "aprendan" sin requerir un conjunto masivo de datos. Los enfoques tradicionales en el aprendizaje automático y la inteligencia artificial mejoran con el tiempo al extraer enormes cantidades de datos. Así es como su teléfono inteligente parece volverse más inteligente cada año. Los métodos de aprendizaje empleados por Path ciertamente pueden beneficiarse de todos los datos relevantes que pueden obtener, pero no los requieren.

"Realmente es la única forma de hacer que [el tipo de aprendizaje automático que necesitamos] funcione en un entorno de soldadura", dijo Andy. "Necesitamos poder generar valor con pequeños conjuntos de datos".

Path Robotics demuestra sus sistemas de visión y soldadura en FABTECH 2021, celebrada en noviembre en Chicago.

Path utiliza su propia tecnología de visión, detección y software que permite que el robot vea y evalúe el desafío de soldadura que se le presenta. Los sensores retroalimentan los datos durante la soldadura y ven la geometría de la pieza de trabajo justo delante del arco, para adaptarse a la variabilidad del ajuste.

Path también utiliza tecnología de relleno adaptable. "Vemos [fabricantes] que tienen diferentes ajustes y preparación de juntas, donde el espacio de la raíz cambia de tamaño y forma", dijo Andy. “Ajustamos los parámetros de soldadura para poder llenar adecuadamente la pasada para lograr una buena soldadura.

Andy explicó que dicha adaptación funciona dentro de las limitaciones del WPS, especialmente crítico para el trabajo a nivel de código en soldadura estructural. En muchos casos, el WPS gobierna la técnica (cordón versus tejido, por ejemplo), el recorrido y otras características.

Alexander Domanitskiy, vicepresidente de estrategia y desarrollo comercial de Abagy Robotic Systems con sede en Los Ángeles, mostró un video de un técnico sujetando una pieza de trabajo en una celda de robot usando palancas y paradas simples, asegurando la pieza en una ubicación aleatoria. Salió de la celda a una estación de trabajo de computadora y vio un modelo CAD en 3D. El modelo incluía solo los datos de la pieza y la soldadura, sin modelos de abrazaderas, topes o cualquier accesorio.

La celda del robot de soldadura por arco de metal y gas tiene un sistema de visión que realiza múltiples escaneos, después de lo cual aparece un "punto de nube" rojo en la pantalla de la computadora. El sistema puede hacer coincidir los datos de punto de nube y el modelo 3D, comprender en qué se diferencian y realizar la planificación de la trayectoria para la pieza de trabajo real, no para el modelo 3D teórico.

En ese momento, el sistema se ajusta para cualquier problema de acceso a la soldadura; en el video, el técnico monitorea el sistema mientras ajusta la ruta del robot para acomodar una abrazadera. "En los viejos tiempos, se desarrollaba una celda de robot para una pieza en particular, un SKU o quizás una familia de productos", dijo Domanitskiy, "todos requerían herramientas complicadas. Ahora, estamos cambiando a un concepto diferente que involucra el análisis de una zona de trabajo volumen. Todo lo que quepa en ese espacio se puede soldar. Siempre que el robot pueda alcanzarlo físicamente, puede soldarlo. No necesita accesorios especiales ni modelos 3D de esos accesorios".

Con instalaciones y equipos de soporte en Europa y EE. UU. (con una oficina fuera de Houston), las raíces de Abagy se remontan a un fabricante de exhibiciones global con sede en Rusia. "El fundador tenía una planta de producción de unas 200 personas, todas trabajando tanto en metal como en madera, y se sorprendió mucho cuando se dio cuenta de que cuando se necesita producir un lote de uno, realmente no había forma de usar un robot, "Dijo Domanitskiy. "Se comprometió a resolver ese problema hace cuatro años y medio. Nuestra primera instalación comercial fue en febrero de 2020".

El enfoque de Abagy involucra software patentado que se implementa usando una combinación de procesamiento local y basado en la nube. La nube realiza los cálculos y la planificación pesados, mientras que el software local administra la celda del robot. "Dicho esto, podemos crear una solución local si el fabricante lo requiere", dijo Domanitskiy.

El software funciona con una variedad de sistemas de visión y robótica existentes. "Somos bastante agnósticos en lo que respecta al hardware", dijo Domanitskiy. "Trabajamos con las principales marcas de robots y una variedad de fabricantes de fuentes de alimentación de soldadura, incluidos los principales. Y trabajamos con una variedad de sistemas de visión, según la aplicación".

Agregó que los sistemas de la compañía se han implementado en una variedad de tamaños de piezas, incluidos trabajos que involucran grandes vigas y placas estructurales, utilizando uno o varios robots. La tecnología funciona con configuraciones de múltiples robots de soldadura de varias maneras. Una forma es configurar dos celdas de soldadura virtuales con cada robot trabajando en tareas específicas. Otra opción implica configurar la celda para que dos robots puedan trabajar en colaboración.

Después de escanear una pieza de trabajo y compararla con el modelo CAD con datos de soldadura incorporados, un robot comienza a soldar, sin necesidad de programación colgante, programación fuera de línea o enseñanza cinética. Ruta Robótica

"Dos robots pueden trabajar uno al lado del otro y podemos verificar las conexiones entre ellos para hacer una operación colaborativa", dijo Domanitskiy. "Imagínese que un robot se queda sin cable. En ese caso, podemos redistribuir automáticamente algunas de las tareas de soldadura al otro robot".

Agregó que el software puede funcionar con robots que se mueven junto con pórticos y posicionadores. "Básicamente, no tenemos ningún límite en la cantidad de ejes que podemos admitir. Y usamos un gemelo digital para hacer toda la planificación de la trayectoria, para verificar colisiones y singularidades. Siempre que permitimos que el operador presione el botón para ejecutar el trabajo, ya lo hemos probado con el gemelo digital".

Como explicó Domanitskiy, el sistema también detecta y realiza ajustes en tiempo real para la contracción de la soldadura. "Cuando hacemos la soldadura, sabemos exactamente dónde debe estar la punta del alambre... Cuando tenemos distribución de calor a lo largo de la ruta, sabemos que vamos a experimentar algunas distorsiones en términos de la geometría de la pieza. Por lo tanto, corregimos continuamente la posición de la punta del alambre para adaptarse a la geometría de la costura".

La percepción popular es que los robots están en todas partes en la fabricación. Pero cualquiera que trabaje en la planta, especialmente en la fabricación de metales, sabe que eso no es cierto.

Los fabricantes trabajan con integradores para desarrollar la automatización robótica en torno a productos específicos con demanda predecible. Sin embargo, la mayor parte del trabajo fluye como siempre, desde el corte hasta el doblado y la soldadura manual.

En 2022, la industria podría mostrar los comienzos de un cambio radical gradual, donde la automatización autónoma hace que la robótica sea práctica no solo para una familia de productos o flujo de valor, sino para casi todas partes en el piso de producción. Cuando los robots tienen cerebro, su potencial crece.

Un robot de soldadura suspendido de un pórtico en movimiento suelda una pieza de trabajo grande. Abagy Robotic Systems Inc.