Development of a multi-robot welding cell for jigless welding
Lund, Hannu (2019)
Diplomityö
Lund, Hannu
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201902155078
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201902155078
Tiivistelmä
The robotic welding is the most common application of industrial robots, but the one of the main problems has been the fixturing of part with jigs before tack welding. The fixturing of part is a time-consuming task, which always causes stopping of the production, therefore being one of the major excessive costs in robotic welding production. In addition, new products usually require the use of expensive and specifically made jigs. The above-mentioned problem can be solved by developing a multi-robot jigless welding cell. In this research it is reviewed what are the technological solutions to substitute the use of jigs in robotic welding. What are the requirements and guidelines for successful multi-robot jigless welding? Why have not the functional multirobot jigless welding cells already been developed and what are the reasons for the non-existence?
To answer the research questions a triangulation of research methods were applied. Two qualitative research methods applied are literature review and systematic design process, which are used to examine the technological solutions to develop multi-robot jigless welding cell. In addition, a simulation model of the multi-robot jigless welding cell are created, which was used to test the requirements of multi-robot jigless welding and also why similar multi-robot jigless welding cell have not been developed earlier.
As a result of the research a new scientific information was generated in a form of suitable technological solutions for jigless welding. Jigless welding is possible when the first part of assembly is brought with robot to the magnetic positioning system and the other parts of assembly are held in place during tack welding with handling robot equipped with magnetic gripper. The results can be directly applied to the robotic welding production of plate-structures, as the multi-robot jigless welding cell can eliminate time consumed during product changes. A further research is required in increasing the accuracy between simulated robot path and actual robot path, so that production efficiency of robotic welding can be increased further. Robottihitsaus on yleisin teollisuusrobottien käyttökohde, mutta yksi suurimmista ongelmista on ollut osien kiinnittäminen jigeillä ennen silloitushitsausta. Kappaleen kiinnittäminen jigeillä on aikaa vievä työvaihe ja aiheuttaa aina tuotannon pysähtymisen ollen robottihitsaustuotannon suurimpia ylimääräisiä kustannuksia. Lisäksi uudet tuotteet vaativat yleensä erittäin kalliiden varta vasten tuotteelle kehitettyjen jigien käyttöä. Edellä mainittu ongelma voidaan ratkaista kehittämällä jigitön monirobottihitsausasema. Tässä tutkimuksessa on selvitetty millä teknologisilla ratkaisuilla mahdollistetaan hitsaaminen monirobottiasemassa ilman jigejä. Millaisia vaatimuksia ja toimenpiteitä onnistunut jigitön hitsaus asettaa? Miksi jigitöntä hitsausta ei ole saatu aiemmin toimimaan ja mitkä ovat syyt ja ratkaisut tähän?
Tutkimuskysymyksiin haettiin vastausta käyttämällä menetelmien triangulaatiota, jossa kahtena laadullisena tutkimusmetodina hyödynnetään kirjallisuuskatsausta sekä systemaattista tuotekehitystä, joilla haettiin vastausta teknologisiin ratkaisuihin jigittömän monirobotti hitsausaseman kehittämiseksi. Näiden menetelmien lisäksi jigittömästä monirobottihitsausasemasta luodaan simulaatiomalli, jolla testattiin jigittömän hitsauksen vaatimia toimenpiteitä sekä selvitettiin miksei aiemmin ole onnistuttu kehittämään vastaavaa jigitöntä monirobottihitsausasemaa.
Tutkimuksen tuloksena uutta tieteellistä tietoa syntyi jigittömään hitsaukseen soveltuvien teknologisten ratkaisujen muodossa. Jigitön hitsaus on mahdollista silloin, kun kokoonpanon ensimmäinen osa tuodaan robotilla magneettiselle paikoitusasemalle ja kokoonpanon muita osia pidetään silloituksen ajan kiinni magneettitarraimella varustetulla käsittelyrobotilla. Tutkimuksen tuloksilla on suora hyödynnettävyys erityisesti levyosien robottihitsaustuotannossa, sillä jigitömän monirobottiaseman käytöllä kyetään eliminoimaan tuotevaihdoissa kuluva aika. Selvä jatkokehitystarve syntyy simuloidun liikeradan ja robotin liikeradan tarkkuuden parantamiselle, jotta robottihitsaustuotantoa voitaisiin tehostaa lisää.
To answer the research questions a triangulation of research methods were applied. Two qualitative research methods applied are literature review and systematic design process, which are used to examine the technological solutions to develop multi-robot jigless welding cell. In addition, a simulation model of the multi-robot jigless welding cell are created, which was used to test the requirements of multi-robot jigless welding and also why similar multi-robot jigless welding cell have not been developed earlier.
As a result of the research a new scientific information was generated in a form of suitable technological solutions for jigless welding. Jigless welding is possible when the first part of assembly is brought with robot to the magnetic positioning system and the other parts of assembly are held in place during tack welding with handling robot equipped with magnetic gripper. The results can be directly applied to the robotic welding production of plate-structures, as the multi-robot jigless welding cell can eliminate time consumed during product changes. A further research is required in increasing the accuracy between simulated robot path and actual robot path, so that production efficiency of robotic welding can be increased further.
Tutkimuskysymyksiin haettiin vastausta käyttämällä menetelmien triangulaatiota, jossa kahtena laadullisena tutkimusmetodina hyödynnetään kirjallisuuskatsausta sekä systemaattista tuotekehitystä, joilla haettiin vastausta teknologisiin ratkaisuihin jigittömän monirobotti hitsausaseman kehittämiseksi. Näiden menetelmien lisäksi jigittömästä monirobottihitsausasemasta luodaan simulaatiomalli, jolla testattiin jigittömän hitsauksen vaatimia toimenpiteitä sekä selvitettiin miksei aiemmin ole onnistuttu kehittämään vastaavaa jigitöntä monirobottihitsausasemaa.
Tutkimuksen tuloksena uutta tieteellistä tietoa syntyi jigittömään hitsaukseen soveltuvien teknologisten ratkaisujen muodossa. Jigitön hitsaus on mahdollista silloin, kun kokoonpanon ensimmäinen osa tuodaan robotilla magneettiselle paikoitusasemalle ja kokoonpanon muita osia pidetään silloituksen ajan kiinni magneettitarraimella varustetulla käsittelyrobotilla. Tutkimuksen tuloksilla on suora hyödynnettävyys erityisesti levyosien robottihitsaustuotannossa, sillä jigitömän monirobottiaseman käytöllä kyetään eliminoimaan tuotevaihdoissa kuluva aika. Selvä jatkokehitystarve syntyy simuloidun liikeradan ja robotin liikeradan tarkkuuden parantamiselle, jotta robottihitsaustuotantoa voitaisiin tehostaa lisää.