Säiliötuotannon tehostaminen robottihitsauksella

Abstract

Teräslevyleikkeistä taivuttamalla ja hitsaamalla valmistettavat polttoaine- ja hydrauliöljysäiliöt ovat tärkeitä metsä- ja kaivoskoneteollisuuden komponentteja. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää säiliöiden robottihitsaukseen siirtämisen ongelmakohtia, mahdollisuuksia ja vaatimuksia sekä kehittää säiliötuotantoon sopiva robottihitsaussolu HANZA Levyprofiili Oy:lle.

Työ koostuu kirjallisuuskatsauksesta ja case-osuudesta. Kirjallisuuskatsauksessa käsitellään hitsausrobotiikan toteutusta yleisellä tasolla, selvitetään hitsausrobotiikan viimeaikaisia kehityskohteita ja käsitellään robottisolun hankintaprosessin vaiheet. Case-osuudessa tutkitaan 2 uuden säiliömallin robottihitsattavuutta simuloinnin avulla, hitsataan säiliöistä prototyypit käsin sekä robotilla ja laaditaan aika-arviot säiliöiden hitsausajoille molemmilla valmistusmenetelmillä. Säiliömalleista kerättyjen kokemusten ja yrityksen henkilöstön haastatteluiden avulla laaditaan vaatimuslistaus säiliötuotantoon kehitettävälle robottihitsaussolulle. Vaatimuslistauksen pohjalta robottisolusta pyydetään toimittajilta tarjoukset, joiden laitteistoehdotusten soveltuvuutta arvioidaan simulointia käyttäen. Vaihtoehdot pisteytetään eri osa-alueilla ja systemaattisen suunnitteluprosessin arvoanalyysiä käyttäen valitaan sopivin laitetoimittaja uudelle robottisolulle, jolle laaditaan investointilaskelmat.

Case-tutkimuksen tuloksina todettiin säiliöhitsauksen vaativan hitsausrobotilta laajaa ulottuvuutta, nopeutta sekä toimivia railonhaku- ja -seurantatoimintoja. Säiliövalmistuksessa esivalmistuksen tarkkuuden on oltava hyvä. Hankittava robottisolu koostuu hitsausrobotista käsittelypöydällä, puskurikuljetinjärjestelmästä sekä soluun liitetystä käsinhitsauspisteestä. Lisätutkimusta tarvitaan laserantureiden käytettävyydestä säiliöiden robottihitsauksessa sekä joustavuutta parantavien puskurikuljetinjärjestelmien suunnittelusta ja mitoituksesta.

Welded fuel and hydraulic fluid reservoirs are an important part of modern forest and mining machinery. The aim of this Masters’ thesis is to find the possibilities, problems, and requirements of robotic welding of fluid reservoirs. The goal of the thesis is to develop a new robotic welding cell for HANZA Levyprofiili Oy to be used in the fluid reservoir production.

The thesis consists of literature review and case study. In the literature review the implementation of robotics and the phases of a robotic investment process are discussed on a general level. In the case study, the robotic weldability of 2 new fluid reservoir models is examined by utilizing robotic welding simulation. The prototypes of the reservoirs are made with manual welding and robotic welding to analyze the efficiency achieved with the robotic welding. With the experiences gathered from prototypes and the information collected with employee interviews, the requirement list for the new robot welding cell is composed. Based on the requirement list, quotations for the new welding robot cell are asked from selected robot integrators. Optional quotes are evaluated and valued, and the best candidate is selected by using value analysis of a systematic design process. Investment calculations for the new robot cell are composed as well.

As a result from the case study, robotic welding of a fluid reservoirs requires extensive speed and reach from the welding robot, and seam finding and tracking functions must be reliable. In the reservoir production, the accuracy level of premanufacturing must be great. The new robot cell consists of robot and workpiece positioner, automatic workpiece buffer system and manual welding station integrated to the robot cell. Additional research is needed from usability of laser seam tracking in reservoir welding and design and implementation of the workpiece buffer systems.