Khi nhắc đến robot hàn, nhiều người thường nghĩ ngay đến cánh tay robot cầm mỏ hàn. Nhưng trên thực tế, robot chỉ là một thành phần trong toàn bộ hệ thống hàn tự động. Để robot có thể tạo ra mối hàn ổn định và vận hành an toàn trong sản xuất, cần có sự phối hợp giữa nguồn hàn, mỏ hàn, bộ cấp dây, đồ gá, thiết bị định vị phôi, hệ thống điều khiển và nhiều thiết bị ngoại vi khác.
Vậy một hệ thống robot hàn tự động hoàn chỉnh gồm những gì? Việc hiểu rõ từng thành phần sẽ giúp doanh nghiệp dự toán chính xác hơn chi phí đầu tư, đồng thời tránh tình trạng lựa chọn robot trước rồi mới phát hiện hệ thống còn thiếu nhiều thiết bị cần thiết.
1. Cánh tay robot công nghiệp
Cánh tay robot là thành phần trung tâm thực hiện chuyển động của mỏ hàn. Đối với hàn hồ quang, robot 6 trục được sử dụng phổ biến nhờ khả năng điều khiển linh hoạt cả vị trí và hướng của dụng cụ trong không gian. Robot sẽ đưa mỏ hàn đến điểm bắt đầu, di chuyển theo đường hàn với tốc độ được lập trình và rời khỏi chi tiết sau khi hoàn thành.
Khi lựa chọn robot cho ứng dụng hàn, cần quan tâm đến nhiều thông số chứ không chỉ tải trọng:
- Tầm với của robot.
- Tải trọng tại cổ tay.
- Vùng làm việc.
- Khả năng lặp lại.
- Tốc độ chuyển động.
- Kết cấu cổ tay.
- Khả năng đi dây và lắp mỏ hàn.
- Khả năng kết hợp với trục ngoài hoặc positioner.
Trong nhiều ứng dụng hàn, tầm với và khả năng tiếp cận đường hàn đôi khi quan trọng hơn tải trọng. Một robot có tải trọng lớn nhưng vùng làm việc không phù hợp vẫn có thể khiến việc thiết kế cell trở nên khó khăn.
2. Bộ điều khiển robot
Nếu cánh tay robot là bộ phận thực hiện chuyển động thì Robot Controller có thể xem là trung tâm xử lý của hệ thống. Bộ điều khiển lưu trữ chương trình và tính toán chuyển động của từng trục để đưa mỏ hàn đến đúng vị trí. Thông qua controller, kỹ thuật viên có thể thiết lập quỹ đạo, tốc độ, các điểm bắt đầu – kết thúc và trình tự thực hiện từng mối hàn. Controller cũng đảm nhiệm việc trao đổi tín hiệu giữa robot và các thiết bị khác như nguồn hàn, PLC, positioner, cảm biến và hệ thống an toàn.
3. Nguồn hàn
Robot quyết định mỏ hàn đi đâu, còn nguồn hàn quyết định phần lớn quá trình tạo hồ quang diễn ra như thế nào. Nguồn hàn cần được lựa chọn theo công nghệ hàn, loại vật liệu, chiều dày chi tiết, dây hàn và yêu cầu về chất lượng mối hàn. Trong các hệ thống robot hàn MIG/MAG, nguồn hàn thường phải phối hợp với robot để thực hiện các chức năng như bắt đầu/kết thúc hồ quang, lựa chọn chương trình hàn, điều chỉnh thông số và gửi trạng thái hoạt động về bộ điều khiển. Vì vậy, không phải nguồn hàn thủ công nào cũng có thể kết nối trực tiếp với robot. Khi tận dụng nguồn hàn hiện có, cần kiểm tra khả năng giao tiếp và điều khiển trước.
4. Mỏ hàn robot
Mỏ hàn được lắp tại cổ tay robot và trực tiếp tiếp cận vị trí cần hàn. Đây cũng là nơi xác định TCP – Tool Center Point, một thông số rất quan trọng khi lập trình quỹ đạo. Mỏ hàn dành cho robot cần đáp ứng dòng hàn, chu kỳ làm việc và điều kiện vận hành của hệ thống. Tùy công suất, có thể sử dụng giải pháp làm mát bằng khí hoặc chất lỏng. Kích thước và hình dạng mỏ cũng cần được xem xét. Với sản phẩm có nhiều góc hẹp, một mỏ quá lớn có thể gây va chạm dù bản thân robot vẫn đủ tầm với.
5. Bộ cấp dây hàn
Trong hệ thống MIG/MAG, dây hàn cần được đưa liên tục đến mỏ với tốc độ phù hợp. Nhiệm vụ này do Wire Feeder – bộ cấp dây đảm nhiệm. Khả năng cấp dây ổn định ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hình thành hồ quang. Nếu dây bị trượt, kẹt hoặc tốc độ không đều, chất lượng mối hàn cũng có thể bị ảnh hưởng. Khi thiết kế cell, vị trí đặt cuộn dây và đường dẫn dây cũng phải được tính toán để không cản trở chuyển động của robot.
6. Đồ gá hàn
Đây là thành phần rất quan trọng nhưng thường không được chú ý đúng mức khi doanh nghiệp mới tìm hiểu robot hàn. Robot có khả năng lặp lại quỹ đạo tốt, nhưng robot không thể bù cho một bộ đồ gá thiếu ổn định nếu hệ thống không có giải pháp nhận biết và hiệu chỉnh sai lệch. Giả sử đường hàn được lập trình tại một tọa độ cố định. Nếu sản phẩm tiếp theo bị lệch vài milimet do đồ gá hoặc dung sai chi tiết, robot vẫn thực hiện quỹ đạo cũ và mỏ hàn có thể lệch khỏi mép cần hàn.
Một bộ đồ gá tốt cần đảm bảo phôi được định vị đúng, kẹp chắc, thuận tiện cho thao tác nạp/tháo và hạn chế biến dạng trong quá trình hàn. Vì vậy, trong nhiều dự án, thiết kế đồ gá quan trọng không kém lựa chọn robot.
7. Positioner – bàn xoay định vị phôi
Không phải đường hàn nào cũng nằm ở tư thế thuận lợi để robot tiếp cận. Với sản phẩm có nhiều mặt hoặc hình dạng phức tạp, hệ thống có thể bổ sung Welding Positioner để xoay hoặc nghiêng chi tiết. Thay vì buộc robot phải thực hiện những tư thế khó, positioner đưa sản phẩm đến vị trí thuận lợi hơn cho quá trình hàn.
Một số cấu hình phổ biến gồm bàn xoay một trục, positioner hai trục hoặc hệ thống hai trạm làm việc. Cấu hình hai trạm đặc biệt hữu ích trong sản xuất: trong khi robot hàn sản phẩm tại một trạm, người vận hành có thể tháo thành phẩm và gá phôi mới tại trạm còn lại. Sau đó bàn xoay đổi vị trí để bắt đầu chu kỳ tiếp theo. Cách bố trí này có thể giảm thời gian robot phải chờ người vận hành thay phôi.
8. Hệ thống làm sạch mỏ hàn
Trong quá trình hàn MIG/MAG, xỉ và tia bắn có thể bám lên đầu mỏ. Nếu tích tụ trong thời gian dài, chúng có thể ảnh hưởng đến quá trình cấp dây và dòng khí bảo vệ. Vì vậy, cell hàn tự động thường có thể bổ sung Torch Cleaning Station.
Sau một số chu kỳ nhất định, robot đưa mỏ đến trạm làm sạch. Thiết bị thực hiện vệ sinh phần đầu mỏ trước khi robot quay lại tiếp tục sản xuất. Với hệ thống vận hành nhiều giờ liên tục, đây là thiết bị hữu ích để giảm số lần phải dừng máy vệ sinh thủ công.
9. Cảm biến và hệ thống dò đường hàn
Robot hàn cơ bản thực hiện đường đi theo tọa độ được lập trình. Điều này hoạt động tốt khi vị trí phôi có tính lặp lại cao. Nhưng thực tế sản xuất có thể xuất hiện sai lệch do dung sai cắt, uốn, gá đặt hoặc biến dạng. Khi mức sai lệch vượt quá khả năng chấp nhận của quá trình, hệ thống có thể cần bổ sung giải pháp Seam Finding hoặc Seam Tracking.
Tùy công nghệ, cảm biến có thể giúp xác định vị trí bắt đầu đường hàn hoặc hỗ trợ hiệu chỉnh quỹ đạo trong quá trình làm việc. Không phải cell nào cũng cần seam tracking. Nếu doanh nghiệp kiểm soát tốt phôi và đồ gá, việc bổ sung hệ thống này có thể không cần thiết. Vì vậy cần đánh giá sai số thực tế trước khi đầu tư.
10. PLC và HMI
Trong một cell đơn giản, robot controller có thể xử lý phần lớn trình tự vận hành. Khi hệ thống có nhiều thiết bị, PLC thường được sử dụng để điều phối toàn bộ chu trình. PLC có thể quản lý:
Phôi vào → kẹp đồ gá → xác nhận an toàn → robot hàn → xoay positioner → hoàn thành → mở gá → lấy sản phẩm.
HMI cung cấp giao diện để người vận hành chọn mã sản phẩm, khởi động/dừng hệ thống, xem trạng thái thiết bị và kiểm tra các cảnh báo. Việc thiết kế giao diện vận hành rõ ràng giúp người sử dụng dễ xử lý hơn khi hệ thống gặp sự cố.
11. Hệ thống an toàn
Robot công nghiệp có khả năng chuyển động nhanh và tạo lực lớn. Đồng thời, quá trình hàn còn phát sinh hồ quang, tia lửa, nhiệt và khói. Do đó, an toàn cần được xem là một phần của thiết kế cell ngay từ đầu. Tùy theo đánh giá rủi ro, hệ thống có thể sử dụng:
- Hàng rào bảo vệ.
- Cửa có khóa liên động.
- Nút dừng khẩn cấp.
- Cảm biến an toàn.
- Safety PLC/relay.
- Màn chắn hồ quang.
- Hệ thống hút và xử lý khói hàn.
Cấu hình cụ thể phải được xác định dựa trên thiết kế máy, cách người vận hành tương tác với cell và các tiêu chuẩn an toàn áp dụng cho dự án.
12. Hệ thống hút khói hàn
Robot hóa không làm cho khói hàn biến mất. Thậm chí khi năng suất tăng, lượng khói phát sinh trong một khoảng thời gian có thể tăng theo. Do đó, cell robot cần được đánh giá phương án hút khói phù hợp. Tùy bố trí nhà máy, có thể sử dụng chụp hút phía trên, hệ thống hút cục bộ hoặc giải pháp thu khói khác. Đây là hạng mục không nên bỏ qua khi lập dự toán ban đầu.
Một cell robot hàn hoạt động như thế nào?
Khi ghép các thành phần trên lại, một chu kỳ sản xuất điển hình có thể diễn ra như sau:
Người vận hành gá phôi → hệ thống xác nhận phôi và điều kiện an toàn → đồ gá kẹp sản phẩm → robot di chuyển đến điểm hàn → nguồn hàn tạo hồ quang → robot thực hiện quỹ đạo → positioner xoay sản phẩm nếu cần → robot hoàn thành các đường hàn → hệ thống nhả gá → lấy sản phẩm → bắt đầu chu kỳ mới.
Nếu sử dụng cell hai trạm, công đoạn gá phôi và hàn có thể diễn ra song song ở hai phía khác nhau, giúp giảm thời gian chờ.
Cấu hình robot hàn cơ bản và nâng cao khác nhau thế nào?
Không phải doanh nghiệp nào cũng cần một cell rất phức tạp. Cấu hình nên được xây dựng theo sản phẩm thực tế.
| Hạng mục | Cell cơ bản | Cell nâng cao |
|---|---|---|
| Robot | Có | Có |
| Controller | Có | Có |
| Nguồn hàn | Có | Có |
| Mỏ + cấp dây | Có | Có |
| Đồ gá | Có | Có |
| PLC/HMI | Tùy ứng dụng | Có |
| Positioner | Không bắt buộc | Có thể có nhiều trục |
| Seam Tracking | Không bắt buộc | Theo yêu cầu |
| Làm sạch mỏ | Tùy nhu cầu | Thường được cân nhắc |
| Hệ thống an toàn | Có | Có |
| Trục chạy ngoài | Không | Có thể có |
Điểm quan trọng là không nên trang bị càng nhiều thiết bị càng tốt. Một cell được tối ưu là cell có đủ chức năng để đáp ứng sản phẩm, năng suất và chất lượng yêu cầu với mức đầu tư hợp lý.
Thiết bị nào quyết định chất lượng mối hàn?
Không có một thành phần duy nhất quyết định toàn bộ chất lượng. Robot giúp duy trì quỹ đạo. Nguồn hàn kiểm soát quá trình tạo hồ quang. Bộ cấp dây đảm bảo dây hàn được cung cấp ổn định. Đồ gá quyết định vị trí phôi. Trong khi đó, vật liệu, khí bảo vệ và các thông số công nghệ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hình thành mối hàn.
Có thể hình dung:
Robot chính xác + đồ gá không chính xác = đường hàn vẫn có thể sai.
Robot tốt + nguồn hàn/công nghệ chưa phù hợp = mối hàn vẫn có thể không đạt.
Đó là lý do một dự án robot hàn cần được tiếp cận như bài toán tích hợp hệ thống, không đơn thuần là bài toán mua robot.
Cần chuẩn bị thông tin gì trước khi thiết kế hệ thống robot hàn?
Trước khi yêu cầu báo giá, doanh nghiệp nên chuẩn bị càng nhiều dữ liệu về sản phẩm càng tốt. Những thông tin quan trọng gồm bản vẽ 2D/3D hoặc mẫu thực tế, vật liệu, chiều dày, vị trí và chiều dài các đường hàn, loại mối nối, công nghệ hàn hiện tại, sản lượng mỗi ngày và cycle time mong muốn.
Nếu dây chuyền đang hàn thủ công, video ghi lại một chu kỳ sản xuất thực tế cũng rất hữu ích. Qua đó, đơn vị tích hợp có thể nhận biết các thao tác phụ như gá phôi, xoay sản phẩm, làm sạch, kiểm tra và lấy thành phẩm. Các dữ liệu này giúp xác định chính xác hơn robot cần tầm với bao nhiêu, có cần positioner hay không, đồ gá nên thiết kế thế nào và cấu hình cell nào phù hợp.
HDE – Cung cấp và triển khai giải pháp robot hàn STEP
HDE – Công ty Cổ phần Điện Hải Dương hiện phân phối robot hàn STEP và phát triển các giải pháp tự động hóa công đoạn hàn cho doanh nghiệp sản xuất.
Thay vì chỉ lựa chọn cánh tay robot dựa trên tải trọng và tầm với, HDE tiếp cận bài toán từ sản phẩm thực tế. Từ bản vẽ, vật liệu, đường hàn và năng suất yêu cầu, hệ thống có thể được phân tích để lựa chọn robot STEP, nguồn hàn, đồ gá, positioner và phương án điều khiển phù hợp. Đây cũng là cách giúp doanh nghiệp tránh tình trạng đầu tư robot nhưng sau đó phải bổ sung hoặc thay đổi nhiều thiết bị do cấu hình ban đầu chưa phù hợp với quy trình sản xuất.
Câu hỏi thường gặp
Mua robot STEP là đã có thể hàn tự động chưa?
Chưa. Cánh tay robot và controller mới đảm nhiệm phần chuyển động. Hệ thống còn cần nguồn hàn, mỏ hàn, cấp dây, đồ gá và các thiết bị an toàn. Tùy sản phẩm có thể cần thêm positioner, PLC/HMI hoặc cảm biến.
Có nhất thiết phải dùng positioner không?
Không. Positioner cần thiết khi việc xoay hoặc nghiêng sản phẩm giúp robot tiếp cận đường hàn tốt hơn hoặc tạo tư thế hàn phù hợp. Với chi tiết đơn giản, robot có thể làm việc trực tiếp trên đồ gá cố định.
Có thể tận dụng nguồn hàn cũ không?
Có thể trong một số dự án, nhưng phải kiểm tra khả năng điều khiển và giao tiếp của nguồn hàn với hệ thống robot. Cần đánh giá cụ thể trước khi quyết định.
Tại sao đồ gá lại quan trọng với robot hàn?
Robot lặp lại tọa độ đã lập trình. Nếu phôi mỗi lần nằm ở một vị trí khác nhau, đường hàn thực tế cũng thay đổi trong khi robot vẫn chạy theo chương trình cũ. Đồ gá tốt giúp duy trì vị trí phôi ổn định giữa các chu kỳ.
Một cell robot hàn có cần PLC không?
Không phải lúc nào cũng bắt buộc. Với cell đơn giản, robot controller có thể đảm nhiệm nhiều chức năng. Khi hệ thống có nhiều thiết bị ngoại vi hoặc trình tự phức tạp, PLC giúp việc điều phối và quản lý hệ thống thuận tiện hơn.
Kết luận
Một hệ thống robot hàn tự động hoàn chỉnh không chỉ gồm cánh tay robot mà là sự kết hợp giữa robot, nguồn hàn, mỏ hàn, cấp dây, đồ gá, thiết bị định vị, điều khiển và hệ thống an toàn. Cấu hình phù hợp cần được xây dựng từ sản phẩm và yêu cầu sản xuất thực tế. Với các doanh nghiệp đang cân nhắc triển khai robot hàn STEP, HDE có thể hỗ trợ đánh giá bài toán, lựa chọn cấu hình và xây dựng giải pháp phù hợp với từng công đoạn sản xuất.
- Hotline: 0988 124 864
- Website cùng hệ thống: https://inovancevietnam.vn/
- Facebook: Công Ty CP Điện Hải Dương – HDE
- Youtube: HDE Tech
- Tiktok: HDE Tech
