Padrões de Inspeção de Solda para Montagens Automotivas Críticas de Segurança

As apostas são altas para fabricantes que produzem peças automotivas. Motoristas e passageiros de automóveis confiam na qualidade da solda para aguentar sob as condições para as quais foi projetada. Um erro não detectado durante o processo de fabricação poderia deixar um negócio vulnerável ou pior, especialmente quando a peça em questão é "crítica de segurança" para uma montagem.

Assentos automotivos, por exemplo, estão em contato direto com passageiros; portanto, as soldas do assento são consideradas críticas de segurança. Esta classificação dita um protocolo particular antes da produção. Embora os requisitos OEM variem, eles tendem a ser consistentes com a prática da indústria e são implementados com pequenas diferenças dependendo da peça, fábrica e equipamento industrial sendo usado. Aqui estão os elementos básicos de um protocolo:

Protocolo de Pré-Produção

• Definição de Parâmetros – Estabelecer parâmetros de solda e verificar sua aceitabilidade. Isso pode ser feito cortando e atacando seções de solda para verificar penetração da solda (15-20%).
• Processo de Liberação – Um processo definido para liberar ou aprovar a produção uma vez que o acima foi verificado.
• Gerenciamento de Mudanças – Mudanças de variáveis essenciais além de certos limites requerem revalidação via teste de corte e ataque.
• Garantia de Qualidade – Peças aleatórias podem ser selecionadas da produção para corte e ataque a uma frequência ditada pelo OEM.

A soldagem robótica ajudou a melhorar imensamente a qualidade da peça ao sempre colocar soldas no mesmo local com parâmetros de solda programados. Adesão aos procedimentos acima ajuda a produzir um produto soldado de qualidade. OEMs automotivos têm focado em soldas críticas de segurança, e isso resultou na revisão de alguns elementos-chave:

Protocolo de Produção

• Segurança – Verificar que pessoal qualificado tem acesso ao equipamento e que mudanças não estão sendo feitas para afetar negativamente a qualidade.
• Monitoramento de Arco – Implementação de um sistema de monitoramento de arco pode ajudar a verificar se o processo está sob controle e pode permitir que a frequência de testes destrutivos seja reduzida. O monitoramento de arco verifica se os parâmetros de solda atendem aos limites estabelecidos. Soldas fora dos limites são sinalizadas para inspeção adicional.
• Rastreabilidade – Rastrear mudanças e resultados de solda, e manter a capacidade de registrar data, hora e número de série onde mudanças de peça ocorreram.

Na Yaskawa Motoman, dedicamos tempo para aprender sobre os requisitos de manufatura e rastreabilidade de nossos clientes. Ao longo dos anos, desenvolvemos vários aprimoramentos de software e I/O em nossos controladores que permitem que fabricantes realizem inspeções de solda confiáveis e rastreáveis.

Funções de Segurança

Função de Senha

O sistema de segurança padrão de vários níveis de senha global é conveniente para múltiplos técnicos manterem múltiplas células de robô dentro de uma fábrica. No entanto, senhas globais correm risco de serem compartilhadas entre pessoal da fábrica, sem controle do que está sendo alterado e por quem.

A Função de Senha do controlador DX da Yaskawa cria um banco de dados de usuários com senhas e níveis de autorização de segurança. Usuários devem fazer login para operar o robô; a função de log registrará o nome do usuário e as alterações feitas.

 

Software foi adicionado ao controlador DX200 para permitir controle remoto de senha por CLP. Engenheiros de controle podem implementar lógica para usar controles baseados em fábrica/célula para administrar remotamente usuários e logins baseados em seus crachás de funcionário internos ou sistema de segurança.

Níveis de Segurança

• Nível de Operação – Por padrão, este nível base permite que qualquer pessoa mova ou percorra um programa, mas não altere pontos ou configurações de solda.
• Nível de Edição – Permite ao usuário criar programas e alterar configurações de solda, mas não permite acesso a parâmetros ou dados de nível superior.
• Modo de Gerenciamento – Fornece acesso total a parâmetros e funções de manutenção.
• Nível de Segurança – Permite acesso para configurar e administrar limites de software confiáveis de controle e lógica de segurança implementada em controladores DX (Unidade de Segurança Funcional – FSU).

O que estes níveis permitem que usuários façam e acessem é definido pelo sistema. O nível ao qual a gerência controla o acesso variará por localização da fábrica.

Função de Log

Muitos controladores de robô mais novos vêm com uma função de log padrão que acompanha mudanças feitas no sistema por data e hora. Por exemplo, um operador do turno diurno pode ver se alguém do turno noturno fez uma mudança. O robô mantém um arquivo local da última série de mudanças, então um salvamento de dados de rotina pode manter um log histórico de atividade do usuário. O robô também pode usar Segurança de Senha, exigindo que usuários façam login para fazer mudanças. Nomes de usuários também são anotados quando mudanças são feitas.



Função de Re-ensino de Segurança

O Nível de Operação não permite que usuários alterem pontos do programa, mas algumas empresas permitirão que operadores ou técnicos de primeiro nível façam pequenas alterações para variação de peça. Re-ensino de Segurança permite que usuários do Nível de Operação modifiquem pontos programados dentro de um alcance 3D definido pelo Modo de Gerenciamento. Isso é normalmente definido para alguns milímetros, e um gerente pode limitar a quantidade de mudança de ângulo para a tocha ou eixo externo. Usuários do Nível de Operação não podem alterar parâmetros de solda, então variáveis essenciais de solda não são alteradas. Isso evita testes destrutivos repetitivos. Re-ensino de Segurança pode ser habilitado por parâmetro no Modo de Gerenciamento em qualquer controlador DX.

Monitoramento de Arco

Como fornecedor de robôs que integra sistemas de soldagem e constrói sobre uma história de joint venture com uma empresa de solda, a Yaskawa Motoman tem experiência abrangente com monitoramento de arco. Projetamos nossas interfaces de soldagem para suportar capacidade de monitoramento de arco que fabricantes de fontes de energia podem ter integrado.

As funcionalidades integradas do Miller Insight Centerpoint™ e Lincoln Electric Production Monitoring™ são acessíveis a partir do pendant de ensino do robô. WeldCube, da Fronius, comunica-se diretamente com a(s) fonte(s) de energia. Yaskawa e Fronius estão trabalhando para ter o resultado do monitor relatado nos bits de status do soldador.


 

O desafio de atender aos mandatos "críticos de segurança" também envolve apresentar claramente resultados de solda do monitoramento de arco da fonte de energia em um formato útil. O melhor formato é destacar resultados do monitor em um diagrama da peça em um HMI da célula do robô. Dessa forma, operadores da estação de solda podem facilmente identificar irregularidades e reagir rapidamente. Os operadores precisam inspecionar visualmente as soldas sinalizadas pelo sistema, com resultados do monitor fora dos limites, para julgar se as soldas estão conformes ou não conformes.

Enquanto o controlador do robô pode reportar o status do monitor de arco localmente em um HMI, os fabricantes de fontes de energia também oferecem software projetado para reportar resultados do monitor de arco remotamente, via computador pessoal ou software baseado em nuvem.

Miller Insight Centerpoint

 

Rastreabilidade

OEMs automotivos não estão apenas pedindo a seus fornecedores para fazer boas peças, eles estão pedindo que implementem sistemas de qualidade para fornecer "rastreabilidade" que associará os resultados de solda de uma peça com seu número de série. O objetivo é ser capaz de rastrear de volta a um ponto na produção quando as peças eram conhecidas por serem conformes se uma peça não conforme for detectada.

Para ajudar fabricantes a atender rastreabilidade, os dados de monitoramento de arco da fonte de energia de solda e controlador do robô, mais quaisquer dados específicos da peça que precisam ser acessados remotamente e finalmente registrados no CLP, devem ser capturados e associados ao número de série da peça. Como harmonizar esta mistura de dados – e a dificuldade em fazê-lo – depende do que um fabricante é capaz de integrar out-of-the-box, sem comprometer protocolos de segurança internos.

Variáveis de String

Um truque é usar uma função de criação de variável de string do controlador do robô para criar identificadores únicos como mecanismo de rastreamento. Há uma mistura de variáveis usadas para armazenar números ou até posições, e estas variáveis diferem com base no formato e número de dígitos. Variáveis de string podem ser uma combinação de caracteres ou números até 32 caracteres de comprimento. Estas podem ser chamadas para exibir uma mensagem no pendant ou para outros usos.

No caso de produção automotiva, usamos estas para conter informações de número de série para a peça particular sendo produzida. Engenheiros de controle podem usar comunicação ethernet para "ler" os valores de um CLP ou leitor de código de barras e podemos passá-los para outros dispositivos.

I/O Concorrente

A Yaskawa Motoman usa I/O Concorrente (CIO) para realizar controle lógico programável e comunicar dados entre o robô e a fonte de energia. Embora usado para configurações de solda, também pode ser usado para passar resultados de monitoramento de arco entre a fonte de energia e o robô. Para rastreabilidade, usamos para concatenar os resultados de solda para cada local de solda e enviá-los, com o número de série da peça, para o CLP da fábrica para um registro de peça. Também pegamos o número de série da peça e enviamos para um marcador de pino que grava o número de série em peças que passam no monitor de solda.

Recentemente, entregamos um sistema que pegará dados de inspeção de solda do Lincoln Electric Production Monitor e os apresentará ao operador em uma representação gráfica da peça. Ele destacará, em verde ou vermelho, os resultados do monitor em cada local de solda – baseado em estar dentro ou fora dos limites. O monitoramento CheckPoint™ (um software externo) é projetado para armazenar dados na Nuvem. O CIO permitiu acesso imediato aos resultados do Production Monitor para que pudessem ser apresentados ao operador enquanto a peça estava sendo produzida.


 

Implementação

O manuseio de dados de monitoramento de solda deve considerar controle de produção, junto com requisitos de log histórico e rastreabilidade. Os dados sendo capturados ao longo do caminho são usados de forma diferente em toda a organização, e essas necessidades devem ser consideradas para cada função em cada etapa.

Enquanto o uso de dados de monitoramento de solda deve tornar simples para operadores no chão verificar qualidade da peça, dados históricos podem ser usados por pessoal de supervisão para administrar planos de qualidade e solucionar dificuldades. Recursos de segurança tornam quase impossível desviar de protocolos e parâmetros estabelecidos, e o monitoramento de arco entrega indicações gráficas em tempo real de soldas que precisam de inspeção adicional.

Com o CLP como destino final, dados de solda específicos da peça são registrados, armazenados e rastreáveis. Pode levar uma quantidade considerável de trabalho inicial para chegar à harmonização completa de dados; no entanto, os resultados são clientes confiantes e qualidade melhorada que também podem ajudar a garantir o futuro de sua operação.