Từ CAD tàu đến đường hàn thực tế: căn chỉnh tọa độ, dò tìm và bám đường hàn

Đường hàn số phải được liên hệ với liên kết thực tế

Mô hình CAD có thể xác định hình học dự kiến của một cụm nhỏ trong đóng tàu, nhưng tự nó không định vị được liên kết thực tế trong trạm. Phôi cần được nhận dạng, đặt vào vị trí, liên hệ với tọa độ máy và đánh giá cục bộ trước khi thực hiện đường đi hàn theo quy trình đã thống nhất. Tách riêng những thao tác này giúp đánh giá đề xuất dựa trên mô hình dễ hơn và chẩn đoán các trường hợp không thành công rõ hơn.

Trong bài viết này, căn chỉnh tọa độ là xác lập quan hệ giữa hệ quy chiếu mô hình hoặc phôi với hệ quy chiếu máy. Dò tìm đường hàn là định vị liên kết hoặc các chi tiết được chọn trước khi hàn. Bám đường hàn là cập nhật quan hệ giữa dụng cụ và liên kết trong khi hàn bằng phương pháp phản hồi được chọn. Các định nghĩa này là bộ thuật ngữ dùng cho đánh giá kỹ thuật; chức năng và giao diện thực tế của nhà cung cấp phải được lập thành tài liệu cho cấu hình đề xuất.

Phương án hàng hải của TitanWeld vẫn có mức độ tùy biến cao và dành riêng cho từng dự án: hai tay máy trên mỗi đơn vị cơ bản, với giới hạn phối hợp hiện tại là bốn đơn vị và tám tay máy. Quy trình dựa trên mô hình không loại bỏ việc thiết lập, mô phỏng, xác định quy trình hàn hoặc kiểm chứng kỹ thuật. Số lượng robot hay khả năng nhập CAD đều không chứng minh rằng mọi đường hàn hoặc biến thiên cục bộ đều có thể được nhận dạng tự động.

Kiểm tra thông tin có trong mô hình

Xác nhận tệp được cung cấp chỉ có hình học khối hay còn có định nghĩa mối hàn sử dụng được, mã nhận dạng và siêu dữ liệu lắp ráp. Giao tuyến nhìn thấy giữa các chi tiết không nhất thiết là một mối hàn bắt buộc. Một số cạnh có thể được chủ định không hàn, một số cần hàn gián đoạn và những cạnh khác có thể có chi tiết kết thúc chỉ được quy định trên bản vẽ riêng. Đối chiếu mô hình số với các tài liệu chế tạo được kiểm soát.

Giữ nguyên danh tính mối hàn khi nhập, chuyển đổi hoặc đơn giản hóa hình học. Thay đổi định dạng tệp có thể làm đổi tên thực thể hoặc chia một đường cong thành các đoạn khác nhau. Dự án cần quy định cách duy trì liên kết giữa mối hàn dự kiến với yêu cầu bản vẽ và hồ sơ kiểm tra. Nếu không, đường đi được tạo lại có thể trông đúng trong khi lịch sử hoàn thành không còn tham chiếu cùng một phạm vi công việc.

ABB mô tả lập trình hàn hồ quang ngoại tuyến dựa trên hình học, tạo vị trí robot từ vị trí mối hàn được xác định trong CAD. [1] Đây là ví dụ bên ngoài về nhóm công nghệ này, không phải bằng chứng rằng phần mềm ABB được cài đặt trong dự án hàng hải TitanWeld. Dùng ví dụ này để đưa ra yêu cầu trình diễn chính xác: cho thấy hình học được chọn trở thành một nhiệm vụ hàn có mã nhận dạng như thế nào, bao gồm chuyển động tiếp cận và rời đi.

Xác lập rõ các quan hệ tọa độ

Xác định các hệ quy chiếu được dự án sử dụng: máy hoặc trạm, đế robot, trục ngoài nếu có, dụng cụ, cảm biến, đồ gá và phôi. Việc đánh giá không cần đưa mọi chi tiết triển khai nội bộ đến người vận hành, nhưng hồ sơ kỹ thuật phải cho phép truy xuất những quan hệ quan trọng. Hiệu chỉnh cục bộ áp dụng trong hệ quy chiếu sai có thể tạo chuyển động có vẻ hợp lý nhưng sai hướng.

Xác định các đặc điểm dùng để căn chỉnh tọa độ và điều kiện quan sát chúng. Các đặc điểm này phải phân biệt được hướng đặt dự kiến của cụm, kể cả khi các nẹp lặp lại tạo ra hình học tương tự nhau. Dự án phải giải thích cách xử lý khi nạp sai phiên bản cụm, phôi bị đảo chiều hoặc một đặc điểm tham chiếu bị che. Sai số khớp số học thấp là chưa đủ nếu đã ghép nhầm đặc điểm.

Kiểm chứng căn chỉnh tọa độ tại những vị trí liên quan đến phạm vi hàn, không chỉ tại các đặc điểm dùng để tính toán. Đây là đề xuất kiểm tra kỹ thuật, không phải thuật toán được quy định. Nó giúp nhận biết liệu hiệu chỉnh vị trí đặt đơn giản có mô tả đầy đủ phôi hay biến thiên cục bộ cần được đánh giá riêng. Giữ kết quả căn chỉnh tọa độ và các hiệu chỉnh đường hàn cục bộ tiếp theo có thể nhận diện riêng trong hồ sơ.

Chọn phương pháp dò tìm đường hàn theo chi tiết cần quan sát

Hỏi phương pháp cảm biến đề xuất trực tiếp đo gì và những giả định nào liên hệ phép đo đó với đường hàn mong muốn. Cạnh tấm được phát hiện, sự kiện tiếp xúc hoặc biên dạng quang học có thể cung cấp thông tin hữu ích, nhưng cách diễn giải phụ thuộc vào liên kết và tình trạng bề mặt. Hồ sơ hỏi hàng nên bao gồm mối hàn đính thực tế, vật cản cục bộ và các bề mặt dự kiến tại thời điểm bàn giao vào sản xuất.

Tài liệu hệ thống hỗ trợ của Fronius phân biệt chức năng định vị đường hàn trước khi hàn với chức năng bám đường hàn và mô tả cảm biến bằng dây hàn trong số các lựa chọn. [2] Các ví dụ này cho thấy vì sao cụm từ chung «cảm biến tự động» là chưa đủ. Chúng không có nghĩa rằng các tùy chọn độc quyền đó được trang bị trong hệ thống TitanWeld hoặc một phương pháp phù hợp với mọi liên kết đóng tàu.

Xác định cách xử lý khi không thành công trước khi tối ưu tốc độ. Cạnh bị thiếu, kết quả không nhất quán hoặc phép đo nằm ngoài dải đầu vào được chấp nhận phải dẫn đến cách xử lý được lập thành tài liệu. Hệ thống có thể yêu cầu quan sát lại hoặc người vận hành xem xét, tùy theo thiết kế được phê duyệt. Tránh phương án dự phòng không được ghi nhận, chỉ hàn theo đường CAD danh nghĩa bất cứ khi nào kết quả cảm biến gây bất tiện.

Phân biệt bám đường hàn với quyền thay đổi quy trình

Bám đường hàn xử lý quan hệ giữa dụng cụ và liên kết quan sát được trong quá trình di chuyển. Nó không tự động cho phép thay đổi không giới hạn dòng điện, điện áp, tốc độ di chuyển, lượng kim loại đắp hoặc kích thước mối hàn. Mọi thích nghi phải nằm trong hướng dẫn quy trình được chọn và hành vi hệ thống đã được xác nhận. Dự án cần cho thấy những biến nào có thể thay đổi, vì sao thay đổi và giới hạn nào khiến hệ thống tạm dừng.

TWI mô tả cảm biến hình học là đầu vào cho dò tìm, bám đường hàn và hàn thích nghi, đồng thời lưu ý nhiễu từ môi trường hàn. [3] Vì vậy, trình diễn trước khi hàn trong điều kiện chiếu sáng sạch chưa phải bằng chứng đầy đủ về hiệu năng trong quá trình hàn. Khi đề xuất bám đường hàn, cần xem xét hành vi của chức năng đó với hồ quang, khói, bắn tóe và bố trí dụng cụ thực tế được thể hiện trong thử nghiệm phát triển.

Giữ hồ sơ bám đường hàn dễ hiểu. Bằng chứng hữu ích xác định đường hàn, hiệu chỉnh được đo hoặc suy ra, các giới hạn được chấp nhận và mọi gián đoạn hoặc mất dữ liệu hợp lệ. Biểu đồ dày đặc nhưng thiếu vị trí, đơn vị hoặc ý nghĩa được nêu rõ không thể hỗ trợ quyết định nghiệm thu thực tế. Tương tự, vết đường đi thành công không thay thế kiểm tra mối hàn hoàn thiện theo kế hoạch chất lượng đã thống nhất.

Quản lý góc, mối hàn đính và hình học gián đoạn

Mối hàn góc thẳng dài chỉ là một phần của bài toán cảm biến. Tại mối hàn đính, đoạn hàn bao đầu hoặc giá đỡ lân cận, đặc điểm quan sát được có thể thay đổi đột ngột. Dự án cần xác định các vùng này trên bản đồ mối hàn và cho thấy phương pháp được chọn phân biệt chuyển tiếp thực của đường hàn với chi tiết không liên quan như thế nào. Nếu một chi tiết cần xử lý riêng, hãy giữ ranh giới đó trong chương trình và hướng dẫn vận hành.

Không giả định rằng hiệu chỉnh bám đường hàn có thể tiếp tục an toàn sau điểm quan sát hợp lệ cuối cùng. Thống nhất với đơn vị tích hợp và kỹ sư hàn cách phản ứng được phép khi dữ liệu mất hoặc không rõ nghĩa. Hành động phù hợp phụ thuộc vào phương pháp đã xác nhận, khả năng tiếp cận dụng cụ và yêu cầu liên kết. Bài viết này không đưa ra cửa sổ bám đường hàn, giới hạn hiệu chỉnh hoặc quãng di chuyển không có quan sát áp dụng chung.

Dùng các chi tiết khó có tính đại diện trong buổi trình diễn thay vì loại chúng khỏi mẫu thử. Ghi rõ chi tiết nào được hoàn thành tự động, chi tiết nào cần phép đo riêng và chi tiết nào vẫn nằm ngoài phạm vi tự động đề xuất. Kết quả phạm vi bao phủ nhờ đó hữu ích hơn một tỷ lệ phần trăm đơn lẻ tính từ những đoạn đường hàn liên tục dễ nhất.

Kiểm soát đồng thời mô hình, bộ thông số và hiệu chuẩn

Một nguyên công sản xuất cần xác định phiên bản bản vẽ, phiên bản mô hình nhập, phiên bản đường đi đã tạo và tham chiếu bộ thông số hàn. Bổ sung trạng thái hiệu chuẩn liên quan của dụng cụ và cảm biến theo phương pháp quản lý cấu hình của dự án. Mục đích là tái hiện hệ thống cho rằng mình đang hàn gì và cách nhận thức đó được chuyển thành lệnh chuyển động và lệnh quy trình.

Xác định những thay đổi nào cần đánh giá lại. Thay cổ mỏ hàn, di chuyển giá cảm biến, bảo dưỡng trục ngoài hoặc thay đổi chuẩn đồ gá có thể ảnh hưởng đến quan hệ hình học. Cập nhật tệp có thể ảnh hưởng đến danh tính đường hàn hoặc phạm vi đường đi. Biện pháp xử lý cần dựa trên quan hệ đã thay đổi, không chỉ dựa vào việc tệp chương trình robot tình cờ vẫn giữ cùng tên.

Đưa vào thử nghiệm khôi phục thực tế sau một can thiệp đại diện đã được phê duyệt. Xác nhận người vận hành có thể khôi phục thiết lập cần thiết, thực hiện các kiểm tra được quy định và chọn đúng phần việc còn lại. Điều này đặc biệt liên quan khi cụm bị gián đoạn đã được di chuyển để kiểm tra hoặc sửa chữa. Mã công việc đã lưu không thể đảm bảo quan hệ phôi trước đó vẫn còn hợp lệ.

Xác nhận toàn bộ chuỗi bằng các trường hợp thử nghiệm có chủ đích

Xây dựng ma trận thử nghiệm theo chuỗi thông tin: đúng mô hình và vị trí đặt, biến thiên vị trí đặt được chấp nhận, biến thiên liên kết cục bộ, tham chiếu bị che, đặc điểm đường hàn không rõ nghĩa và gián đoạn có kiểm soát. Chọn trường hợp trong phương pháp phát triển quy trình và an toàn đã thống nhất của dự án. Với mỗi trường hợp, nêu trước kết quả phát hiện và cách xử lý mong đợi rồi mới thực hiện thử nghiệm.

Ghi riêng kết quả nhận dạng, căn chỉnh tọa độ, dò tìm đường hàn, bám đường hàn nếu sử dụng, hoàn thành hàn và chấp nhận cuối cùng. Điều này ngăn việc báo cáo một giai đoạn thành công như thể toàn bộ quy trình đã thành công. Nó cũng giúp xử lý đúng vấn đề: chọn sai cụm cần biện pháp khác với trường hợp định vị đường hàn đúng nhưng mối hàn đắp ra không đạt.

Đo thời gian cần cho những kiểm tra này như một phần của toàn bộ chu kỳ. Cảm biến sâu hơn có thể tăng độ tin cậy nhưng cũng tăng thời gian chu kỳ; định vị tốt hơn ở công đoạn trước có thể giảm khối lượng cảm biến cần thực hiện. Người mua nên thấy các đánh đổi đó qua thử nghiệm đại diện. Bộ tạo đường đi danh nghĩa nhanh chỉ hữu ích khi toàn bộ quy trình từ mô hình đến phôi tạo ra các cụm được chấp nhận theo nhịp sản xuất cần thiết.

Yêu cầu bằng chứng theo dõi xuyên suốt một mối hàn thực tế

Một buổi trình diễn hiệu quả theo dõi một mối hàn có mã nhận dạng từ yêu cầu bản vẽ, qua nhập mô hình, căn chỉnh tọa độ, quan sát cục bộ, chuyển động dụng cụ đến hồ sơ kiểm tra. Lặp lại việc truy xuất đó cho một đường hàn thông thường và một chi tiết khó. Bằng chứng tạo ra có thể được cả nhóm tự động hóa lẫn bộ phận sản xuất và chất lượng của nhà máy đóng tàu hiểu rõ.

Yêu cầu nhà cung cấp ghi rõ riêng các chức năng được đề xuất, chức năng đã trình diễn và điều kiện bị loại trừ. Nếu một tính năng cảm biến thuộc linh kiện bên thứ ba được chọn, hãy kiểm chứng đúng tùy chọn, cách tích hợp và bằng chứng thử nghiệm, thay vì chuyển tuyên bố năng lực chung của nhà sản xuất thành thông số của trạm. Cấu hình vật lý và phần mềm đã thử nghiệm phải phù hợp với tuyên bố đang đưa ra.

Hàn dựa trên mô hình trở nên hữu ích khi giảm chuẩn bị lặp lại mà vẫn kiểm soát được liên kết thực tế. Đề xuất thuyết phục nhất làm cho quan hệ đó có thể quan sát và khôi phục. Nó cho thấy nơi mô hình cung cấp ý định thiết kế, nơi phép đo cung cấp vị trí thực, nơi hướng dẫn quy trình ràng buộc việc hàn và nơi kiểm tra quyết định chấp nhận, thay vì gộp cả bốn trách nhiệm vào từ «thông minh».

Danh sách kiểm tra thẩm định dự án

• Xác nhận phiên bản mô hình, danh tính mối hàn và thông tin có trong tệp xuất.
• Kiểm tra quan hệ giữa hình học danh nghĩa và cụm thực tế.
• Tách riêng căn chỉnh tọa độ, dò tìm liên kết ban đầu, bám đường hàn trong quá trình và kiểm tra.
• Xác định cách phản ứng khi thiếu quan sát, hình học thay đổi và công việc bị gián đoạn.
• Truy xuất một mối hàn đại diện từ yêu cầu bản vẽ đến hồ sơ kiểm tra.