Varioci imaju novog kolegu: Robotska ruka samostalno 'pegla' dosadne spojeve čeličnih konstrukcija

Tko je ikada vario desetke jednakih spojeva na čeličnoj konstrukciji zna koliko posao može biti monoton, ali i fizički zahtjevan. Gorionik treba voditi mirno, održavati pravilan razmak i kut, a brzina ne smije previše varirati ako se želi dobiti ujednačen zavar. Dodaju li se tome zaštitna oprema, toplina i višesatni rad, jasno je zašto automatizacija zavarivanja već dugo privlači građevinsku industriju.

Upravo tu na scenu stupaju roboti za zavarivanje, takozvani coboti  Na prvi pogled izgledaju kao velika mehanička ruka kojoj je umjesto šake ugrađen gorionik. No, iza relativno jednostavnog izgleda krije se sustav koji može precizno ponavljati zadanu putanju i izvoditi velik broj jednakih zavara.

Takvi sustavi posebno su zanimljivi kod proizvodnje čeličnih konstrukcija za hale, skladišta, trgovačke centre, nadstrešnice, mostove i industrijske objekte, odnosno svugdje gdje treba spajati velik broj čeličnih profila, limova, nosača i ukruta.

robot zavarivač | foto: ilustracija AI/Chat GPT

Princip rada

Osnova stroja je višezglobna robotska ruka na čijem se završetku nalazi gorionik za zavarivanje. Umjesto da ga tijekom cijelog postupka vodi ruka varioca, njegov položaj i kretanje kontrolira robot.

Ovisno o izvedbi sustava, putanja zavarivanja može se unaprijed programirati, preuzeti iz digitalnog modela ili korigirati uz pomoć senzora i sustava računalnog vida. Upravo je posljednja mogućnost posebno zanimljiva kod velikih čeličnih konstrukcija jer stvarno izrađeni element nije uvijek postavljen milimetarski jednako kao njegov digitalni nacrt.

Suvremena istraživanja robotskog zavarivanja čeličnih konstrukcija zato idu prema kombiniranju CAD modela, kamera odnosno 3D senzora i automatskog određivanja putanje zavara. Sustav tako može prvo utvrditi gdje se spoj stvarno nalazi, a zatim prema tome prilagoditi kretanje gorionika.

Na snimci koju smo pronašli vidi se upravo takav koncept. Robotska ruka prilazi velikom čeličnom elementu, dok se uz gorionik nalazi dodatna oprema koja može služiti za nadzor odnosno praćenje područja zavarivanja. Drugim riječima, majstor više ne mora centimetar po centimetar voditi gorionik duž cijelog spoja.

Idealno za čelične hale

U građevini bi ovakav stroj posebno zanimljiv mogao biti tvrtkama koje proizvode čelične konstrukcije. Jedna industrijska hala može sadržavati velik broj stupova, greda, rebara, ploča i drugih elemenata na kojima se određene vrste zavara neprestano ponavljaju. Tu robot dolazi na svoje.

Umjesto da kvalificirani varilac sate provodi izvodeći gotovo identične zavare, dio ponavljajućeg posla može preuzeti stroj. Čovjek pritom ne nestaje iz procesa. Netko i dalje mora pripremiti elemente, odrediti parametre zavarivanja, nadzirati proces i kontrolirati kvalitetu izvedenog spoja.

Prednost je u tome što robot jednom pravilno postavljen var može ponavljati vrlo ujednačeno. Američko društvo za zavarivanje navodi da se kolaborativno robotsko zavarivanje već koristi u tisućama industrijskih primjena te ističe povećanje produktivnosti, smanjenje dorade i bolje ergonomske uvjete rada kao neke od njegovih prednosti.

Budućnost na gradilištu

Klasični industrijski robot najčešće zamišljamo pričvršćenog za pod proizvodne hale, ograđenog zaštitnom ogradom i okruženog elementima koji mu uvijek dolaze na isto mjesto. Gradilište je njegova potpuna suprotnost. Konstrukcije su velike, radno okruženje stalno se mijenja, a elementi nisu uvijek postavljeni potpuno jednako.

Zbog toga se razvijaju i mobilni robotski sustavi za zavarivanje na samom gradilištu. Fraunhofer IPA, primjerice, razvio je prototip za automatsko višeslojno zavarivanje konstrukcijskih stupova koji koristi lasersko određivanje položaja stupa i robotsko upravljanje kako bi smanjio potrebu za intervencijom radnika.

Ideja nije ni potpuno nova. Sustavi za robotsko zavarivanje čeličnih okvira ispitivani su na stvarnim gradilištima još prije nekoliko desetljeća. Kod jednog takvog rješenja robot se postavljao na gredu ili stup, mjerio geometriju spoja, određivao uvjete zavarivanja i potom izvodio zavarivanje sloj po sloj.

robot zavarivač | foto: ilustracija AI/Chat GPT

Nije baš 'stisni tipku i idi na kavu'

Koliko god robotsko zavarivanje djeluje jednostavno, stvarni posao ipak nije samo dovoženje robota pred čeličnu gredu i pritiskanje zelene tipke. Kod građevinskih konstrukcija pojavljuju se različite debljine materijala, položaji spojeva, zazori i tolerancije.

Stoga na gradilištu treba računati i na promjenjive uvjete te složenu geometriju konstrukcije. Upravo se određivanje položaja zavara, planiranje putanje i kontrola kvalitete navode među glavnim izazovima šire primjene robotskog zavarivanja u građevinarstvu. Zato ovakav robot zasad prije treba promatrati kao alat koji preuzima dugotrajne i ponavljajuće operacije, a ne kao potpunu zamjenu za varioca.

Svakako je najisplativiji ondje gdje postoji velik broj sličnih spojeva. U pogonima za izradu čeličnih hala, kod proizvodnje nosača i stupova, velikih rešetkastih konstrukcija, mostovskih elemenata, čeličnih stubišta i drugih konstrukcija kod kojih se ista operacija ponavlja desetke ili stotine puta. Tada mehanička ruka ima jednu poprilično veliku prednost. Njoj nakon pedesetog vara ruka ne postaje ništa teža nego kod prvog.

Koliko košta 'novi kolega'?

Među poznatijim proizvođačima i dobavljačima tehnologije za robotsko zavarivanje u Europi svakako su Fronius, Lorch i Universal Robots, čiji se coboti često integriraju s opremom različitih proizvođača za zavarivanje. Cijena pritom poprilično ovisi o tome kupuje li se samo robotska ruka ili kompletan sustav s izvorom struje, gorionikom, softverom, senzorima i sigurnosnom opremom.

Lorch navodi da se kvalitetni kompletni cobot paketi za zavarivanje kreću oko 60.000 do 70.000 eura, dok klasične industrijske robotske ćelije lako ulaze u šesteroznamenkaste iznose. Trenutačne europske ponude to dobro ilustriraju Lorchov paket s UR10e cobotom koji se oglašava za oko 58.000 eura bez PDV-a, dok se jednostavnija cobot konfiguracija nizozemskog Inluxa kreće već od oko 9.500 eura, ali bez sve opreme koju bi imao potpuno opremljen sustav.

Treba reći i da je u Kini ovakav 'novi kolega' osjetno pristupačniji. Kompletni robotski sustavi za zavarivanje mogu se pronaći za približno 15.000 do 25.000 eura, dok naprednije izvedbe za velike čelične konstrukcije, opremljene 3D senzorima i sustavima za automatsko praćenje zavara, mogu dosegnuti 30.000 eura i više. Naravno, konačna cijena za europskog kupca raste kada se pribroje transport, carinski troškovi, PDV te eventualne prilagodbe potrebne za europske zahtjeve.

robot zavarivač | foto: ilustracija AI/Chat GPT

Može se i samostalno sastaviti

Zanimljivo je da građevinska ili metaloprerađivačka tvrtka u Europi ne mora nužno kupiti gotov stroj. Moguće je napraviti vlastitu robotsku ćeliju za zavarivanje tako da se nabave cobot, MIG/MAG izvor, robotski gorionik, dodavač žice, upravljački softver te, prema potrebi, kamera ili laserski senzor za praćenje zavara. Sve se zatim može postaviti na radni stol, čelično postolje ili mobilnu platformu i integrirati u jednu cjelinu.

No, tu postoji 'kvaka', spajanjem pojedinačnih komponenti nastaje novi stroj odnosno sustav za čiju sigurnost i sukladnost odgovornost preuzima proizvođač/integrator. Za stavljanje takvog stroja na tržište ili u uporabu u EU-u potrebno je utvrditi primjenjive zahtjeve, provesti ocjenu sukladnosti, pripremiti tehničku dokumentaciju i EU izjavu o sukladnosti te, kada je primjenjivo, staviti CE oznaku.