Cómo el cobot de soldadura cambia el taller de fabricación

Vectis Automation

Los robots colaborativos han avanzado mucho durante la década pasada, particularmente en la manufactura de metal. Empezaron como una curiosidad; algunos talleres compraron uno o dos cobots sólo para ver lo que podían hacer con ellos. Sí, podían hacer tareas ligeras de recoger y colocar, pero eso tenía una aplicación limitada en la fabricación de chapa y placa metálica. Sin embargo, ¿qué pasa si se trata de atender una prensa dobladora, o una prensa estampadora o de inserción?

Estas primeras aplicaciones se relacionaban principalmente con acciones de recoger y colocar: recoger esta parte y colocarla en la fijación; colocar esta pieza plana contra un tope trasero magnético en una prensa dobladora. Con el tiempo, las aplicaciones se hicieron más sofisticadas. Los cobots ya no sólo colocaban partes sino que las manipulaban en todo el ciclo. En una prensa, por ejemplo, los cobots no sólo recogían y colocaban partes sencillas de un solo doblez, sino que ahora llevaban piezas de trabajo por secuencias de doblez más complejas.

Al mismo tiempo, empezaron a llegar al mercado cobots de soldadura, y la percepción de la industria acerca de los cobots empezó a cambiar. Dejaron de ser una novedad para aplicaciones sencillas y ahora empezaron a incursionar en el campo del trabajo semiespecializado; y para los fabricantes, tenía más sentido un cobot manejando una antorcha de soldadura de peso ligero y las alimentaciones de alambre y las líneas de gas asociadas, que usar un cobot con carga limitada para levantar y sostener piezas pesadas o difíciles de manejar de chapa o placa metálica.

Los cobots han llevado a los talleres a tener una percepción diferente de la automatización. La automatización no es un concepto de “todo o nada”, más bien es un espectro de innovaciones que cambian la manera en que los trabajadores interactúan con las máquinas y con la tecnología. Los cobots han impulsado a los talleres a enfocarse en aprovechar al máximo esa interacción entre humanos y máquinas, más que muchas otras tecnologías de manufactura.

Un espectro de automatización

Ciertamente, no son inusuales los intentos fallidos de usar la automatización, y eso se evidencia cuando hay uno o dos robots de soldadura polvosos abandonados en una esquina. Quizás el taller de fabricación no pudo darles un nuevo uso después de terminar un trabajo de soldadura de alto volumen; la programación era demasiado tardada; un soldador podía simplemente fijar y soldar la pieza de trabajo en lugar de meterse en las complicaciones de la programación.

Ciertamente, procesos más precisos corriente arriba en muchas situaciones han hecho más práctica la automatización de la soldadura corriente abajo. Sin embargo, esto sigue sin considerar otra realidad en la fabricación moderna: los modelos 3D CAD no son tan extendidos como muchos creen. Este hecho hace que sea un poco más complicado adoptar muchas opciones de automatización, incluida la simulación y la programación fuera de línea.

“Tomamos el enfoque de la automatización como una herramienta”, dijo Josh Pawley, vicepresidente de desarrollo de negocios y socio fundador de Vectis Automation, con sede en Loveland, Colorado. “Hay un riesgo real en la sobreautomatización. Vemos muchísimo valor en el enfoque “persona más máquina”. Mantenemos al operador involucrado y siempre preguntamos, ‘¿esta aplicación realmente necesita automatizarse?’”

La mayoría de las aplicaciones de cobot de soldadura implican soldadura de mesa. Los programadores fijan una pieza, usan una interfaz simplificada para enseñarle al robot, luego dejan al robot producir. Ese programador podría dejar la fijación y la remoción de la pieza de trabajo a un manejador o auxiliar de material, e irse a otro lado para soldar partes que no son adecuadas para el cobot, incluidas piezas de trabajo grandes.

Sin embargo, como lo dijo Pawley, ése es sólo un enfoque. Describió algunas fábricas donde los soldadores configuran un cobot y luego trabajan en otra aplicación de soldadura manual al lado. De manera alternativa, un soldador/programador puede pasarse un turno dirigiendo un “equipo” de celdas de cobots de soldadura.

Algunos fabricantes incluso han llevado las aplicaciones de cobots más allá de la soldadura de mesa. Un taller de fabricación estructural, dijo Pawley, conecta su cobot de soldadura al trabajo, casi como un taladro magnético, diseñando su configuración para hacer toda la celda de soldadura fácilmente transportable.

Un operador monitorea una operación de soldadura de mesa en acción. Red-D-Arc Welderentals

Estas estrategias de automatización se reducen a encontrar dónde queda mejor el cobot, lo que ayuda al taller a sacar el máximo provecho de sus trabajadores experimentados. Pawley describió a un fabricante de camiones de bomberos y equipo contra incendios que ahora usa cobots para crear miles de soldaduras por puntos para un componente de cubierta de ventilador. “La compañía hace 100 por semana, lo cual equivale a alrededor de 14,000 disparos de punteado para un soldador. Ése es un trabajo miserable, pero es una aplicación perfecta para un cobot: es aburrida y repetitiva”.

Adoptar los cobots dejó libres a los soldadores de la compañía para trabajar en los camiones grandes de bomberos. “Y esos camiones de bomberos son una aplicación horrible para un cobot”, dijo, y agregó que son productos únicos que requieren infinidad de soldaduras fuera de posición.

Esto no significa que los cobots no puedan soldar fuera de posición. Joe Holloway es vicepresidente de Red-D-Arc Welderentals, una compañía de Airgas, con sede en Mableton, Georgia, la cual desarrolló la plataforma de cobots de soldadura BotX en sociedad con Hirebotics. Holloway describió una aplicación en la cual un cobot necesitaba llegar al interior de una caja profunda para soldar uniones de esquina, una función imposible con una configuración de mesa estándar. Para solucionar esto, la compañía montó el robot suspendido para que el brazo pudiera llegar al fondo de la caja y soldar la unión.

Holloway agregó que esta configuración, aunque atípica, no requirió una inversión cuantiosa, ni fue muy tardado integrarla y configurarla. Este hecho hace que los cobots no sean tanto una máquina de un solo propósito y sean más una herramienta de amplia aplicación.

Teóricamente es posible quitar la pistola de soldadura y la alimentación de alambre, y debido a que el software de control usa una plataforma estándar Universal Robots, cambiar a una nueva aplicación no sería demasiado arduo. Holloway conectó la plataforma UR con Microsoft Windows, un sistema operativo que le da a la gente un ambiente común para trabajar. Cambiar de un proceso de soldadura a un proceso de recoger y colocar, por dar un ejemplo, sería como cambiar de Microsoft PowerPoint a Excel: un programa diferente, pero no demasiado difícil de aprender.

Sin embargo, las fuentes coincidieron en que una vez que los cobots se aplican en soldadura, usualmente se quedan como cobots de soldadura, los cuales pueden adaptarse a diversas mezclas de partes y ambientes de producción, a diferencia de las formas tradicionales de automatización de soldadura.

Su naturaleza física permite esto (son pequeños y por ende pueden moverse con facilidad), al igual que la plataforma de programación. A los cobots de soldadura se les enseña con una combinación de enseñanza cinética (mover el cobot a lo largo de la trayectoria de soldadura deseada) junto con controles, mediante tablets dedicadas o incluso teléfonos inteligentes o apps especializadas, diseñados para que la programación sea intuitiva, especialmente para quienes saben soldar. Los programadores definen los puntos de inicio y fin, luego eligen entre diversas “recetas de soldadura” que especifican diversos detalles, incluidos el ángulo de antorcha, la distancia entre la punta de la antorcha y la pieza de trabajo, técnicas como cordones estrechos o zig-zag, geometrías de soldadura que incluyen tamaño y opciones para soldadura por tramos. Las compañías pueden optar por usar exclusivamente estas recetas, pueden excluirlas e integrar sus propios parámetros, o pueden hacer una combinación de ambas opciones. Al estar alojadas en la nube, las recetas son analizadas por vendedores de cobots de soldadura, quienes las van perfeccionando con el tiempo.

La conclusión es que la gente está usando los cobots de soldadura como una herramienta, y los están integrando de maneras muy diversas”, dijo Pawley. Los cobots podrían automatizar el empalme, el punteado de uniones y el acomodo de diversas partes para soldadura manual. Otros usan el cobot para soldadura de producción, mientras que los ensambladores hacen el punteado manualmente. A veces los cobots sueldan uniones parcialmente, luego pasan directamente a un soldador manual que termina las uniones restantes que el cobot no pudo hacer. En resumen, no hay una manera única de incorporar un cobot.

“Pensamos en los cobots como multiplicadores de fuerza”, dijo Holloway. “Usted está aprovechando a sus soldadores experimentados, quienes pueden pensar en un cobot como un tipo de herramienta inteligente. El soldador experimentado puede enseñarle al robot, mientras que el menos experimentado puede ejecutar programas y producir”.

La automatización como un servicio

La evolución tecnológica en la fabricación de metal se aceleró. Se puede decir sin temor a equivocarse que la automatización del futuro afrontará los problemas de nuevas maneras. Si dichas maneras son “mejores maneras” depende de los retos de fabricación en un taller en particular. Sin embargo, los fabricantes enfrentan el riesgo cada vez mayor de que la automatización se vuelva obsoleta—de ahí el aumento de popularidad de un concepto un tanto nuevo para la fabricación de metal: la automatización como un servicio.

Una soldadora de cobot completa una soldadura de pasadas múltiples en una unión contorneada. Vectis Automation

Ambas plataformas, Vectis Automation y the BotX, ofrecen renta y renta con opción de compra. Las fuentes de ambas compañías dijeron que la mayoría de los talleres con el tiempo terminan poseyendo sus celdas de cobots, pero la opción de renta al menos impulsa a las compañías a dar el salto al campo de la automatización.

“Se trata de reducir la barrera hacia la automatización y encontrar a las personas en donde están”, dijo Pawley. “Le decimos ‘automatización sin anclas’. Si ésta no se adapta a la aplicación, la recogemos y le encontramos un nuevo hogar”.

Están emergiendo muchas plataformas de automatización como un servicio. Por ejemplo, Forming Technologies con sede en Chigago, ofrece dichas plataformas para diversas aplicaciones de automatización para la industria, desde celdas sencillas de cobots hasta líneas automatizadas de corte y doblado de chapa metálica.

Sin embargo, como lo explicó Holloway, la flexibilidad de los cobots los hace especialmente adecuados para el modelo de negocios. “Si usted adquirió un celda de soldadura robótica tradicional, adquirió todas las vallas y jaulas de seguridad, y esto ocupa un espacio significativo en el taller. Por otro lado, los fabricantes simplemente ruedan sus cobots a las cabinas se soldadura existentes, donde los soldadores van a estar soldando al lado de éstos. No tienen que cambiar su proceso sólo para integrar al cobot. Es al revés: pueden adaptar el cobot al proceso”.

Esto también hace más atractivo el modelo de automatización como un servicio. Los cobots sí tienen su propio conjunto de protocolos de seguridad; un cobot puede tener fuerza limitada, pero aun así puede herir a alguien, especialmente si el cobot está sujetando algo filoso o caliente. Aun así, los cobots no requieren vallas de seguridad. Esto significa que pueden meterse a las operaciones de fabricación de un taller o sacarse de las mismas sin mucha perturbación.

Un fabricante asistido por la automatización

El acto de “meter o sacar” de la producción existente, aumentando el valor del personal experimentado, puede volverse el sello distintivo del taller de fabricación del futuro. Imagine una operación de chapa metálica de precisión en la cual una gran parte de su tecnología de manufactura no es propiedad del fabricante. En lugar de eso, el fabricante paga una cuota mensual. En un sentido, el taller paga por la tecnología como paga por la mano de obra—de manera incremental y a lo largo del tiempo.

A veces hace esto cuando adopta nueva tecnología. ¿Un cobot quedará bien en nuestra operación? Rentemos uno para saberlo. El taller puede que con el tiempo posea el equipo si es rentable y si tiene sentido comercial hacerlo. En cambio, si la tecnología no es adecuada o si cambia la mezcla de productos, los fabricantes pueden regresar el cobot rentado al vendedor y seguir adelante.

En otros casos, los talleres rentan cuando invierten en celdas automatizadas grandes. Los riesgos son más altos para el dueño del equipo por lo que las tarifas son más altas, pero los beneficios para el fabricante podrían ser mayores. Por ejemplo, podría actualizar a un láser de fibra cuando haya una mejor tecnología.

Al mismo tiempo, más automatización se vuelve más fácil de integrar y meter a la producción y sacar de la misma conforme se necesite. Los cobots aumentan la capacidad de soldadura de un taller. Su factor de forma pequeño significa que pueden moverse según se necesite a diferentes mesas de trabajo o incluso a piezas de trabajo grandes, lo que los convierte efectivamente en el taladro magnético del taller de fabricación—sin requerir un modelo de parte 3D CAD.

El fabricante también hace uso de los robots con auto-programación que pueden “ver” la parte frente a ellos y luego ponerse a trabajar. Usando una plataforma desarrollada por Omnirobotic, un cobot con pistola para recubrimiento de polvo puede ver una parte o un grupo de partes colgando frente a él, determinar la mejor manera de manipular la pistola para una cobertura óptima, y comenzar a asperjar. De manera similar, una celda de soldadura por arco Path Robotics puede ver la parte sujeta en frente, compararla con el modelo 3D CAD, hacer las correcciones necesarias y comenzar a soldar. En algún otro lado del taller de fabricación, robots móviles flexibles OpiFlex—sistemas con alta carga que operan con guardas ópticas libres de vallas—se mueven por el taller según se necesiten; un turno están frente a una prensa dobladora, otro turno están alimentando una dobladora de panel o una máquina plegadora.

Estas tecnologías diversas comparten un rasgo: su programación es sencilla o completamente automatizada. Las estrategias de producción ya no tienen que ser adaptadas para sacar el máximo provecho de la automatización; ahora, la automatización puede adaptarse para ayudar a superar el reto en cuestión. Dicho de otra manera, la automatización sirve a la operación, no al revés.