โรบอทงานเชื่อม
หุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม คือหุ่นยนต์ที่คิดค้นและออกแบบมาเพื่อใช้ในกระบวนการเชื่อมต่อวัสดุโลหะและวัสดุอื่น ๆ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเชื่อมต่อและรวมวัสดุต่าง ๆ ให้เชื่อมแน่นและแข็งแรง หุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม จะอาศัยหลักกระบวนการเชื่อมเช่นเดียวกับการเชื่อมโดยแรงงานคน เพียงแต่หุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อมจะใช้ระบบมอเตอร์เซอร์โวที่มีความสเถียรในการเคลื่อนที่ ทำให้ผลลัพธ์ที่ได้มีความแม่นยำของทิศทางและความห่างของจุดเชื่อม
อีกทั้งหุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม จัดเป็นเทคโนโลยีหุ่นยนต์ที่ไม่มีความเหนื่อยล้าเหมือนคน ถือเป็นประโยชน์ที่ดีต่อวงการอุตสาหกรรมไทยที่ต้องการขับเคลื่อนให้ภาคอุตสาหกรรมของตนให้ก้าวหน้า และผลักดันกระบวนการผลิตต่าง ๆ ให้มีความรวดเร็วยิ่งขึ้น ซึ่งโรงงานแทบจะเปิดไลน์การผลิตสินค้ายาวต่อเนื่อง 24 ชั่วโมงได้เลย โดยไม่จำเป็นต้องพึ่งแรงงานคนในบางส่วนเลยก็ว่าได้
ส่วนประกอบสำคัญของ หุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม ในอุตสาหกรรม
- ส่วนลำตัวของหุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม (Body)
ลำตัวของหุ่นยนต์เชื่อมในอุตสาหกรรมประกอบไปด้วยชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่เสมือนอวัยวะสำคัญของมนุษย์ ได้แก่ ฐาน แขนกล มือ และลำตัวของโรบอทเชื่อม ทุกส่วนต่างเคลื่อนที่และทำงานร่วมกันอยู่ตลอดเวลา ไม่สามารถขาดส่วนใดส่วนหนึ่งไปได้ ในบางครั้งหุ่นยนต์เชื่อมอาจถูกนำไปประยุกต์ใช้งานด้านอื่น ๆ หรือต้องยกของหนักหรือเชื่อมชิ้นงานในระดับสูง ดังนั้นส่วนลำตัวของหุ่นยนต์จึงต้องมีโครงสร้างที่แข็งแรงมั่นคง มิเช่นนั้นอาจทำให้กระบวนการทำงานเกิดปัญหาได้
- ระบบการควบคุมหุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม (Controller)
ส่วนที่ใช้ในการควบคุมการเคลื่อนที่ของลำตัวหุ่นยนต์เชื่อมให้ทำงานได้ตามต้องการ หน้าที่หลักคือจะ process ข้อมูลต่าง ๆ ที่ใช้ในการควบคุมการทำงานของโรบอทเชื่อมและรับข้อมูลจากการวัด ออกคำสั่งกลไกต่าง ๆ ให้ทำงานตามที่ตั้งเป้าหมายไว้ เครื่องควบคุมหุ่นยนต์เชื่อมในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ภายในจะมีไมโครคอมพิวเตอร์ติดตั้งอยู่ และมีคีย์บอร์ดสำหรับให้ช่างเชื่อมหรือผู้เชี่ยวชาญป้อนข้อมูลการทำงานลงไป
- ระบบการขับเคลื่อนหุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม (Drive of System)
ส่วนสำคัญที่มีหน้าที่จ่ายพลังงานป้อนให้ลำตัวของหุ่นยนต์เชื่อมทำงาน หากโรบอทเชื่อมอุตสาหกรรม ที่ขับเคลื่อนโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้า ระบบการขับเคลื่อนก็จะจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับหุ่นยนต์เชื่อม ซึ่งหุ่นยนต์เชื่อมประเภทนี้บางรุ่นอาจควบรวมระบบการขับเคลื่อนเข้าไปไว้ในส่วนระบบการควบคุมด้วย แต่ถ้าหากโรบอทเชื่อมขับเคลื่อนด้วยระบบไฮดรอลิก ทั้งสองระบบจะแยกออกจากกันอย่างชัดเจน และจะอาศัยการจ่ายพลังงานลมแทนพลังงานไฟฟ้านั่นเอง
ระบบขับเคลื่อนหุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อมในอุตสาหกรรม
- ระบบของการขับเคลื่อนหุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม โดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้า
ระบบขับเคลื่อนหุ่นยนต์เชื่อมหรือโรบอทเชื่อมโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้ามักจะเป็นการใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อสร้างการเคลื่อนที่และควบคุมตำแหน่งของหุ่นยนต์ในการเชื่อมงาน โดยมีส่วนประกอบสำคัญ ได้แก่ มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลในรูปแบบการหมุน มอเตอร์ไฟฟ้ามีหลายชนิด เช่น มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC Motors) หรือมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Motors) ซึ่งสามารถเลือกใช้ตามลักษณะงานและความต้องการในการควบคุมความเร็วและแรงบีบของหุ่นยนต์ได้ ระบบควบคุมใช้สั่งการและควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าให้เคลื่อนที่ตามที่ต้องการ เช่น ใช้ตัวควบคุมแบบ PID (Proportional-Integral-Derivative) หรือตัวควบคุมแบบอื่น ๆ เพื่อปรับความเร็วและตำแหน่งของโรบอทเชื่อมให้ถูกต้อง และส่วนขับเคลื่อนใช้ส่งกำลังให้กับลูกปืนหรือแบริ่ง เพื่อส่งพลังงานจากมอเตอร์ไฟฟ้าไปยังของที่ต้องการเคลื่อนที่ เช่น ใช้เฟืองเพื่อเชื่อมต่อกับเครื่องมือเชื่อมหรืออุปกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการเชื่อม จุดเด่นของระบบขับเคลื่อนนี้มักจะมีความยืดหยุ่นในการปรับแต่งและควบคุมได้ตามความต้องการของงาน เช่น สามารถปรับความเร็วเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เชื่อมได้ตามลักษณะของวัสดุที่ต้องการเชื่อมหรือตามกระบวนการที่กำหนด
- ระบบของการขับเคลื่อนหุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม ด้วยระบบไฮดรอลิก
ระบบการขับเคลื่อนหุ่นยนต์เชื่อมหรือโรบอทเชื่อมด้วยระบบไฮดรอลิก คือระบบที่สามารถควบคุมการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ให้ได้ในทิศทางต่าง ๆ ได้อย่างแม่นยำ โดยใช้น้ำมันไฮดรอลิกเป็นสื่อที่สามารถถ่ายเทความดันได้โดยง่าย เพื่อให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็ว มีความแม่นยำในการควบคุมตำแหน่งและการเคลื่อนไหวต่าง ๆ ได้ดี ระบบไฮดรอลิกในหุ่นยนต์เชื่อมประกอบไปด้วย ชุดไฮดรอลิก ซึ่งทำหน้าที่สร้างแรงเสริมการเคลื่อนที่ เช่น การเคลื่อนไหวของแขนหุ่นยนต์หรือเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการเชื่อม วาล์วควบคุมไฮดรอลิกที่ใช้ควบคุมการไหลของน้ำมันไฮดรอลิกไปยังกระบอกหรือปั้มไฮดรอลิก เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่และแรงบีบอัดที่ถูกสร้างขึ้น และเครื่องบรรจุน้ำมันไฮดรอลิกเพื่อให้สามารถเคลื่อนที่และควบคุมโรบอทเชื่อมได้ตลอดเวลา ระบบการขับเคลื่อนหุ่นยนต์เชื่อมด้วยไฮดรอลิกนิยมใช้ในงานที่ต้องการความแข็งแรงและความถูกต้องในการควบคุมการเคลื่อนที่ เช่น ในงานเชื่อมที่ต้องการความเร็วและแรงบีบอัดในการเคลื่อนที่ตามลักษณะของวัสดุที่ต้องการเชื่อม
- ระบบของการขับเคลื่อนหุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม ด้วยระบบนิวเมติก
ระบบการขับเคลื่อนที่นิยมใช้กับหุ่นยนต์เชื่อมหรือโรบอทอุตสาหกรรมขนาดเล็ก เนื่องจากเป็นระบบการขับเคลื่อนที่ไม่ยุ่งยากไม่ซับซ้อนในการทำงาน มีค่าใช้จ่ายที่ต่ำกว่าระบบไฮดรอลิกและมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งใช้พลังงานลมในการขับเคลื่อนแต่มีโครงสร้างที่คล้ายกับระบบไฮดรอลิก จุดเด่นของระบบขับเคลื่อนโรบอทเชื่อมด้วยระบบนิวเมติกอยู่ที่ระบบการทำงานที่ง่าย มีระดับความเที่ยงตรงสูง ง่ายต่อการบำรุงรักษา สามารถที่จะรักษาระดับกำลังที่ก่อให้เกิดการหมุนได้ตลอดช่วงเวลานานๆ โดยไม่ทำให้เกิดความเสียหาย เมื่อหยุดการทำงาน แต่ข้อเสียคืออาจมีกำลังน้อย จึงเหมาะสำหรับงานเชื่อมขนาดเล็กเท่านั้น
หุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม มีรูปแบบการควบคุมอย่างไรบ้าง?
- หุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม เส้นทางแบบจุดต่อจุด
การควบคุมหุ่นยนต์เชื่อมให้ทำงานในแต่ละจุดหรือตำแหน่งที่กำหนดไว้ล่วงหน้า โดยโรบอทเชื่อมจะทำงานตามลำดับขั้นตอนหรือจุดต่าง ๆ โดยที่การควบคุมจะเป็นแบบจุดต่อจุดเท่านั้น ไม่ได้มีการควบคุมต่อเนื่องหรือการเคลื่อนที่ต่อเนื่องในเส้นทางหรือรูปแบบที่ซับซ้อนมากนัก ระบบควบคุมเส้นทางแบบจุดต่อจุดมักถูกนำมาใช้ในงานเชื่อมที่ต้องการความแม่นยำสูงและควบคุมตำแหน่งเชื่อมที่ชัดเจน
- หุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม เส้นทางแบบต่อเนื่อง
การควบคุมการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เชื่อมให้เคลื่อนที่ตามเส้นทางที่กำหนดไว้ได้อย่างต่อเนื่อง โดยไม่จำกัดที่จะเป็นจุดต่อจุดเท่านั้น นิยมนำมาใช้ในงานเชื่อมที่ต้องการความยืดหยุ่นในการเคลื่อนที่และควบคุมตำแหน่งที่แม่นยำ เช่น ในงานเชื่อมที่ต้องการเคลื่อนที่ตามเส้นทางที่ซับซ้อน หรือในงานที่ต้องการการวางตำแหน่งที่แม่นยำเพื่อทำงานในพื้นที่ที่จำกัด
- หุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม ที่สามารถสร้างแนวการเคลื่อนที่เองได้
การใช้ระบบควบคุมหุ่นยนต์เชื่อมที่สามารถกำหนดทิศทางและการเคลื่อนของโรบอทเชื่อมให้ทำงานได้อย่างอิสระในทิศทางการเคลื่อนที่ที่ต้องการได้ เป็นเส้นตรง วงกลม เส้นโค้ง หรืออื่น ๆ ด้วยความแม่นยำสูงในหุ่นยนต์
หุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม แบบเซอร์โวและน็อนเซอร์โว
แนวทางในการควบคุมหุ่นยนต์เชื่อมหรือโรบอทเชื่อมในการเคลื่อนที่ขณะทำงานเชื่อม มีทั้งแบบเซอร์โวและน็อนเซอร์โว โดยการเคลื่อนที่แบบเซอร์โวจะหมายถึงการเคลื่อนที่ในแนวทางที่มีเส้นทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ควบคุมให้เคลื่อนที่ไปยังจุดต่าง ๆ เป็นไปตามตำแหน่งที่กำหนดไว้ล่วงหน้าหรือในระบบพิกัด และการเคลื่อนที่แบบน็อนเซอร์โวที่หุ่นยนต์เชื่อมไม่ได้เคลื่อนที่ในเส้นทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้าอย่างชัดเจน แต่มีความยืดหยุ่นในการปรับเปลี่ยนทิศทางและความเร็วในขณะทำงาน การเลือกรูปแบบการควบคุมเส้นทางขึ้นอยู่กับลักษณะของงานเชื่อมที่ต้องการ ถ้าต้องการความแม่นยำและควบคุมตำแหน่งที่สูง อาจจะเลือกใช้เซอร์โวและน็อนเซอร์โว ในขณะที่ถ้าต้องการความยืดหยุ่นในการเคลื่อนที่เพื่อปรับเปลี่ยนตำแหน่งหรือเส้นทางได้ตลอดเวลา อาจจะเลือกใช้น็อนเซอร์โวแทน เป็นต้น
ประโยชน์ของหุ่นยนต์เชื่อม / โรบอทเชื่อม
- เปลี่ยนงานเชื่อมยาก ๆ ให้กลายเป็นเรื่องง่าย
หุ่นยนต์เชื่อมเป็นเทคโนโลยีที่มีความทันสมัย และมีระบบการทำงานที่แม่นยำในระดับสูง สามารถคำนวณและกำหนดระยะการเชื่อม การวางทิศทางและความห่างของจุดเชื่อมได้อย่างแม่นยำ ส่งผลให้กระบวนการเชื่อมชิ้นงานด้วยโรบอทเชื่อมจะมีความรวดเร็วและแม่นยำสูงมาก โดยเฉพาะจุดเด่นของหุ่นยนต์เชื่อมจะอยู่ที่ความรวดเร็วในการสร้างผลผลิตหรือในที่นี่ก็คือผลผลิตจากการเชื่อมนั่นเอง ซึ่งจากสถิติทั่วไปแล้ว โรบอทเชื่อม 1 ตัว สามารถสร้างผลผลิตหรือเชื่อมชิ้นงานได้เทียบเท่ากับช่างเชื่อมจำนวน 2 คนครึ่ง ในเวลาเดียวกันเลยทีเดียว จึงเป็นเหตุผลที่โรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ทั่วโลกและบริษัทชั้นนำหลายแห่งมองว่าการเพิ่มหุ่นยนต์เชื่อมอย่างเดียวก็เพียงพอที่จะทำให้การปฏิบัติงานดำเนินไปได้อย่างเหมาะสมแล้ว
- ส่งเสริมทักษะที่ดีให้กับช่างเชื่อมและลดปัญหาภาวะหมดไฟในการทำงานได้
การใช้หุ่นยนต์เชื่อมช่วยทำงานเชื่อมขั้นพื้นฐานที่ซ้ำซากของช่างเชื่อม สามารถช่วยลดความเบื่อหน่ายและภาวะหมดไฟในการทำงานให้กับบุคลากรได้เป็นอย่างดี ทั้งยังช่วยให้ช่างเชื่อมที่มีทักษะสูงสามารถหันไปโฟกัสกับงานอื่น ๆ ที่ต้องอาศัยความชำนาญ ประสบการณ์ และการควบคุมโดยทรัพยากรมนุษย์แทนได้ เช่น งานระยะสั้นหรือการผลิตแบบกำหนดเอง การนำโรบอทเชื่อมมาช่วยทำงาน สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานและเป็นประโยชน์ต่อทั้งบริษัทและช่างเชื่อมในระยะยาว เพราะช่างเชื่อมจะได้ไปเรียนรู้ทักษะงานในด้านอื่น ๆ แทนที่จะต้องเสียเวลาโฟกัสงานเดิมซ้ำ ๆ ในทุก ๆ วัน
- รักษามาตรฐานการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ
หลายคนอาจจะคิดว่าหุ่นยนต์เชื่อมเข้ามาแย่งงานช่างเชื่อมแน่นอนในอนาคต ถือเป็นคำตอบที่ไม่ถูกต้องเสียทีเดียว เพราะโรบอทเชื่อมไม่ได้พัฒนามาเพื่อแทนที่แรงงานจากช่างเชื่อม แต่พัฒนาขึ้นมาเพื่อช่วยเหลือช่างเชื่อมให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น เนื่องจากช่างเชื่อมที่มีประสบการณ์จะเข้าใจในตัวสินค้า วัสดุของสินค้า องศาการเชื่อม พารามิเตอร์การเชื่อม และแก๊ส สามารถมองเห็นถึงผลของการเชื่อม ป้องกันไม่ให้การเชื่อมเกิดความผิดพลาดได้มากกว่าหุ่นยนต์ เพียงปรับเปลี่ยนบทบาทเล็กน้อย แทนที่ช่างเชื่อมที่มีทักษะสูงจะปฏิบัติงานลงแรงด้วยตัวเอง แต่ให้หันไปทำงานด้วยระบบสั่งการควบคุมโรบอทเชื่อมแทน วิธีนี้จะทำให้มาตรฐานการผลิตมีประสิทธิภาพและความรวดเร็วยิ่งขึ้นด้วย
- ยกระดับความปลอดภัยในการทำงาน
หุ่นยนต์เชื่อมไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มคุณภาพของผลิตภัณฑ์หรือคุณภาพในผลงานเชื่อมเท่านั้น แต่ยังสามารถเพิ่มระดับความปลอดภัยให้กับพนักงานได้อีกด้วย เพราะสภาพแวดล้อมการทำงานในอุตสาหกรรมการเชื่อมมักเต็มไปด้วยอันตรายที่ต้องระมัดระวังเป็นพิเศษ ทั้งความเสี่ยงต่อการบาดเจ็บจากไฟฟ้าช็อต ไฟไหม้ และควันจากกระบวนการเชื่อม หากช่างเชื่อมประมาทหรือเหนื่อยล้าก็มีความเสี่ยงที่จะเกิดอุบัติเหตุขึ้นได้ง่ายขึ้น การใช้งานโรบอทเชื่อมร่วมกับแรงงานคนจะทำให้พนักงานมีอาการเหนื่อยล้าน้อยลง ทำให้ลดความเสี่ยงต่าง ๆ ลงไปได้
- ประหยัดต้นทุนการผลิตในระยะยาวได้เป็นอย่างดี
การลงทุนติดตั้งหุ่นยนต์เชื่อมในโรงงานอุตสาหกรรมมีค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างสูง แต่หากเปรียบเทียบในระยะยาวถือว่าเป็นการลงทุนที่คุ้มค่าและไม่ได้แพงเลย เพราะเครื่องจักรเหล่านี้สามารถทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมงโดยมีเวลาหยุดทำงานน้อยที่สุด ให้ผลผลิตและประสิทธิภาพการผลิตในระดับที่สูงขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยลดความต้องการแรงงานและอุปกรณ์เพิ่มเติม ซึ่งสามารถนำไปสู่การประหยัดต้นทุนได้อย่างมากในระยะยาว ยิ่งในปัจจุบันที่เทคโนโลยีมีความก้าวหน้ามากขึ้น ราคาโรบอทเชื่อมเองก็มีราคาถูกลงขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งในอนาคตผู้เชี่ยวชาญต่างคาดการณ์กันว่า หุ่นยนต์เชื่อมจะมีราคาถูกกว่าแรงงานคนอีกด้วย
