Robotizirano zavarivanje i prevlacenje podloge (4) · PDF filepodloge za predmet robotizirano...
Transcript of Robotizirano zavarivanje i prevlacenje podloge (4) · PDF filepodloge za predmet robotizirano...
PODLOGE ZA PREDMET ROBOTIZIRANO ZAVARIVANJE I
PREVLAČENJE I IWE TEČAJ T.1.15.
Prof.dr.sc. Zoran Kožuh
Što je bio glavni motiv uvođenja robota u industrijsku proizvodnju?
profit!
Često se može čuti da su roboti uvođeni zbog 4D poslova
4D? difficulty dangerous dirty dummy
UVOD
Leonardo da Vinci, 15 st; K. Čapek; rabota, teleoperateri+numeričkiupravljani alatni strojevi, 50 te godine prošlog stoljeća, g. Devol,Unimation Inc
GENERACIJE ROBOTA
Prva generacija:
Ne snalaze se u situacijama neizvjesnostiVisokoorganizirana okolina.
Što je to situacija neizvjesnosti?Situacija za koju robot nije programiran (primjeri!)
Druga generacija:
Snalaženje u nekim situacijama neizvjesnosti-primjeri!
Jednostavne odluke (da ili ne)
Treća generacija (inteligentni roboti):
Takvi roboti sposobni su razdvojiti proces prikupljanja informacijai donošenja odluka od kasnijeg kretanja kojim se te odluke sprovode- primjeri!
OSNOVNI KINEMATIČKI POJMOVI
pokretljivost tijela u prostoru
slobodno se tijelo, prema skici može gibati na koliko načina? 6
3 translacije (pomaka) duž koordinatnih osi x,y,z, čime se postiže pozicioniranje nekog tijela u prostoru
3 rotacije (zakreta) oko koordinatnih osi sx, sy, sz, čime se omogućuje orijentacija tijela
Za slobodno tijelo čije se gibanje u prostoru određujepomoću 6 parametara, kažemo da ima šest stupnjevaslobode gibanja: f=6.
Broj stupnjeva slobode gibanja je broj slobodnih odnosno mogućih nezavisnih kretanja.
Postoje razne vrste zglobova a nekoliko jednostavnijih prikazano je na slijedećim slikama:
Broj stupnjeva slobode gibanja je krucijalni pojam u robotici.
Zašto? Zato što o broju stupnjeva slobode direktno ovisi kompliciranostzadatka (gibanja i pozicioniranja) koji robot može obaviti.
Kako kod robota odrediti broj stupnjeva slobode?
Pobrojati zglobove!
- translacijski zglob (pomak duž jedne osi) 1f=
- rotacijski zglob (zakretanje oko jedne osi) 1f=
- valjkasti zglob (zakretanje i pomak valjka unutar šupljeg valjka)
2f=
- vijčasti zglob (vezano zakretanje oko osi i pomak duž nje)1f=
-kuglasti zglob (tri neovisna zakretanja kugle unutaršuplje kugle)
3f=
KINEMATIČKE STRUKTURE ROBOTA
Prvo uvesti pojmove:
Pozicioniranja
Potpune orijentacije
Djelomične orijentacije
Pozicioniranje: dovođenje vrha hvataljke (alata) u željenu točku prostora
Potrebno ____ stupnja slobode3
Djelomična orijentacija: podrazumjeva poklapanje određene osi hvataljke,alata ili radnog predmeta sa željenim pravcem u prostoru
Potrebno __________ stupnjeva slobode5
Potpuna orijentacija (potpuno pozicioniranje): podrazumjeva postavljanje hvataljke (alata) u kutevima točno definirani položaj u prostoru
Potrebno ________stupnjeva slobode6
Robotska stanica (robot+pozicioner)
Ljudska ruka ima 32 stupnja slobode
Koliko stupnjeva slobode imaju današnji moderni industrijski roboti?
šest
Zašto nemaju više?
To je puno stupnjeva slobode, ali često poželimo još
Direktni kinematički problem ?
Inverzni kinematički problem ?
Pogoni robota
- pneumatski- hidraulički- električni
Roboti u zavarivanju – potrebne karakteristike
robot:
pozicioner (i):
postolje:
“Zavarivački” roboti moraju neophodno imati mogućnost:
- zavarivanja po pravcu
6 (5) stupnjeva slobode
0 (ili više) stupnjeva slobode
1 (ili više) stupnjeva slobode
- zavarivanja po kružnici
- višeslojnog zavarivanja
- njihanja električnog luka
- popunjavanja završnog kratera
- on line programiranja
- eksternog starta više programa
- pohranjivanja programa na medij
uz točnost od ____ mm
Ovisno o vrsti proizvoda i postupku zavarivanja.
Povoljno je ako “zavarivački” robot ima mogućnost:
- traženja radnog komada (senzor program shifting)
Samo za lasersko zavarivanje treba posebno paziti. Zašto?
Uglavnom roboti na tržištu imaju za zavarivanje zadovoljavajuću točnost
Npr. robot u laboratoriju za zavarivanje ima točnost od 0,02 mm, što je za zavarivanje više nego dovoljno
- paralelnog pomicanja (paralel shifting)
- off line programiranja
- spajanja dodatnih stupnjeva slobode
- spajanja senzora (osjetila)
-javljanja greške nedostatka zaštitnog plina (MIG/MAG zavarivanje)
-javljanja greške pregrijavanja pištolja (nedostatak tekućine za hlađenje)
Naš robot ima sve od navedenog
Koje postupke zavarivanja ima smisla robotizirati?
1. Elektrootporno zavarivanje (prvenstveno točkasto)
2. MIG/MAG zavarivanje
3. Lasersko zavarivanje
Koji postupak je najlakše robotizirati i zašto?
4. Plazma zavarivanje
4. TIG zavarivanje
Robotizirano EO točkasto zavarivanje
• Prije 1970 – Jednostavni,
samostojeći roboti za EO
točkasto zavarivanje
• 1970 – General Motors uveo
je prvu proizvodnu liniju s
robotiziranim EO točkastim
zavarivanjem
• 24 robota
• pokretna traka
• Danas-vrlo rašireni postupak
robotiziranog zavarivanja;
pogotovo u auto industriji
• Često i više od 60 robota u jednoj
proizvodnoj liniji
• više tisuća zavarenih točaka na
jednom automobilu
Potrebne komponente:
- robot za točkasto zavarivanje (spot welding robot)- pištolj za točkasto zavarivanje (spot welding gun)- uređaj za podešavanje vremena (weld timer)- uređaj za pripremu elektroda (elektrode tip dresser)- okretni zglob (spot welding swivel)
-“C-gun” – (radni cilindar je smješten na klještima)-“X-gun” – (radni cilindar nije smješten na klještima)
C-gun
Dva tipa pištolja:
C-gun
X-guns
- pneumatski ili hidraulički pištolji- pneumatski više u uporabi- hidraulička izvedba je manja, rabi se kod manjka prostora ili tamo gdje su potrebne velike sile stiskanja klješta
Okretni zglob (veza pištolj-robot)
Svi kablovi (struja, voda, zrak) su integrirani u okretni zglob; time se bitno olakšava programiranje robota
Vođenje laserske zrake
zrcalima (CO2 laseri)
optičkim vlaknom (Nd-YAG laseri)
Lasersko zavarivanje robotom (sustav laser-robot)
Vođenje zrake (laserske glave)
Povezivanje robota i lasera (sustav laser-robot)
- prvenstveno zbog povećanja fleksibilnosti i 3D obradu
Sustav CO2 laser - robot
- vanjsko vođenje laserske zrake
- unutrašnje vođenje laserske zrake
Sustav Nd-Yag laser-robot
- vođenje zrake optičkim vlaknom
Vanjsko vođenje laserske zrake
Unutrašnje vođenje zrake
Sustav Nd-Yag laser-robot; vođenje zrake optičkim vlaknom
CO2Nd-Yag
Vođenje zrake
Kompliciranost
Fleksibilnost
Snaga
Izvedba
Trajnost
Održavanje
Sigurnost rada
Cijena po kW
3D obrada
Programiranje
zrcala optičko vlakno
vrlo velika mala
mala velika
velika mala
nije jednostavna jednostavna
velika velika
komplicirano jednostavno
veća manja
manja veća
teško lako
teško lako
Usporedba povezivanja CO2 i Nd-YAG lasera s robotom
PROGRAMIRANJE ROBOTA
Osnovne metode (vrste) programiranja robota:
Također unutar navedenih osnovnih metoda programiranjapostoje daljnje podjele npr.:
- on-line programiranje- off-line programiranje- hibridno (mješano) programiranje
- “teach in” metoda- izravno programiranje- indirektno programiranje- programiranje kretanjem po stazi- programiranje postavljanjem na točku- programiranje sa senzorskom podrškom- makroprogramiranje- grafičko programiranje- programiranje orijentirano zadatku- programiranje orijentirano pokretu
On-line programiranje
- Programiranje se vrši na radnoj poziciji robota
Najčešće spominjana i upotrebljavana metoda je tzv. “teach in” metoda programiranja (učenje robota)
Teach in metoda dijeli se na:- izravno učenje- neizravno učenje
- izvodi se tako da operater ručno pomiče ruku robota preko željenih točaka u prostoru
Izravno učenje:
- Robot za vrijeme programiranja ne može obavljati proizvodnu funkciju
- pozicije tih točaka pohranjuju se u memoriju što omogućuje kasnijekretanje robota po stazi definiranoj tim točkama
- danas je to vrlo rijedak način programiranja robota
Neizravno učenje:
-robota se pomoću kursorskih tipki ili joysticka pomiče preko željenih točaka u prostoru
-kursorske tipke, odnosno joystick smještene su na “teach pendantu” (-privjesak za učenje)
-uz kordinate navedenih točaka u memoriju se pohranjuju i željeni parametri gibanja (linear, jog mode, circle...)
-kod zavarivačkih robota u memoriju se pohranjuju i parametri zavarivanja
-neizravno učenje je najčešći način programiranja tako ga se uobičajeno naziva “teach in” metoda učenja, odnosno on-line metoda programiranja se izjednačuje sa “teach in” metodom
Blok dijagram “teach-in” programiranja:
Prednosti i mane on line programiranja ?
- nije potrebna nikakva dodatna nabavka softwera i hardwera - lako se uči- nije potreban visokoobrazovani kadar
- robot za vrijeme programiranja ne može obavljati proizvodnu funkciju- kod više robota u pogonu to je dugotrajna metoda
Off-line programiranje
- programiranje se vrši na mjestu neovisnom o robotu
- nije moguće unaprijed programirati robota za zavarivanje radnih komada prema nacrtu
-3D simulacija robotske stanice, radnog komada, robota i njihovog gibanja (virtual reality)
- vrši se pomoću specijaliziranog softwera na računalu odgovarajućih karakteristika (npr. ROBCAD software i radna stanica Silicon Graphics)
Faze off-line programiranja:
- 3D konstruiranje i kalibriranje robotske stanice (radi se samo jednom)
Prednosti i mane off line programiranja ?
- potrebna je dodatna nabavka softwera i hardwera (vrlo skupo!)- potrebno je puno vremena za osposobljavanje programera (program je puno kompliciraniji od npr. AutoCada)- potreban je visokoobrazovani kadar
- robot za vrijeme programiranja može obavljati proizvodnu funkciju- moguće je unaprijed programirati robote za zavarivanje radnih komada prema nacrtu - moguće je prije samog procesa zavarivanja izvršiti simulaciju zavarivanja sa svim radnim vremenima (virtual reality)- moguća je jednostavna provjera na koliziju (sudar robota s nečim iz okoline)
- 3D konstruiranje radnog komada (za svaki komad posebno; moguć uvoz AutoCad datoteka)
- programiranje robota (prema radnom komadu-nacrtu)
Hibridno (mješano) programiranje
Dio programa vezan za operacijski tok se generiraoff-line, a dio programa koji je vezan za gibanje robotau prostoru generira se on-line
Kod ove metode potrebno je robota pomoću privjeska za učenjeprevesti preko željenih točaka, zapamtiti im pozicije (on-line diomješane metode), te nakon toga na računalu koje je ili nijeizravno povezano s robotom, uz zapamćene pozicije točakaizraditi program za zavarivanje (off-line dio mješane metode)
Programiranje kod kojeg se program napisan pomoću teach-in metodeprebaci na računalo gdje se uz korištenje nekog od programskih paketa(npr. IPAS) modificira, također pripada u hibridno (mješano) programiranje
Takvim načinom programiranja robot je kraće vrijeme zauzet nego kodon-line programiranja, ali se zahtjeva dodatni software i hardware (punojeftiniji nego kod off-line programiranja!), a vrijeme učenja programiranjaje nešto dulje nego kod on-line, a puno kraće nego kod off-line programiranja.
!!! IMPORTANT !!!
- Always keep your eye on the robot and never stand with your back towards the robot
- Special care is required when entering the working area of the robot. Never enter the working area of the robot if
the latter is in the automatic operation mode
- If the axes are stationary this does mean that the robot is not in operation. Even when the lights of the drive switches are off, the drives could still be switched on (Lights could
be defective)