Aplicatii ale Tehnologiilor Laser Si Palpatoarelor Pentru Proceduri de Aliniere a Ansamblurilor Sistemelor Flexibile din Industrai Auto

Teza doctorat

Aplicatii ale tehnologiilor laser si palpatoarelor pentru proceduri de aliniere a ansablurilor sistemelor flexibile din industrai auto

Prefață.

Scopul acestei lucrări este de a observa tendințele și necesitățile privind calitatea dispozitivelor de sudură/nituire dintr-o linie de asamblare a caroseriei auto. Industira auto fiind într-o continuă modernizare și automatizare a liniilor de asamblare s-a dorit să se facă o cercetare asupra posibilității verificării și alinierii automate a dispozitivelor de fixare ale caroseriei, folosind tehnologiile laser și palpatoarelor.

Firma GMAB Consulting, este o firmă producătoare de dispozitive de fixare pentru industria auto. Ea dispune și de echipamentele necesare pentru punerea în funcțiune a unei linii tehnologice furnizănd soliții tehnice privind proiectarea, simularea virtuală și manufacturarea a unei celule sau a unei linii de asamblare, cât și implementarea ei (folosind echipamente de măsurare laser).

În ultimii patru ani autorul acestei teze a fost implicat direct în alinierea cu laser a mai multor linii tehnologice în cadrul mai multor firme producătoare de automobile (exemplu Dacia, Jaguar, Land Rover).

Pe fluxul de producție apar deformări frecvente ale dispozitivelor de fixare a caroseriei, care duce la deformarea caroseriei. Deformarea caroseriei se observă doar la ultima stație de lucru unde aceasta se măsoară. Astfel că e foarte greu să se afle zona în care s-a produs deformarea, iar pe această cale se încearcă o verificare periodică și automatizată a celulelor flexibile de asamblare.

Autorul dorește să își exprime îm mod special mulțumirile pentru implicarea în mod direct și indirect la realizarea acestei teze a domnului Peretz Florian, cel care m-a îndrumat spre acest domeniu nou de activitate (măsurători 3D) și a oferit mijloacele materiale din cadrul firmei GMAB Consulting pentru a realiza cercetarea. Deasemenea autorul deorește să își exprime mulțumirile domnului profesor Ganea Macedon și a domnului profesor Mihăilă Ioan pentru îndrumarea ștințifică la realizarea lucrării și a colectivului din cadrul laboratorului de Fabricație Flexibilă al Universității Oradea. Autorul dorește să iși exprime recunoștința și inginerilor Jejeran Thomas și Țicărat Sebastian pentru ajutorul acordat la realizarea modelului 3D. Speciale mulțumiri le sunt adresate soției Ana și familiei pentru sprijinul moral.

Capitolul I. Introducere.

Într-o societate în care consumul a crescut tot mai mult și pretențiile omeniiri au crescut tot mai mult, astfel se impune acordarea unei atenții deosebite asupra calității și preciziei produselor. Pentru a asigura un viitor cât mai îndelungat produ-sului se impune implementarea unor reguli și standarde de calitate ridicate. În cazul industie auto, se impun un set de reguli și standarde ridicate la sudarea caroseriei auto, care trebuiesc respectate de către producătorii de dispozitive de sudură. Indiferent de producator aceste regulile și standarde care se impun trebuie să fie respectate pentru a putea obține caroserii de calitate din punct de vedere al fiabilității, siguranței și nu în ultimul estetic.

În general orice mașină sau aparat este format din ansamble, subansamble și organe (piese) componente. De obicei procesul de proiectare se realizează de la general la particular, iar procesul de execuție în sens invers, de la particular la general. Se execută piesele simple care se montează în subansambluri și ansambluri din care rezultă mașina respectivă.

Procesul de montare constă din asamblarea pieselor astfel încât suprafețele cu aceeași formă geometrică să vină în contact sau dimensiunile lor să dea anumite rapoarte prestabilite.

În faza de proiectare se cunoaște faptul că modelul fizic, respectiv piesa prelucrată nu va fi ca modelul teoretic din proiectare, și astfel se dau niște toleranțe admisibile și raționale care se trec pe desenul piesei. Toleranțele trebuiesc să fie admisibile pentru a corespunde condițiilor normale de funcționare și raționale pentru a fi realizate la un cost minim.

În procesul de fabricație se folosesc metode, utilaje și dispozitive care nu sunt perfecte, astfel piesele prelucrate se obțin cu abateri de la dimensiunea, forma geometrică, microgeometria dată pieselor prin desenele de execuție.

În practică, datorită imperfecțiunilor inerente ale mijloacelor de producție (dispozitive de prelucrare, mașini unelte, scule sau dispozitive de control) este greu să se realizeze o concordanță deplină între piesa reală obținută prin prelucrare, care compune aceste dispozitive de fixare, și modelul teoretic al acesteia, descris în documentația tehnică.

În aceste condiții se impune noțiunea de precizie de prelucrare prin care se înțelege gradul de realizare a acestei conconrdanțe. Prin precizie se înțelege gradul de apropiere dintre valorile parametrilor urmăriți ai produsului final în raport cu cei fixați prin documentația tehnică elaborată prin standarde. Prin precizia de prelucrare se înțelege gradul de apropieren dintre valorile parametrilor geometrici ai piesei finite (obținute la prelucrare) și valorile acesteia prin desenele de execuție sau montaj și prin condițiile tehnice.

Precizia prelucrării pieselor și precizia asamblării acestora în produse finite este dată de:

precizia dimensiunilor pieselor (dimensiuni liniare sau unghiulare);

precizia formelor geometrice a componentelor;

precizia de poziționare, orientare și bătaie a suprafețelor.

Realizarea pieselor cu abateri care să se încadreze în limitele toleranțelor admise stabilite la început (proiectare), pe baza unor criterii de ordin constructiv, funcțional și economic, reprezintă o condiție indispensabilă, pentru asigurarea calității și fiabilității produselor. Verificarea acestor încadrări în limitele prescrise de documentatia tehnica se face prin măsurători efectuate în diferite faze ale procesului de prelucrare prin intermediul tehnicilori de măsure a lungimilor, care includ totali-tatea proceselor de măsurare a dimensiunilor liniare și unghiulare a caracteristicilor suprafetelor rezultate din prelucrare.

Industiria auto este o industrie dinamică, care evoluază seminificativ de la an la an. Este o industrie care afectează și celelate ramuri ale industriei, ducând la creșterea sau scăderea lor în funcție de dinamica industriei auto.

Dacă privim la prima linie de asamblare folosită de către Henry Ford pentru a produce modelul T, vom vedea cât de importantă a fost această inovație aplicată in producția de masă a automobilelor. Nu Henry Ford a fost cel care a inventat liniile de asamblare, el s-a inspirat de un abator din Chicago, unde carcasa de vită era așezată în cârlige pe un conveior și era adusă pentru tranșare la măcelari. Acești făceau aceiași operație și nu trebuia să se deplaseze pentru a tranșa carcasa de vită, această linie era numită „linie de dezasamblare” pentru că se făcea operația inversă, adică se descompunea un întreg în bucăți.

Scopul lui Henry Ford a fost acela de a aduce mașina în casele cetățeanul de rând. Nu doar că Henry Ford a realizat acest obiectiv, dar moștenirea lăsată de el încă mai are efecte și în ziua de azi. Prima linie de asablare Ford din Highland Park – Michigan, a fost extrem de dură pentru muncitori. În figura 1.1 este prezentată linia de asamblare a vonatei magnetice în 1913, unde muncitorii montau magneți in formă de ”V” pe volanta modelului T. Fiecare muncitor monta doar o parte din aceasta, iar apoi o împingeau pe linie la următorul muncitor.

Figura 1.1 – Linia de asamblare a volantei magnetice de la Ford Motor Company

Highland Park Plant, 1913 [30]

Liniile de asamblare a schimbat lumea drastic la fel cum acestea au fost schimbate de către omenire, încă de la începuturile ei. Această tehnologie a pus oamenii împreună pentru a lucra ca un grup în vederea relizării unui scop comun. Linia de asamblare folosită de Ford a dus ca timpul de asamblare a unei mașini să scadă de la 12 ore și 30 de minute la 5 ore și 50 de minute, iar în urma îmbunătățirilor aduse liniei de asamblare, în 1914 a ajuns să se asambleze o mașină în doar 93 de minute [30].

Ford a schimbat continuu procesul de producție al modelului T. În cadrul firmei de automobile Ford în mod constant erau examinate și revizuite următoarele: proiectarea componentelor mașinii, materialele din care erau făcute acestea, locația fabricilor, planul de amplasare al clădirilor în fabrică, planul de amplasare al utilajelor în clădiri, proiectarea utilalajelor și chiar munca depusă de fiecare muncitor. Toate acestea se făceau doar ca să se obțină o mașină la un cost cât mai scăzut și să se mărească numărul de mașini fabricate pe zi. Pe linia de asamblare finală se aducea șasiul pe care se monta cadrul mașinii, osiile mașinii, rezervorul de combustibil, motorul, bordul cu componetele sale, roțile, radiatoarele și apoi caroseria exterioară. Toate se montau în această ordine ca să dea ca rezultat un automobil gata de rulare. Experimentele lui Ford la această linie au început în anul 1913 și au continuat și în anul următor, la început inginerii au încercat în a combina număr diferit de muncitori cu timpi diferiți pentru aducerea materialelor. Uneori s-a tras șasiul cu o frânghie pe un troliu sau se împingea șasiul având montate roțile. La începutul anului 1914 a fost pusă în funcțiune o linie de asamblare bazată pe lanț. Până la mijlocul anului 1914 Ford folosea trei linii paralele de asamblare în mișcare (figura 1.2).

Figura 1.2 – Linia de asamblare de la Ford, Modelul T, de la Highland Park Plant, 1914 [30]

Figura 1.3 prezintă finalul liniei de asamblare, unde se montează roțile și radiatorul. Radiatorul vine pre-asamblat din altă parte a fabricii pe un conveior și apoi lăsate să alunece pe o rampă la muncitor, la fel vin roțile cu caciucurile montate și umflate.

Figura 1.3 – Linia de asamblare a caroseriei de la Highland Park Plant, 1914 [30]

Acest lucru a făcut să scadă prețul mașinilor produse de Ford Model T de la 875$ (în anul 1908) la 360$ (în anul 1916). Până în anul 1908 vânzările ajunseră la 250.000 bucăți, iar odată cu scăderea prețului în 1916 să se vândă peste 400.000 de exemplare.

Liniile de asamblare moderne păstrează acest principiu dezvoltat de Ford, aducându-se continuu îmbunătățirii considerabile, facând din acestea celule fexibile tot mai complexe. Odată cu dezvoltarea roboților industriali aceste linii au fost automatizate și perfecționate. În cazul liniilor de asamablare a caroseriei (sudură în puncte sau nituire) folosirea roboților a ajuns să fie o necesitate. Mari producători de automobile folosesc linii automatizate și semiautomatizate pentru asamblarea caroseriei auto.

În figura 1.4, figura 1.5 și figura 1.6 sunt expuse diverse linii moderne de asamblare automată din diferete fabrici constructoare de mașini.

Figura 1.4 – Roboți de sudură într-o fabrica de automobile [31]

Figura 1.5 – Roboți de sudură pe o linie de asamblare [31]

Figura 1.6 – MLADA BOLESLAV, Republica Cehă: Skoda Auto – Porți deschise la 20 Ani de la asocierea cu Grupul Volkswagen, 16 Aprilie 2011 [31]

Caroseria mașinii trebuie să fie fixată pentru ca punctele de sudură să fie date de către robot în același locuri. Pentru centrarea caroserie se folosesc cilindri, care intră în găurile din caroserie și suprafețe de așezare, care asigură aceiași așezare în înălțime a caroseriei. În funcție de numărul de puncte de sudură care pot fi date la un moment dat pe un astfel de dispozitiv (numit underbody), linia poate să conțină un număr mare de dispozitive, care trebuiesc să fie identice (figura 1.4 și figura 1.5). În figura 1.6 se asablează cadrul lateral al mașinii, formată din cadrul lateral interior (denumită inner body) și cadrul lateral exterior (outer body).

În cazul sudării sau nituirii caroseriilor auto, pentru a aveau o caroserie conform cerințelor clientului trebuiesc proiectate dispozitive de asamblare care să confere o geometrie adecvată pentru a nu deforma caroseria. Geometria dispozitivele de asamblare este dată de geometria subansamblelor și a pieselor care sunt executate după tăierea cu tabla (caroseria mașinii). Aceste dispozitive trebuiesc să aibă ergonomie atât în cazul sudării manuale (exemplu sudarea caroseriei în cazul caroseriei DACIA) cât și în cazul sudării robotizată (exemplu sudarea caroserie Mercedes, Volvo, BMW, Ford, Land Rover etc.) sau a nituirii robotizate (exemplu nituirea caroseriei Jaguar/Land Rover).

Capitolul II. Stadiul actual și obiectivele tezei

Deschiderea de noi piețe la nivel mondial și creșterea capacității de producție a automobilelor au stimula competivitatea fabricilor de automibile. Pentru industria constructoare de automobile calitatea se reflectă în clienți mulțumiți în relație cu produsul și serviciile oferite. Acest lucru face ca fiecare secție, departament sau activitate din cadrul industirei auto să aibă aceiași filosofie pentru a satisface clienții interni pentru a genera piese și componente de calitate.

Hala de asamblare a caroseriei (numită body shop) unde se realizează sudarea/nituirea caroseriei (denumită body in white) și asubansamblelor ei este responsabilă pentru asigurarea și garantarea dimensiunilor și geometriei finale a autoturismului, făcând astfel posibilă asamblarea finlă a părților mecanice, tapițerie, habitac, a componentelor de confort și siguranță cu un nivel de calitate ridicat acceptat în întreaga lume. Diversitatea proceselor din hala de asamblare face ca sistemul de producție să fie foarte greu de evaluat și să se facă control al calității și control dimensional. Din acest motiv se caută în mod constant noi metode și aplicații în controlul calității care fiind aplicate corect să garanteze un proces stabil, în para-metrii stabiliți, reducând variațiile și pierderile în procesul de producție. Prin aplicarea conceptului de pre-control dimensiunional al subansamblelor caroseriei se pot identi-fica deformările care apar în procesul de asamblare a caroseriei în anumite zone mai sensibile și care impun o atentie mai sporită. Pre-controlul dimensional arată că există anumite cunoștinte despre posibile deformări din aceste zone și aceste cunoștințe trebuiesc folosite pentru dezvoltarea unor proceduri care să elimine aceste deformări din cadrul asamblării caroseriei.

Definirea principiului de aliniere cu laser al dispozitivelor de asamblare a caroseriei auto

Datorită condițiilor geometrice impuse la construirea dispozitivelor de asam-blare, acestea trebuiesc aliniate și reglate în conformitate cu geometria caroseriei.

Pentru o reprezentare corectă a elementelor de caroserie în poziția lor reală față de autoturism a fost adoptată convenția de reprezentare față de un sistem de coordonate absolut, cu origine comună pentru fiecare element de caroserie și cu aceeași orientare a axelor. Această convenție ne conduce la următorul rezultat: având sistemul de coordonate absolut al autovehiculului stabilit într-un punct arbitrar (definit pentru fiecare producător/beneficiar în parte) și având fiecare element de caroserie modelat în poziție corectă față de acest sistem, prin asamblarea diferitelor elemente de caroserie (suprapunând sistemele individuale peste cel absolut) obținem practic o caroserie completă, așa cum arată ea în realitate.

Unul din elementele principale într-un sistem de măsurare este partul de referință sau sistemul de localizare. Indiferent de tehnologia de măsurare folosită, aproape toate punctele măsurătorilor sunt relaționate la un sistem de puncte de referință alea partului (elementul de caroserie) descrise în desenele de dimensionare și toleranțe geometrice.

Acest sistem de date oferă un sistem de referință pentru toate suprafețele partului și componente folosind coordonatele caroseriei. În figura de mai jos (figura 2.1) ilustrează sistem tipic de coordonate pentru o caroserie [13]. Acest sistem înlocuiește denumirile tradiționale ale direcțiile lui X, Y, Z cu front/rear (X), in/out (Y), și up/down sau high/low (Z).

Figura 2.1 – Sistemul de coordonate al unei caroserii [13]

Originea sistemului de coordonate este prestabilită pentru fiecare proiect în puncte precis definite, în funcție de producătorul autovehiculului. În majoritatea cazurilor însă originea este aleasă în punctul din mijlocul axei față a autovehiculului iar orientarea axelor X,Y și Z în toate cazurile cunoscute respectă orientarea celor de mai jos (regula mâine drepte).

Definirea parametrilor de precizie care se soluționează prin procedura de aliniere cu laser

In desenele de execuție ale pieselor se sugerează prin simboluri și reprezentări grafice formele și dimensiunile suprafețelor ideale sau geometrice. Procedeele tehnologice utilizate în mod practic la executarea pieselor conduce inevitabil la obținerea unor suprafețe reale diferite de cele geometrice. În categoria abaterilor de formă se includ numai abaterile ce apar la macrogeometria suprafețelor și sunt repetabile la intervale comparabile cu dimensiunile de gabarit ale pieselor.

Principalele cauze generatoare de abateri de formă sunt: imperfecțiunile mașinilor-unelte, imperfecțiunile de construcție și poziționare ale sculelor, deformațiile elastice în sistemul sculă – piesă – dispozitiv – mașină, neuniformitatea procesului de așchiere ca urmare a variației adaosului de prelucrare sau avansului, uzura progresivă a sculelor etc.

Abaterea reprezinta diferenta dintre profilul real al piesei și dreapta adiacentă acesteia. Dreapta adiacentă (suprafața adiacentă, planul adiacent, cercul adiacent) este dreapta (suprafața, planul, cercul) tangentă la profilul real și așezată astfel încât distanța maximă între profilul real și aceasta să aibă valoarea cea mai mică posibilă.

Toleranta de forma este zona determinata de abaterea limita de forma. Toleranța de formă este egală cu abaterea superioară de formă (abaterea inferioară fiind egală cu zero).

Datele privind toleranța de formă se înscriu într-un cadru de toleranță.

Clasificarea abaterilor:

Abateri de formă

Abateri de orientare

Abateri de poziție

Abateri de bătaie

Măsurarea abaterilor de la rectilinitate și de la planitate

Abaterea de la rectilinitate se definește ca distanța minimă dintre un profil adiacent și profilul efectiv, masurată în limitele lungimii de referință (de măsurat), (figura 2.2). Toleranța de la rectilinitate (TFR) este valoarea maximă admisă a abaterii de la rectilinitate.

Figura 2.2 – Abaterea de la rectilinitate

Abaterea de la planitate se consideră distanța maximă dintre un plan adiacent și suprafața plană efectivă masurată în limitele suprafeței de referință (de măsurare), figura 2.3.

Abaterea de la planitate se mai poate considera ca abaterea de la rectilinitate măsurată în orice direcție.

Toleranța la planitate este valoarea maximă admisă a abaterii de la planitate. Zona de toleranță la planitate este cuprinsă între planul adiacent și un plan paralel cu acesta, aflat la distanță egală cu toleranța la planitate.

Figura 2.3 – Abaterea de la planitate

În figura de mai jos sunt prezentate simbolurile și înscrierea în desen a abateri de formă de la rectilinitate (figura 2.4 A) și abaterea de formă de la planeitate (figura 2.4 B). Interpretarea toleranței de la rectilinitate din figura 2.4A este următoarea: valoarea 0,02 reprezintă cea mai mare distanță admisibilă dintre profilul real și dreapta adiacentă; iar interpretarea toleranței de la planeitate din figura 2.4B este următoarea: valoarea 0,05 reprezintă cea mai mare distanță admisibilă dintre suprafața reală și planul adiacent.

Figura 2.4 – Abaterea de formă:

A. abatere de la rectilinitate; B. abatere de la planeitate

Măsurarea preciziei de poziționare geometrică

Poziția unor elemente geometrice (suprefețe, axe, plane de simetrie etc.) în raport cu anumite baze de referință (care pot fi alte elemente geometrice: suprafețe, axe, plane de simetrie) poate fi afectată de abaterile de la poziția precisă (față de modelul teoretic considerat).

Prin poziție nominală se înțelege poziția elementelor geometrice determinată prin dimensiuni (liniare și unghiulare) nominale, față de baza de referință. Poziția nominală joacă rolul de poziție zero (în comparație cu linia zero), față de care se consideră abaterile de poziție.

Abaterea limită de poziție este valoarea maximă (pozitivă sau negativă) admisă, din punct de vedere funcțional, față de poziția nominală.

Toleranța de poziție este zona determinată este zona determinată de abaterile lomită admise, determinată de diferența între abaterea limită superioară admisă și abaterea limită inferioară admisă. Se întâlnesc două categorii de toleranțe:

toleranță de poziție independentă, cănd mărimea toleranței de poziție depinde numai de abaterile limită de poziție.

toleranță de poziție dependentă, când mărimea toleranței de poziție depinde atât de abaterile limită de poziție prescrise, cât și de alte abateri dimensionale efective ale altor elemente de care depind.

Amintim diferite abateri de formă, poziție și orientare existente (standardizate):

Abaterea de la poziția nominală, care poate avea următoarele cazuri:

abaterea de la poziția nominală a unei drepte sau a unei axe (care este distanța maximă dintre dreapta adiacentă sau axa adiacentă și pozița nominală a dreptei, respectiv a axei considerate);

abaterea de la poziția nominală a unul plan sau a unui plan de simetrie (care este distanța maximă dintre planul adiacent sau planul de simetrie a unei suprafețe adiacente și poziția nominală a planului, respectiv a planului de simetrie).

Abaterea de la coaxialitate și concentricitate, care au următoarele cazuri:

abaterea de la coaxalitate (necoaxalitate), care este distanța maximă dintre axa suprafeței adiacente considerate și axa dată ca bază de referință, măsurată în limita lungimii de referință.

excentricitatea (dezaxarea), care este un caz particular, cand axele suprafețelor enunțate anterior rămân paralele.

necoaxalitatea unghiulară, când axele suprafețelor sunt concurente.

necoaxalitatea încrucițată, când axele sunt încrucișate

abaterea de la coaxalitate, este distanța de la centru cercului adiacent și baza de referință

Abaterea de la simetrie, este distanța maximă între plane (axele) de simetrie ale elementelor adiacente și elementele de bază considerate, cu toleranță de simetrie.

Abaterea de la intersectare (neintersectare), este distanța maximă dintre două

drepte adiacente sau dintre două axe, care în poziția normală trebuie să fie concurente, cu tolerantă la intersectare.

Abaterea de la paralelism (neparalelism), cu toleranța de paralelism, are următoarele cazuri:

abaterea de la paralelism a două drepte într-un plan

abaterea de la paralelism a două în spațiu.

abaterea de la paralelism a două plane

abaterea de la paralelism dintre un plan și o suprafață de rotație.

Abaterea de la perpendicularitate (neperpendicularitate), cu toleranța de per-pendicularitate are următoarele cazuri concrete:

abaterea de la perpendicularitate dintre două drepte, două suprafețe de rotație sau o suprafață de rotație și o dreaptă.

abaterea de la perpendicularitate a unei drepte sau unei suprafețe de rotație față de un plan.

Abaterea de înclinare, cu toleranța de înclinare are următoarele cazuri:

abaterea de la înclinare dintre două drepte sau suprafețe de rotație

abaterea de înclinare a unei drepte sau a unei suprafețe de rotație față de un plan.

abaterea de înclinare a unui plan față de o dreaptă, o suprafață de rotație sau un plan.

Toleranțe de poziție. Sunt date prin STAS sau de cerințele beneficiarului (producătorului de autoturisme, în cazul nostru).

În figurile de mai jos sunt reprezentate simbolurile și înscrierile în desen a următoarelor abateri: abaterea de la concentricitate și coaxialitate (figura 2.5), abaterea de la simetrie (figura 2.6), abaterea de la circularitate (figura 2.7), abaterea de înclinare (figura 2.8), abaterea de la perpendicularitate (figura 2.9), abaterea de la paralelism (figura 2.10) și abaterea de poziție de la poziția nominală (figura 2.11).

Figura 2.11 – Abaterea de poziție de la poziția nominală.

Interpretarea toleranțelor înscrise mai sus este următoarea:

Axa cilindrului cu diametrul ø20h8 trebuie să rămână în interiorul unui cilindru de ø0,02 care are axa comună cu a cilindrului ø15h6 ales ca referință.

Planul de simetrie al canalului trebuie să rămână cuprins între două plane paralele distanțate cu 0,05 și dispuse simetric în raport cu planul de simetrie al cilindrului.

Valoarea de 0,05 reprezintă cea mai mare distanță radială admisibilă dintre profilul real și cercul adiacent.

Valoarea de 0,05 reprezintă cea mai mare distanță admisibilă între suprafața de verificat și planul B înclinat cu 45° în raport cu axa suprafeței A.

Valoarea de 0,05 reprezintă cea mai mare distanță admisibilă între suprafața reală și planul B perpendicular pe suprafața de referință A aleasă.

Valoarea de 0,05 reprezintă cea mai mare distanță admisibilă între suprafața reală și planul B paralel cu suprafața de referință A aleasă.

Axa unei găuri trebuie să fie în interiorul unui cilindru de poziție ideal, care are diametrul egal cu toleranța de poziție (0,05). Axa unei găuri nu se poate abate cu mai mult de 0,025 de la poziția teoretică definită de cotele încadrate.

Definirea noțiunii de flexibilitate și contextul de fabricație flexi-bilă la asamblarea caroseriei

Sistemul flexibil de fabricație (SFF) reprezintă un sistem evoluat de fabricație nu numai pentru că este ultimul concept elaborat, în timp, în domeniul producției bunurilor materiale ci, mai ales, prin faptul că determină o îmbunătățire tranșantă a economicității procesului de producție, în condițiile în care aceasta este orientat spre necesitățile de bunuri reale și predominante ale societății umane, adică bunuri larg diversificate tipologic care se produc în cantități mici.

De multe ori se face o asociere între fabricația fexibilă și prezența roboților în sistemele de fabricație. Acesta este un adevăr incomplect, robotul fiind mai degrabă un vestitor decât piatra unghiulară a automatizării moderne. Roboții industriali au deschis o eră nouă în istoria tehnicii netezind drumul spre automatizarea flexibilă și, pe această bază, spre fabricația flexibilă.

Roboții industriali reprezintă doar unul dintre filioanele care alimentează substanța conceptului actual de fabricație flexibilă și suportul ei material: sistemul flexibil de fabricație. La aceasta se adaugă calculatorul electronic, comanda după program al mașinilor unelte și tehnologia de grup, fiecare având în spate o istorie proprie, o direcție și un ritm propriu de dezvoltare. Unitatea organică dintre acestea, stăpânită prin intermediul teorie sistemelor, a generat o cumulație în fabricația bunurilor materiale care prefigurează viitorul acestui domeniu: sistemul flexibil de fabricație.

În anul 1958 se realizează primul sistem flexibil de fabricație în SUA (Hughes Aircraft CO). Cu această ocazie se formulează pentru prima dată definiția unui SFF, după care vor mai apărea și alte defeniții. SFF fără operatori umani au devenit operaționali după anul 1983 în SUA, Japonia, URSS, Germania, Franța și Italia.

În problematica fabricației apare o demarcație între fabricația „în modul” și fabricația „în sistem”. Fabricația în modul este fabricația clasică, pe mașini unelte fără legătură între ele. Fabricația în sistem presupune gruparea utilajelor cu funcțiuni în general diferite, pentru a realiza un anumit preces. Procesul este factorul care defi-nește sistemul și-l menține în coerență. Perturbațiile în funcționarea componentelor se repercurtează asupra întregului proces în ansamblu. Există diferențe semnificative între cele două viziuni. Astfel la fabricația de tip modul principalele probleme de concepție sunt legate de construcția și funcționarea modului, pe când la fabricația în sistem, probleme de concepție sunt concentrate pe automatizare și flexibilitate. Și criteriile de optimizare sunt diferite, la fabricarea în modul se urmărește maximizarea performanței modului sau reducerea costului săula aceiași performanță, iar la fabrica-ția în sistem se urmărește economia procesului pe care îl materializează sistemul.

Stabilirea tipului de fabricație în modul sau sistem și genul de sistem care este cel mai potrivit, pornește de la natura sarcinii de producție descrisă de obicei prin criteriile:

capacitatea de producție necesară;

volumul de producție anual;

gradul de asemănare a iterațiilor tehnologice pentru produsele care constituie sarcina de producție;

diversitatea tipologică a produselor din sarcina de producție.

Existența unor tipuri diferite de produse, în sarcina de producție a unui sistem, activează una din cele mai studiate proprietății ale sistemelor de fabricație: flexibilitatea.

În ultimii 20-30 de ani, flexibilitatea a devenit o dominată în studiul sistemelor de fabricație. Această importanță și-a dobândit-o în concordanță cu diversificarea tot mai accentuată a cererii de bunuri materiale și acuțiunea unor comandamente economice din ce în ce mai exigente în spațiul fabricației.

Flexibilitatea în sens restrâns, înțeleasă ca și capacitatea de adaptare a sistemelor flexibile la variația sarcinii de fabricat, nu este o noțiune nouă, ea fiind specifică și fabricației pe mașini universale. Actualitatea acestui concept constă în termenii în care se pune problema azi: adaptabilitate în condiții economice, adică în condițiile creșterii productivității muncii. Aceste condiții sunt asigurate de automatiza-re și robotizare, așa s-a ajuns la conceptul de automatizare flexibilă.

Aproximativ 250 ~ 300 componente de caroserie obținute prin presare sunt aduse de la furnizori sau din producții proprii în departamentul de asamblare a caroserie. Subansamble de caroserie presată sunt asamblate în general prin sudare în puncte și alte metode care realizează într-o secvență planificată pe număr de stații. Unele subansamblele sunt efectuate în celule de fabricație off-line și apoi aduse în locații adecvate pentru linia de asamblare principală. În figura 2.12 e prezentată caroseria auto împărțită pe subansamble.

Figura 2.12 – Caroserie auto împărțită în subansamble.

Figura 2.13 [18] prezintă un aspect un tipic al unei departament de asamblare prin sudare a caroseriei. Partea față (front end), partea spate podea (rear floor), și podea față (front floor) sunt transportate la linia de asamblare a șasiului caroseriei, unde toate acestea sunt sudate împreună într-o ordine bine stabilită pentru a forma structura de podea a caroseriei. Șasiului este apoi transferat la principala stație de asamblare a caroserie. Partea dreatpă și stângă a caroseriei sunt aduse din lateral la stația principală sudură a caroseriei, după finalizarea tuturor operațiunilor de subansamblare în linii separate. O preasamblare a structurii caroseriei se efectuează pe dispozitiv special. La aceeași stație sau la cea următoare, se adaugă acoperișul pentru a forma caroseria (figura 2.14) [18]. Ulterior, ușile față/spate, aripile față, capota și părți de hayon sunt aduse pentru a finaliza caroseria automobilului. Dacă este necesar, pot fi adăugate linii de finisaj pentru unele reparații minore apărute pe liniile de asamblare a caroseriei, înainte ca acesta să fie dusă la vopsitorie.

Figura 2.13 – O descriere tipică a unui departament de asamblare caroserie [18]

Figura 2.14 ilustrează cateva secvențe în procesul de asamblare a suban-samblelor prin sudure/nituire a caroseriei principale.

Figura 2.14 – O secvență tipică a linie de asamblare și sudare a caroseiei

În figura 2.15 este prezenta scheletul unei caroserii care a iesit pe pe linia de sudare/nituire, la aceasta pe linia de asamblare a părților mobile se montează ușile, capota și capacul portbagaj.

Figura 2.15 – Un schelet tipic de caroserie asamblată

De obicei, un departament de sudare a caroseriei acoperă activități complexe de la fixarea în dispozitive de sudură, sudare și transport între stații de lucru, precum și servicii de asistență conexe.

De-a lungul anilor, conceptul de a construire complexă a liniilor de asamblare a suferit modificări. La începuturile conceptului, piese de dimensiuni mici erau folosite pentru a ajunge la cele mari prin sudarea lor într-o secvență pe dispozitive de fixare (jigs/fixtures). Pentru o mai bună rigiditate și pentru a evita distorsionare cauzate de inexactitatea dimensionale a structurilor, componentele s-au fixat pe dispozitiv dedicat și complicat cu cleme manuale sau printr-un sistem integrat de cleme pneumatice.

Toate sudurile posibile a fost efectuate la fiecare stație înainte de a trece la următoarea stație. Precizia de la fiecare dintre aceste preprocese afectează în mod direct precizia pe linia de asamblare finală a caroseriei. La linia de final, precizia caroseriei nu poate fi afectată sau modificată. Noile concepte limitează sudarea în puncte la maxim pe dispozitive dedicate pentru preasamblare. Se lasă ca terminarea sudurii să se facă cât mai posibil pe linia finală de asamblare pentru a asigura calitatea. Cu toate acestea, sudarea finală se face după ce s-au efectuat ajustările necesare pentru corectarea erorilor de poziționare.

Tendințe pentru sudarea caroseriei s-au schimbat de la clești individuali de sudură în puncte la mașini de multi-sudure dedicate și apoi la folosirea roboților pentru sudură și al altor procese colaterare în celule și linii.

Felxibilitatea liniilor de asamblare s-a dezvoltat tot mai mult atunci când s-a încercat folosirea roboților pentru toate operațiile efectuate pe o linie de asamblare. O mare forță de muncă este necesară pentru sudarea în atelierele de asamblare a caroseriei și de aceasta depinde volumul de producție. Stații de multi-sudură ar reduce problemele într-o anumită măsură, dar necesită investiții de capital foarte mari și de asemenea că sunt configurare în totalitate pentru lucrul dedicat, care face ca să fie schimbate cu fiecare schimbare model al caroseriei. Robotul pentru un sistem de sudare oferă soluția ideală pentru producția mare a unei uzine. Flexibilitate se îmbunătățește cu aplicarea roboților (în comparație cu instalații de multi-sudură). Calitatea sudurii în puncte este consistentă. Proiectarea de dispozitive de sudură devine mai simplă. Robotul elimină volumul de lucru inuman care era efectuat de către operatori, de exemplu manipularea de cleștilor de sudură foarte mari și grei. Un robot nu devine obosit. Un robot nu uită să facă un punct de sudură la care a fost programat. Robotul va suda mereu la locul potrivit, în fiecare ciclu, și pentru toate orele din zi. Bazat pe calitatea lucrului efectuat de către robot și performațele obținute de operatori, avem următoare caracteristici net superioare ale robotului:

înaltă precizie de poziționare

repetabilitate crescută

nu apar abaterii în rezultate din cauza oboselii

inspecții și măsurători foarte precise folosind senzori.

2.4. Descrierea echipamentelor și tipurilor de lasere

Descrierea laserului.

Unul din cele mai noi procedee folosite cu mare succes în industria constructoare de mașini, mecanică fină, electronică, microelectronică, aeronautică, comunicații, este cel bazat pe "amplificarea luminii prin stimularea emisiei de radiații" – procedeu cunoscut sub denumirea de LASER ("Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation"). De fapt, LASER-ul este o dezvoltare a MASER-ului ("Microwave Amplification by Stimulated Emision of Radiation") adică, amplificarea de microunde prin emisie stimulată a radiației [4].

După cel de-al doilea război mondial fizicianul sovietic V. A. Fabrikant face cercetări în domeniul emisiei stimulate a luminii, astfel că în anul 1951 apare prima lucrare în care se semnalează posibilitatea amplificării radiației cu ajutorul emisiei stimulate a luminii. Aceste cercetări au constituit primii pași în vederea creării amplificatorului cuantic de lumină, iar apoi al generatorului de lumină – Laserul.

Bazele cercetării și experimentării asupra laserilor au fost stabilite abia în 1958 de către Schawlaw, Tawes și fizicienii A.M. Prohorov și N.G. Basov. De remarcat că acești cercetători realizează în anul 1954 primele generatoare cuantice de tip MASER cu gaz (amoniac) [4].

Principiul laserului a fost explicat pentru prima dată în 1958, într-o comunicare al lui Charles Hard Tawnes, profesor de fizică la Universitatea din California. În anul 1960 T. H. Marian realizează primul LASER cu rubin în cadrul laboratorului de la "Bell Telephone" (SUA) punând astfel în practică afirmația lui Einstein referitoare că “lumina poate fi coerentă".

După un an, în 1961, A. V. Lawa, W. R. Bennet și O. R. Heriatt realizează primul laser cu gaz (He-Ne). Trebuie remarcat că în anul 1962, la un an după realizarea în S.U.A. a laserului, se obține datorită cercetărilor conduse de omul de știință Ioan Agârbiceanu de la Institutul Politehnic București, primul laser românesc cu He-Ne și apoi cu CO2, pe radiație infraroșie de 1,15μm.

Cercetările în domeniul laserului cunosc o mare dezvoltare, urmând descoperirea laserului cu semiconductori (1962), cu bioxid de carbon (1964), cu sticlă dopată, cu neodym, cu medii active lichide sau cu electroni liberi.

În laseri interesul cel mai mare este acordat studierii sistemelor care sunt constituite din componente identice, care interacționează slab (de exemplu atomi sau molecule) și care posedă stări energetice spectrale determinante. Astfel de sisteme există în orice mediu activ din laseri.

Fenomene fizice la prelucrarea cu laser

Explicația fenomenelor care conduc la emisia laser se bazează pe teoria mecanicii cuantice, elaborată de Plank, care arată că punerea în libertate și absorbția de energie radiantă se produce în mod continuu în anumite cantități numite cuante de energie.

Bazându-se pe modelul atomic al lui Rutherford și pe teoria mecanicii cuantice al lui Plank, Bohr elaborează un model atomic cu care încearcă să explice emisia cuantei de energie.

Pentru explicarea acestui fenomen considerăm atomul de hidrogen ce conține un singur electron, care se rotește în jurul nucleului pe o orbită staționară.

Dacă electronul primește sub o formă oarecare energie din exterior, va face un salt de pe orbita lui staționară 1(n) pe o orbită mai îndepărtată de nucleu 2 (m) cu nivelul energetic Em. În această staționare electronul este instabil și tinde să revină pe orbita hidrogen staționară, când are loc eliberarea energiei înmagazinate sub forma de radiații luminoasă, conform relației:

Em – En= hν [J] ‚ (2.1.)

în care: h – constanta lui Plank (h = 6,625 · 10-34) [Js]

ν – frecvența oscilațiilor electromagnetice [Hz].

Dacă într-un mediu gazos, lichid sau solid se crează mai multe sisteme atomice în stare energetică excitantă în loc de un foton vor rezulta doi fotoni, deci o

undă mai puternică.

Acest proces se numește "emisie stimulată". Cei doi fotoni vor stimula alți doi atomi aflați în stare excitantă, rezultând astfel o amplificare bruscă a undei incidente la ieșirea din rezonator, unde se obține fasciculul luminos foarte intens, monocromatic, coerent și direcțional ce constituie emisiunea laser.

Principii constructive ale dispozitivelor laser

Pentru realizarea unei emisiuni de tip laser se impune indeplinirea următoarelor condiții:

A. Realizarea pompajului care se face prin iradiere optică, disociație chimică, inducția magnetică a pompajului sau descărcarea electrică, mediul activ (heliu, neon sau xenon).

B. Capacitatea rezonatorului având lungimea de 0,1 – 10m, funcție de mediul activ utilizat. În interiorul acestui cilindru este dispus mediul activ, iar la capete sunt două oglinzi cu mare putere de reflexie, în scopul reflectării de câteva mii de ori a fotonilor emiși prin pompaj. O oglinda este opacă, iar cealaltă oglindă lasă să treacă cca. 5% din fascicul prin interiorul unei fante.

Principalul rol al rezonatorului este de a ordona procesele de emisie stimulată dezvoltate vertigin os sub acțiunea atomilor generați spontan, dirijându-le pe direcția necesară și formând astfel radiația laser. Din punct de vedere constructiv rezonatorul este asemănător interferometrul Fabry – Perot, format din două suprafețe reflectoare (oglinzi) plane paralele, fixate la o anumită distanță L.

Dintre cavitățile rezonante utilizate, în funcție de forma oglinzilor O1 și O2 cele mai des întâlnite sunt următoarele:

– rezonator plan paralel: are o utilizare mai restrânsă datorită condițiilor foarte stricte de paralelism impuse celor două oglinzi;

– rezonatorul cu raze mari de curbură: se întâlnește în construcția laserilor de mare putere, permițând o utilizare eficientă a mediului activ; razele de curbură ale oglinzilor sunt de 20…30 m;

– rezonator concentric: se caracterizează prin coincidența centrelor de curbură ale celor două oglinzi; are utilizare restrânsă datorită dificultăților deosebite care apar la alinierea oglinzilor; condiția constructivă este ca: R1+R2=L.

– rezonatorul semisferic: are o oglindă sferică (O1) și una plană (O2) situată în centrul razei de curbură R1, condiția constructivă fiind R1=L.

Un rezonator la care să se asigure o reflexie totală ar fi acela la care una din oglinzile de capăt se înlocuiește cu o prismă [4]. De remarcat că sistemele de oglinzi sferice sau parabolice prezintă avantajul că nu necesită o precizie prea mare la prelucrarea și poziționarea suprafețelor, așa cum se impune la oglinzile plan paralele.

C. Mediul activ este caracterizat prin două, trei sau mai multe niveluri energetice, putând fi de natură solidă, lichidă sau gazoasă. Natura mediului activ determină metoda de "pompare" a energiei pentru depășirea pragului corespun-zător emisiei stimulate.

Dacă mediile active sunt solide, energia de pompaj este sub forma de lumină (iradiere optică). Pentru mediile active lichide se folosește energia obținută din diferite reacții chimice iar în cazul mediilor gazoase cea sub formă de șocuri sau descărcări electrice, inducție magnetică, iradiere optică etc.

Pentru construcția laserului cu funcționare în regim de impulsuri se folosesc medii active cu două, trei sau patru nivele energetice.

Proprietățile radiației laser

Semnalul laser este format atât din radiația provenită prin fenomenul de emisie indusă, cât și din radiația care ia naștere prin fenomenul de emisie spontană. Prin emisie indusă atomii emit fotoni în fază cu fotonii incidenți (stimulatori), ceea ce face ca radiația indusă să fie coerentă. Caracterul specific al procesului de amplificare face ca radiația să posede și calități de înaltă direcționalitate, monocromaticitate puternică, intensitate extrem de pronunțată.

Laserul are numeroase aplicații în practică datorită unor proprietăți caracteristice, dintre care amintim: coerența, monocromacitatea, direcționalitatea și intensitatea.

Coerența se poate explica luând în considerare fenomenul de interferență. Dacă între două unde provenite din două puncte diferite ale spațiului se produce interferența, rezultând franje de interferență, se afirmă că cele două unde sunt coerente.

În figura 2.16 se prezintă coerența unei emisii. Se observă că oscilațiile sunt egale cu frecvența și cu faza inițială, iar fazele având coincidență, amplitudinea se însumează. Când emisia este incoerentă (figura 2.17) se obține o însumare a amplitudinilor cu aspect diferit.

Figura 2.16 – Coerența unei emisii [4]

O emisie coerentă permite generarea luminii monofrecvențiale cu largi posibilități de utilizare a laserilor în interferometrie, cum sunt: măsurări industriale, măsurarea vitezelor, măsurarea lungimilor.

Figura 2.17 – Emisie incoerentă [4]

Se consideră o sursă de lumină constantă, pentru un interval de timp:

T= (ν fiind frecvența radiației, iar ∆ν lărgimea naturală a liniei spectrale)

fiecare atom emițător emit o undă cu frecvența definită. Pe un interval de timp t T numai o mică fracțiune din acești atomi s-au dezexcitat și au fost înlocuiți prin atomi noi, fazați întâmplător. Se poate spune că undele emise la două momente separate printr-un interval de timp t sunt coerente dacă t < T și incoerente dacă t > T.

În cazul emisie laser schimbarea seriei de atomi emițători la unmoment da nu conduce la o radiație necoerentă, deoarece atomii nu emit în mod independent. Fenomenul de emisie stimulată face ca toți atomii să emită în fază în orice moment.

Monocromacitatea este determinată de produsul emisiei stimulate și de modul de oscilație a rezonatorului. Este una dintre cele mai importante proprietăți ale semnalului emis de laser.

Direcționalitatea este proprietatea laserului de a se propaga rectiliniu și cu o divergență extrem de redusă. Astfel, la un laser cu un mediu solid, unghiul de divergență are valori de ordinul 0,1 … 10, iar pentru laserii cu mediu gazos unghiul de divergență este sub un minut.

Direcționalitatea foarte bună a fasciculului laser a permis utilizarea acestora la transmiterea informației prin semnale optice, transportul energinei la distanțe foarte mari sau măsurarea distanțelor cu precizie deosebită.

Intensitatea radiației laser este proprietatea care derivă din caracteristicile de coerență și direcționalitate și reprezintă puterea transportată de laser pe unitatea de suprafață. Pentru a evidenția valorile extrem de ridicate pe care le pot atinge puterile emise de laseri, trebuie arătat spre comparație că emisia de impulsuri a laserului cu rubin este de 5*109 ori mai strălucitoare decât o arie echivalentă din suprafața solară. Pentru un laser cu gaz, a cărui fascicul este mai direcționat și mai monocromatic, raportul este mult mai mare.

Tipuri de instalații laser

După modul de funcționare instalațiile laser se împart în două grupe:

– instalații cu funcționare intermitentă la care emisia stimulată se face prin impulsuri cu fascicule, la interval de 10-6…10-8 s;

– instalații cu funcționare continuă la care emisia stimulată se face prin radiații

În mod continuu, la trecerea sistemelor atomice de pe nivelele energetice de excitație pe nivelul energetic fundamental. În funcție de mediul activ instalațiile laser se grupează astfel:

2.4.5.1. Laseri cu mediu activ solid

Pentru generatoarele laser cu mediu activ solid se folosesc materiale dielectrice la care elementul activ îl costituie ionii de crom (Cr) sau al diferitelor pămâmturi rare: neodi-mul (Nd), europiul (Eu), samariul (Sa), halmiu (Ha), molibdat de calciu.

Din punct de vedere constructiv se cunosc următoarele tipuri de lasere cu mediu activ solid:

Laserul cu rubin – emite radiații coerente având lungime de undă λ=6943 A.

Laserul cu sticlă dopată cu neodim – emite radiații cu lungimea de undă λ=1,06 μm

Laserul cu granat de itriu și aluminiu (YAG) dopat cu neodim – emite radiații coerente cu lungimea de undă λ=1,06 μm;

Laserul cu semiconductori

În general, laserii cu mediu activ solid au un randament foarte mic (0,2…2%), deoarece cea mai mare parte a energiei luminoase nu este absorbită de ionii activi ai mediului. Ei funcționează în regim de impulsuri de ordinul 10-8 -10-11s. Pentru asigurarea stării de emisie laser trebuie ca substanțele folosite ca mediu active solide să aibă cel puțin trei nivele energetice, așa cum este de fapt la rubin.

2.4.5.2. Laser cu mediu activ lichid

Ca mediu activ se poate folosi: oxidura de fosfor (POCI3) și oxiclorura de seleniu (SeOCI3) și radamina dizolvată în soluție alcoolică.

Laserii cu mediu activ lichid funcționează în impulsuri, cu durata de circa 10-8 s, permițând obținerea unor energii de sute de kilowați.

Pragul de pompaj și coerența laserilor cu mediu activ lichid sunt comparabile cu cele ale laserilor cu mediu activ solid. Cele mai importante aplicații ale laserilor cu mediu activ lichid sunt în domeniul spectroscopiei.

2.4.5.3. Laser cu mediu activ gazos

Aceștia folosesc pentru obținerea emisiei stimulate gaze rare, cum ar fi heliul, neonul, argonul, criptonul iar în unele cazuri bioxidul de carbon.

Aceste lasere funcționează atât în regim de impulsuri cât și în regim continuu, având caracteristicile:

– foarte bună monocromaticitate;

– spectru pur;

– frecvență stabilă.

Sunt cunoscute următoarele tipuri de lasere cu mediu activ gazos:

Laseri cu gaz atomic. Laserii cu gaz atomic folosesc ca mediu activ un amestec de heliu-neon (85-90% He și 15-10% Ne). Un laser heliu-neon este format din tunul de cuarț având diametrul de 10- și o lungime de 800-, umplut cu un amestec de heliu-neon.

Laseri cu gaz ionic. Laserii ionici au ca substanțe active medii inerte sub formă de gaz sau vapori, supuse unor puternice ionizări. Dintre acestea amintim argonul, heliul, neonul, xenonul, bromul, clorul, fosforul și sulful. Ionizarea substanțelor se face prin descărcări în curent continuu sau în current de înaltă frecvență. Laserii ionici au puteri de emisie mai mari ca laserii cu He-Ne, având și avantajul că emit pe unde scurte în spectrul apropiat de violet și ultraviolet, deci ușor de sesizat și cu ochiul liber. Laserii ionici se utilizează în aceleași domenii ca și laserii atomici, iar pentru că emit pe unde scurte se folosesc cu succes pentru iluminări sub apă și ca sursă de pompaj pentru alți laseri.

Laseri cu gaz molecular. Laserii moleculari prezintă avantajul că au un randament mult superior celor atomici și ionici, ajungând până la 32-35%. Acest randament ridicat se datorează caracteristicilor duratei medii de viață a stării metastabile vibraționale. Primele încercări au fost efectuate folosind CO2 pur cu lungimea de undă în zona spectrală ultraroșie (10,6 μm). Cercetările efectuate nu au satisfăcut datorită randamentului scăzut obținut și au fost continuate prin folosirea unui amestec de gaz compus din CO2, N2 și He sau CO2 și vapori de apă, rezultând randamente corespunzătoare.

Un laser cu CO2 se compune dintr-un tub de sticlă pyrex cu pereți dubli, între care circulă agentul de răcire. La capetele tubului sunt oglinzile de reflexie, de formă plană sau concav confocală.

În cazul laserilor de puteri mici, oglinzile sunt executate din materiale dielectrice ca germaniu foarte pur sau sticlă din selenat de zinc. Pentru creșterea puterii au fost realizate lasere cu mai multe tuburi paralele, de exemplu 4 tuburi paralele de câte 70m lungime, cuplate între ele cu prisme. S-a putut realiza la ieșire o putere de 1,5kW.

Laseri cu electroni liberi. Laserii cu electroni liberi folosesc pentru emisia de radiație laser fasciculele electronilor liberi accelerați. Pompajul acestor lasere se realizează cu cesiu-heliu.

Aplicații ale laserului

Principalele avantaje ale utilizării laserului în tehnologiile de prelucrare sunt:

posibilitatea prelucrării oricărui material metalic sau dielectric, indiferent de duritate;

eliminarea deformațiilor, deoarece nu există contact mecanic sculă – piesă;

nu se preduc deformații termice și tensiuni interne, deoarece zona

influențată termic de către laser este minimă;

nu este necesară atmosferă controlată în zona de lucru;

procesul de lucru permite automatizarea completă și aplicarea comenzilor numerice;

în funcție de energia fasciculului laser se pot efectua o serie de operații, începând de la vaporizare până la prelucrare dimensională (debitări, găuri, tratamente termice, fante, suduri)

La stabilirea tehnologiei de prelucrare cu laser se va avea în vedere:

tipul laserului (cu mediu activ solid, lichid sau gazos);

tipul emisiunii laser (continuă sau în impulsuri);

lungimea de undă a radiației laser;

gradul de absorbție a suprafeței materialului de prelucrat și rugozitatea ce trebuie obținută.

Pentru definirea domeniilor de folosire a laserului se va ține cont de diametrul spotului ce poate fi realizat în focarul unei lentile și densitatea maximă de putere în focar.

Diametrul spotului se calculează cu relația :

D = (4/π)fλ/D [μm] (2.2)

în care: λ – lungimea de undă a radiației emise [μm];

f – distanța focală a lentilei [mm];

D – deschiderea lentilei [mm].

Densitatea maximă de putere în focar se calculează cu relația :

W=P/100 λ2 [W/cm2] (2.3)

în care: P – puterea emisă de laser [W]

Eficiența utilizării unui laser este dată de productivitatea acestuia:

[cm2/s] (2.4)

în care: Ei – energia impulsului [J];

Cm – coeficient de material;

ηt – numărul de impulsuri în unitatea de timp;

ρ – densitatea materialului prelucrat [g/cm3];

C0 – conductibilitatea materialului;

θt – temperatura de topire [°C];

θ0 – temperatura inițială a materialului de prelucrat [°C];

Es – energia specifică de topire.

Energia transmisă de impuls se determină cu relația:

(2.5)

în care: Ei – durata impulsului de lucru [μs];

P(t) – puterea transmisă la un moment dat [W].

Puterea medie a impulsului se calculează astfel:

(2.6)

La prelucrările cu laser trebuie determinați următorii parametrii caracteristici:

– temperatura dezvoltată la suprafața metalului;

– viteza de topire și vaporizare;

– adâncimea la care pătrunde radiația;

– raza craterului topit.

Temperatura metalului în zona de lucru se determină astfel:

(2.7)

în care: S – aria suprafeței încălzite [cm2];

λ0- coeficient de conductibilitatea termică.

Dacă metalul se evaporă, viteza de prelevare va fi:

v = Wp/Es [mm3/s] (2.8)

unde: Wp – densitatea de putere a fluxului;

Es – energia specifică de prelevare

În funcție de viteza de prelevare și durata impulsului se determină adâncimea de penetrație a radiației

X = v·ti [mm] (2.9)

De precizat că randamentul laserului este influențat în mare măsură de starea suprafeței ce urmează a fi prelucrată și de conductibilitatea materialului respectiv.

Aplicațiile tehnologice ale laserului sunt numeroase, dintre care amintim: depunerea și prelucrarea straturilor subțiri, tăierea, găurirea, prelucrarea materialelor nemetalice, tratamentele termice, sudarea.

Folosirea laserilor în holografie. Holografia derivă de la cuvintele grecești "holos", care înseamnă întreg și "grafein", adica scriere.

Tehnica holografică a fost dezvoltata de către E. Leith și I. Upatnieks (1962-1964) prin obținerea unor imagini tridimensionale cu ajutorul unei emisii laser coerentă.

Prin fotografiere holografică se interferează pe placa sensibilă frontul de unde emise de obiect cu un fascicul de unde puternic coerent ce va cuprinde obiectul de fotografiat (figura 2.18). O parte a radiației este dirijată spre obiect iar o altă parte spre oglindă.

Figura 2.18 – Frontul de unde pentru realizarea hologramei

Holografia are multiple aplicații în interferometrie, dintre care amintim: verificarea etaloanelor de lungime, testarea componentelor optice, alinierea și măsurarea pe mașini unelte, vizualizarea curgerii fluidelor, măsurarea vitezelor, măsurarea profilelor, paralelisme, abateri periodice.

Aparatele de măsură realizate pe principiul interferometrului cu laser sunt foarte sensibile, nu au parți mobile, fiind formate dintr-un interferometru Michelson și un generator laser (figura 2.19).

Figura 2.19 – Interferometru Michelson cu laser

1 – laser; 2 – placă de difracție; 3, 4 – reflector; 5 – diagramă; 6 – fotoreceptor.

Figura 2.20 – Interferometru pe mașini – unelte

În figura 2.20 se prezintă modul de măsurare a deplasării de lucru la o mașină unealtă. Se pot verifica dimensiunile interioare sau exterioare cu o precizie de 0,1 … 0,2 μm. Unde: 1 – laser; 2 – reflector; 3 – divizor; 4 – selsin; 5 – interferometru; 6 – dispozitiv de măsurare și înscriere a rezultatelor.

Interferometrul cu laser se folosește frecvent la alinieri în mine, căi ferate, turnuri, coșuri, puțuri.

Laserul permite și măsurarea vitezei de rotație (figura 2.21). În acest caz laserul efectuează o mișcare de dute vino, folosindu-se sisteme cu două sau trei oglinzi.

Figura 2.21 – Schema unui sistem de măsurare a vitezei de rotație

1 – laser; 2 – oglindă parțial transparentă; 4 – oglindă; 5 – receptor.

Fasciculul se rotește cu frecvența ω în planul perpendicular pe axa Z. Dacă A reprezintă proiecția planului cuprins în circuitul fasciculului, drumul parcurs de frecvență între mișcarea corpului și unda laser va fi:

∆v = 4ω (A / λL) (2.10)

Pentru sistemul considerat ∆v = 105 … 106. La măsurare se cuplează fiecare parte a undei ce oscilează în ambele sensuri, se suprapun părțile coliniare și se orientează către fotodetector, măsurându-se astfel oscilațiile până la 60-100Hz.

Tipuri de lasere

Folosirea tot mai largă și mai complexă a echipamentelor metrologice (cum ar fi interferomere, laser tracker, teodolit electronic sau totalstation) este din ce in ce mai răspândită și relevante pentru industriile care au posibilitatea de a măsura și să construiască folosind direct formatele CAD ca și repere nominale, oferind astfel beneficii importante în direcția execuției produselor și a calității lor.

Datorită creșterii numărului și a diversităților de astfel de echipamente s-a ajuns ca operatorii care le folosesc să trebuiască să cunoască pachete software diferite care sunt oferite cu fiecare sistem. Astfel s-a ajuns ca întrebarea caracteristică acestui domeniu să fie ”Măsurătorile mele sunt sigure, oferă relevanță sau sunt repetative?”, mai degrabă decât a accepta simplu valorile de ordinul micronilor afișate pe ecrane.

Interferometru de la firma Renishaw

Sunt posibile măsurări pe principiul interferometriei laser (precizie: +1 um la 20m) sau al radarului optic (precizie: sub +5 mm la 20 km).

S-au realizat dispozitive pentru măsurarea distanțelor, vitezelor, vibrațiilor, grosimilor, nivelului sau poziției unui reper.

Interferometre liniare sunt un instrument standard de măsurare industrial. Ele lucrează pe principiul de interferență a luminii. Într-o configurare standard de tip interferometru Michelson, o sursă de lumină coerentă (cu laser) este împărțit în două fascicule. Un fascicul este utilizat ca referință în timp ce cealaltă fasciculul este reflectat înapoi de la o oglindă sau catadioptru (reflector) la o anumită distanță. Apoi acesta este suprapus cu fasciculul de referință, care produc interferențe. Dacă parcursul optic al unuia dintre fascicule (adică produsul dintre indicele de refracție și drumul său geometric), se modifică, atunci se produce o diferență de fază față de fasciculul neperturbat. Diferența de fază a fascicului fiind considerată schimbări externe a lungimii. Deoarece lungimea de undă a laserului este cunoscută și este foarte stabilă, distanța poate fi calculată din numărul defazări. Aceste dispozitive sunt stric folosite doar pentru măsurători liniare.

Interferometria laser permite măsurări de niveluri în medii inaccesibile, măsu-rarea deformațiilor (fără contact, cu precizie de 1 µm), etalonări pe mașini unelte, poziționări de precizie la masini-unelte cu comandă numerică. Se foloseste un dispozitiv similar interferometrului Michelson, reprezentat în figura 2.22.

Schema conține o sursă laser – 1 cu lungime de undă, o prismă fixă – 2, o prismă mobilă – 3, un divizor de fascicul – 4 (oglindă parțial reflectantă, cu factorul de reflexie 0,5 plasată la 45° pe traseul fascicului laser), un fotodetector – 5, un numărător – 6 si un afisaj – 7.

Figura 2.22 – Interferometru Michelson.

Interferometrul XL-80 (figura 2.23) produce o raza laser extrem de stabilă, cu o lungime de undă care îndeplinește toate standardele naționale și internaționale. Toate caracteristicile sale fac interferometrul laserul XL-80 rapid și ușor de utilizat.

Figura 2.23 – Interferometrul XL-80 [21]

Caracteristici funcționale [21]:

Stabilitatea frecvenței laser: ±0,05 ppm peste 1an și ±0,02 ppm timp de 1oră se realizează prin controlul dinamic termic a lungimii tubului laser la câțiva nanometri.

Precizie de măsurare liniare: ±0,5 ppm în întreaga gamă de mediu, de la 0ºC – 40°C (32°F – 104°F) și 650mbar – 1150mbar. Citirile pot fi luate până la 50kHz, cu o viteză maximă de măsurare liniară de 4m/s și o rezoluție liniară de 1nm; chiar și la viteză maximă.

USB integrat: nu necesită nici un interfață separată între laser și PC.

LED indicator de status: indică starea laserului și puterea semnalului, oferind o alternativă convenabilă la indicatori software de pe ecran.

Comutabil: între modurile de gamă standard (40m) și lung (80m).

Portul analog I/O: permite semnal de ieșire analogic și un semnal de intrare de declanșare.

Timp de incalzire: este mai mic de 6 minute.

Sursă de tensiune externă în comutație: asigură alimentarea cu energie 90V – 264V flexibilitate în tensiunea de intrare.

Deși tehnologia laser s-a fost dezvoltat de-a lungul anilor, dar principiul a rămas, adică folosirea unei lungime de undă bine defintă foarte mică, stabilă și precisă ca o unitate de măsură.

Laser Tracker

Ca metodă alternativă de măsurare precisă a distanțelor cu sisteme de măsurare industriale, este cunoscută metoda interferometrică, cu domeniul de precizie situat in zona micronilor. Laser tracker este o combinație bazată pe două tehnici: un interferometru laser care măsoară distanțe relative și un encoder optic care măsoară azimutul și elevația unui fascicol direcționat de către o oglindă reflectoare rotativă (figura 2.24).

Dacă un interferometru laser este strict liniar, lasr tracker-ul trece peste aceste limitări folosind o oglindă reflectoare care să direcționeze fasciculul laser într-o plajă largă de direcții. Lucrul mai dificil este ca unda laser să urmeze mișcările oglinziilor reflectoare. Când unda laser ajunge în centrul reflectorului, acesta reflectă o fascicul paralel la unda laser incidentă, dar deplasată. Un senzor bidimensional măsoară deplasamentul, permițând dispozitivului laser tracker să ajusteze oglinzile reflectoare să redirecționeze unda laser într-o stare coaxială dorită (figura 2.23).

Figura 2.23 – Fascicol reflectat dintr-un reflector prismatic. [39]

Laser Tracker emite un fascicol ce urmărește reflectorul prin intermediul unui sistem motorizat care antrenează o oglindă rotativă. Fascicolul laser este ghidat către reflector prin intermediul oglinzii rotative și parte a semnalului reflectat este transmis către o diodă de poziție (PSD). Chiar dacă reflectorul este in mișcare, fascicolul de raze reflectat este paralel cu cel emis. Dioda de poziție (PSD) determină abaterile de la aliniament ale fascicolului și controlează motoarele codificatorului pentru a urmări ținta (așa numitul servo loop).

Atunci când fasciculul ajunge în centrul reflectorului prismatic și se întoarce fără deplasament, indică faptul că fasciculul a ajuns în poziția corectă. Acest mecanism permite fascicului laser să urmărească mișcarea reflectorului prismatic (SMRs – Spherically Mounted Retro-reflectors) cu o viteză de până la 5 metri pe secundă.

In timp, majoritatea constructorilor de echipamente de măsură au utilizat fie un dipozitiv de măsurare absolută a distanțelor (ADM – Absolute Distance Measuring) sau un interferometru (IFM). Fiecare din aceste sisteme are caracteristici și principii proprii. Interferometrul poate determina distanțele relative (modificările de distanțe de la un punct la altul) cu un nivel de precizie nanometric, avand o rată de actualizare aproape instantanee, limitată doar de viteza de mișcare a țintei urmărite.

Interferometrul este și la momentul actual sistemul cel mai precis de măsuare a distanțelor și reprezintă de peste 30 de ani un standard in industrie, respectiv in tehnica măsurătorilor.

Figura 2.24 – Principiul de masurare la Laser Tracker [39]

Prin urmare, laser tracker-ul urmează un reflector prismatic, înregistrând distanța, azimutul și de elevația (figura 2.25). Apoi, aceste coordonate polare sunt transformate în coordonate carteziene, care pot fi centrate oriunde în spațiul de măsurare.

Figura 2.25 – Măsurare cu laser tracker. [39]

Principiul de constructie la Laser Tracker

În figura 2.25 este prezentat principiul de construcție al unui model laser tracker produs de firma Leica Geosystems. În figura 2.26 este prezentat principiul de construcție a modelului Xi v2 de la firma FARO.

Figura 2.25 – Principiu contrucție al unui laser tracker Leica. [39]

Figura 2.26 – Principiu contrucție al unui laser tracker Leica. [39]

La ce se folosește laser tracker-ul.

Un laser tracker oferă o metodă relativ rapidă, precisă și intuitivă de a măsura obiecte mari din mediile industriale. Acesta are capabilitatea de a măsura poziția tridi-mensională a unui reflector prismatic mobil pe o rază de câțiva zeci de metri pătrați.

Laser tracker-ul oferă o măsurare rapidă a unui punct aproape oriunde în spa-țiu folosind un reflector prismatic, care doar trebuie să se afle în linie dreaptă față de baza laserului (sursa fascicolului). Un factor cheie în favoarea lase tracker-ului este precizia reidcată care poate fi atinsă cu el. Ca și consecință al acestui fapt laser tracker-ul înlocuiește tot mai mult metodele tradiționale de măsurare, cum ar fi teodolite sau colimatori.

La ce se poate folosi laser tracker. In completarea posibilităților de utilizare a tehnicii de măsurare, sunt de amintit principalele ramuri în care echipamentele de măsură industriale au un aport important, uneori chiar decisiv, prin rapiditatea și preciziea de măsurare:

Calibrarea, testarea și mentenața roboților.

Măsurarea obiectelor cu volum mare în construcția de turbine, centrale nucleare și reactoare.

Construcții navale.

În industria aeronautică.

Măsurători pentru determinarea deformațiilor, la încercări de probă

Instalarea, reglarea și ajustarea dispozitivelor de asamblare complexe din industria constructoare de automobile. Măsurători de recepție și supravegherea a testărilor din industria auto.

Poziționări 3D instalații și linii tehnologice; supravegherea poziționării instalațiilor de transport și a instalațiilor de produse finite.

Inginerie inversă.

Verificare și aliniere.

Ce fel de informații pot fi colectate în urma folosirii laser tracker-ului

Coordonate 3D brute.

Modele CAD.

Suprafețe.

Deformări.

Mișcări.

Date ale ingineriei inverse.

Urmărirea obiectelor.

Operațiile laser tracker-ului.

Operatorul se deplasează în jurul dispozitivului pentru măsurat, atingând suprafețele care se dorește să fie inspectate cu reflectorul prismatic, astfel se îmregistrează poziția în spațiu a reflectorului în acel moment. Singura grijă este ca din poziția respectivă să fie măsurate un număr cât mai mare din punctele cerute să fie inspectate. Avantajul laser tracker-ului este că poate fi mutat și realiniat cu vechea poziție pentru a continua măsurătorile. Dezavantajul laser tracker-ului care este derivat pe interferometru constă în faptul că operatorul trebuie să fie atent să nu se întrerupă unda laser dintre laser și reflector pentru că contorizarea distanței dintre reflector și interferometru va fi întreruptă. Dacă acest lucru se întâmplă atunci reflectorul trebuie adus în poziția de referință ca să se reseteze sistemul de coordonate.

Există laser tracker care au o metodă secundară de calcul a distanței măsurate. Laser tracker-ul marchează fascicolul laser spre un reflector, care apoi folosește o căutare în spirală pentru stabili un sistem de blocare pe reflector. Distanța apoi poate fi măsurată fără interferometru și se poate repeta măsuratoarea. În acest fel operatorul nu mai trebuie să se întoarcă cu reflectorul în poziția de referință în cazul în care raza a fost întreruptă.

LaserTracker FARO.

Caracteristici generale [19] (figura 2.27):

Acuratețe volumetrică de 0.049mm la 10m

Distanță de măsurare: 110m (folosind reflec-torul cu oglinzi de 1.5 inch)

Greutate: 17,7 kg

Timp real de lucru dinamic

Captare instantă a razei laser aADM „Agile Absolute Distance Meter” – această opțiune permite de a urmări reflectorul chiar dacă acesta este în mișcare

Aliniere

Metode mai precise și mai puțin consumatoare de timp decât cele tradiționale.

Măsurători frecvente și corecte a trendințelor distorsiunilor.

Măsurarea în timp real confirmă toleranțele și validează desenul.

Instalare

Trasare/nivelare fundația de mașini.

Preveni deteriorarea mașinii în timpul primei inițializări.

Reducerea frecarea pe piesele mecanice.

Partea de inspecție

Compară geometria complexă a pieselor, suprafețe și pozițiile piesei față de datele nominale.

Reducerea volumului de deșeuri de producție și costurile non-conformitatea.

Instrument de constructii

Teste complete volumetrice de precizie (garantează că componentele sunt asamblate la cele mai înalte standarde).

Verificare a integrității dimensionale și repetabilitatea dispozitivului (identifică sau anticipează defecte dispozitivului).

Caracteristicile tehnice și de precizie ale aparatului de măsurat laser tracker Faro ION sunt:

Dimensiuni (figura 2.28)

Mărime cap laser (lxh): 311mm x 556mm

Greutate cap laser: 19,5 kg

Dimensiune controler (lxdxh): 282mm x 158mm x 214mm

Greutate controler: 5,2 kg

Rază de lucru (figura 2.28)

Rotire orizontală: ± 270°

Rotire verticală: 125° (+72,5° la –52,5°)

Distanța minimă de lucru: 0 m

Distanța maximă de lucru: 55m cu reflector special

40m cu reflector standard de 1.5" și 7/8" SMR

35m cu reflector 1/2" SMR

Mediu

Altitudine: de la -700m până la 2.450m

Umiditate: de la 0 la 95% fără condens

Temperatură de lucru: de la -15°C până la 50°C

Emisie laser

633-635nm Laser, 1 miliwatt max/cw. Clasă de producție II

Preformanță măsurări distanțe

Cu activ ADM

Rezoluție: 0.5 μm

Rată de eșantionare: 10.000 puncte / sec.

Acuratețe (MPE): 16 μm + 0.8 μ / m

Prarametrul R0 (MPE): 16 μm

Cu interferometru (IFM)

Rezoluție: 0,158 μm

Viteza maximă radială: 4m/s.

Acuratețe (MPE): 0.4 μm + 0.8 μm / m

Prarametrul R0 (MPE): 16 μm.

Performanță măsurători unghiuri

Acuratețe unghiulară (MPE): 20μm ± 5μm / m

Viteza unghiulară maximă: 180° / sec.

Acuratețe nivel de precizie: ± 2 secunde de arc

Figura 2.28 – Caracteristicile aparatului de măsurat LaserTracker FARO ION [19]

În tabelele următoare se prezintă valorile standard ale erorarii maxime permisibile MPE măsurând punct la punct pe o riglă scală orizontală (tabelul 2.1) și o distanță în linie dreaptă (tabelul 2.2).

Tabelul 2.1 – Acuratețea LaserTracker FARO ION pentru măsurarea unei rigle scală [19]

Tabelul 2.2 – Acuratețea LaserTracker FARO ION pentru măsurarea în linie dreaptă [19]

Produs în conformitate cu standardele de performanță ale radiațiilor conform standardului internațional IEC 60825-1 2001-08.

MPE (Maximum Permissible Error – erorare maximă permisibilă) și toate celelalte specificații de precizie sunt calculate conform standardului ASME B89.4.19 – 2006. Erorile datorate variației de temperatură a aerului nu sunt incluse.

Parametrul Fried (R0) (denumit în mod oboșnuit ca parametrul R0) este o măsură a calității transmisiei optice prin atmosferă, datorită neomogenități aleatorii în indexul său de refracție. În practică, aceste neomogenități se datorează în primul rând variațiilor mici de temperatură și prin urmare de densitate.

LaserTracker Leica GeSystems.

Figura 2.29 – Sistem de măsurare de la firma Leica Geosystems [20]

Avantajul acestui sistem laser (figura 2.29) și al dispozitivelor T-Products (T-Probe, T-Scan, T-Cam) este că se pot face măsurători și în porțiuni greu accesibile folosind aceste dispozitive în combinații. Cel mai folosit dispozitiv este T-Probe, care are diferite adaptoare și accesorii (care sunt recunoscute automat) pentru efectuarea măsurătorilor în zone greu accesibile fără a se muta laserul. Legatura dintre T-Probe și laser tracker se face prin T-Cam. Astfel cele trei componente Leica laser tracker, T-Cam și T-Probe oferă cea mai mare mobilitate de măsurare 3D.

Caracterisiticile tehnice ale unor tipuri de laser tracker Leica sunt prezentate în tabelul următor (tabelul 2.3). Și aceste lasere au emisia laser de clasă II conform standardelor IEC 60825-1, ediția a doua (2007-03). Acurateția dată în table este față de eroarea maximă admisibilă (MPE).

Tabelul 2.3 – Caracterisitcile tehnice ale Leica laser tracker [20]

Descrierea tipurilor de reflectori.

Calitatea măsurătorilor cu laser tracker se bazează pe precizia SMR-urilor. Obiectivul SMR-urilor este simplu, se retrimită unda laser înapoi către laser tracker așa cum a fost trimisă de către acesta. Un laser tracker și obiectivele reflectorizante ale acestuia merg mână în mână. Indiferent de cât de precis ar fi un laser tracker, calitatea măsurătorilor este afectată direct de precizia și calitatea reflectorului.

Dispozitivele de tip laser trackers determină coordonatele prin măsurarea unei distanțe și două unghiuri. Un encoder azimut măsoară unghiuri pe plan orizontal, în timp ce un encoder zenit măsoară unghiuri pe plan vertical. Dispozitivele laser tracker măsoară distanța prin emiterea unui fascicul laser care se reflectată într-un dispozitiv reflector și apoi retransmis înapoi către instrument. Există o varietate de obiective retro-reflexive, cel mai frecvent utilizate sunt sferice numite SMRs (Spherically Mounted Retro-reflectors), care sunt de diferite marimi.

Cele mai folisite SMRs au următoarele dimensiuni standard: 0.5" (12.7mm), 0.875" (22.225mm) și 1.5" (38.1mm). Firma FARO a introdus trei noi modele de SMR rezistente la spargere cu o acuratețe foarte ridicată, 80% mai mare față de precedentele SMR-uri (figura 2.30).

Înainte când se alegea un SMR rezistent la spargere „break resistent”, se făcea un compromis între performanțele ridicate ale unui SMR cu prismă de sticlă la un preț foarte mare și durabilitatea unui SMR rezistent la spargere. Cu noile tipuri de SMR rezistente la spargere acest compromis a disparut datorită acurateții, durabilității și accesibilității lor.

Noile SMR sunt de trei tipuri: de precizie standard (figura 2.30 – inel negru), pentru distanță mare (figura 2.30 – inel verde) și de performanțe ridicate (figura 2.30 – inel albastru). Fiecare SMR conține un singur element reflector acoperit cu un strat de aur. Deoarece reflectorul este doar un singur element, nu mai sunt placuțe de sticlă separate care se pot sparge sau deplasa în timp.

Faro a patentat un tip de fereastră pentru SMR, care este rezistentă la șocuri și reprezintă o ultimă inovație în materie de protecție în medii foarte aspre și mențin obiectivele optice reflectorizante curate. SMR-urile conțin o fereastră protectoare cu guler, care poate fi înlocuită și un singur element reflectorizant acoperit cu un strat de aur.

În tabelul de mai jos (tabelul 2.4) sunt caracteristicile SMR-urilor folosite de companiile producătoare de laser tracker FARO, Leica și API:

Tabelul 2.4 – Caracteristicile SMR-urilor.

Descrierea dispozitivelor de asamblare a caroseriei (jigs/fixtures)

Sudarea semiautomată sau complect automatizată are ca rezultat creșterea factorului de timp a arcului electric și o productivitate mai mare. Dar avantajele acestor procedee nu pot fi pe deplin exploatate cu excepția cazului în care dispozitivele de fixare (de tip jig sau fixture) și manipulatoare sunt integrate corespunzător cu echipamentele de sudură și piesa de sudat pentru care au fost concepute.

Sunt de dorit utilizarea acestor dispozitive de fixare de sudură de tip jig sau fixture și dipozitive de poziționare pentru cel puțin patru motive:

Pentru a minimiza distorsiunile cauzate de căldura sudurii.

Pentru a permite sudarea într-o poziție mai convenabilă.

Pentru a spori eficiența și productivitatea sudurii.

Pentru a minimiza problemele îmbinare (potrivire). Cu un dispozitiv de fixare pentru sudură de tip jig sau fixture, componentele părții de sudat pot fi asamblate într-o aliniere precisă și fixate bine și în concordanță cu modul de asamblare în timpul de poziționare și în timpul sudării, astfel încât toate piesele finite provenind din dispozitivul de fixare vor fi uniforme.

Pentru o productivitate mai mare, din punct de vedere economic este mai bine să se proiecteze și să se construiască dispozitive precise, durabile de fixare.

2.6.1. Dispozitive de fixare pentru asamblare de tip jigs.

Dispozitivele de fixare de sudură sunt dispozitive specializate care permit ca componentele ce trebuiesc sudate să fie ușor, rapid de fixat și ținut.

Un dispozitiv de fixare de sudură de tip jig trebui să fie figura 2.31 [26,27]:

Rigid și puternic, deoarece trebuie să stea în strângere solicitată fără să deformeze.

Să funcționeze simplu, dar aceasta trebuie să fie corectă.

Proiectat astfel încât să nu fie posibilă punerea piesei în mod greșit.

Confruntându-se cu material rezistent la uzura să stea uzură continuă.

Figura 2.31 – Dispozitiv de fixare de tip jig (sudarea cadrului de la scaune) [26,27]

În anumite cazuri, ca de exemplu la sudarea cu gaz inert, dispozitivele de fixare de tip jigs sunt folosite ca mijloc de dirijare a gazului inert pe partea de dedesubt a sudurii. Dispozitivele poat să includă, de asemenea, o bandă de susținere.

În limbajul de specialitate de sudură, dispozitivele de fixare de tip jigs sunt considerate ca fiind staționare, în timp ce dispozitivele de fixare de tip fixture se retesc (adică rotative) de obicei pe un suport cilindric, în jurul unei axe verticale sau orizontale, fie prin operare manuală sau printr-un motor și trensmisie cu roți dințate cu reductor.

Dispozitive de fixare pentru asamblare de tip fixture.

Un dispozitiv de fixare (prindere) gen fixture (figura 2.32, figura 2.33, figura 2.34, figura 2.35) [26,27] de sudură servește aceluiași scop ca un dispozitiv de fixare de tip jigs, dar în plus, permite schimbarea poziției de lucru pentru sudare în timp real, astfel încât sudurile să fie într-un plan convenabil pentru operator în orice moment. Acest lucru marește viteza de sudare.

Dispozitivele de fixare gen „fixture” au un caracter mai general și nu atât de specializate ca și dispozitivele de fixare de tip „jig”. Dispozitivele fixtures includ ghidaje, cleme, suprafețe de așezare și cilindri de centrare etc, folosite pentru o poziționare mai comodă în timpul lucrului.

2.6.2.1. Caracterisitcile dispozitivelor fixture

Caracteristicile dispozitivelor de fixare de tip fixture date de acțiunile efectuate de către acestea pot fi:

Susținere

De prindere

De transmitere a mișcării (de obicei, denumite mișcare sau în deplasare) doar pentru câteva.

De asemenea, aceste dispozitive de sudare pot efectua și alte funcții care nu sunt direct legate de operația actuală de sudare. De exemplu, un astfel de dispozitiv poate fi o parte integrantă a unui sistem de transportare (conveior), sau poate poziționa piesa de lucru pentru operațiuni de prelucrare cum ar fi găurire, frezare și rectificare.

2.6.2.2. Clasificarea dispozitivelor fixture

Dispzitivele fixture de sudare se împart în două categorii mari:

Cei care acționează asupra muncii fiind sudate.

Cei care acționează pe echipamente de sudură.

Dispozitivul fixture de sudare a componentelor de caroserie poate să prindă toate părțile de caroserie și în același timp să le susțină, obiectivul fiind de a efectua o sudură în poziție plană.

Dispozitivul poate să țină piesa staționar, cazul în care echipamentul de sudare se mișcă sau îl străbate pe deasupra, sau poate fi mecanizat și atunci deplasează piesa peste echipamentul de sudură staționar.

Echipamentele de sudare fixtures (unele sunt numite manipulatoare de sudare) pot oferi doar suport staționar; dar pot oferi atât suport cât și deplasarea către echipamentele de sudură.

2.6.2.3. Obiective considerabile pentru alegerea dispozitivele fixtures.

La slectarea dispozitivului fixtures pentru sudarea mecanizată, inginerul trebuie să țină cont de următoarele:

Volumul de producție

Geometria articulației

Mobilitatea capului de sudare.

2.6.2.4. Principii care guvernează în proiectarea de dispozitive de sudură bune de tip jig/fixture.

Dispozitivele de prindere/fixare trebuiesc să fie puternice și ușoare, dar suficient de rigide pentru a asigura aliniere corectă.

Ori de câte ori este posibil, dispozitivele de prindere trebui să fie poziționate, ca să permită ca toate sudurile să fie aduse într-o poziție de sudare convenabilă.

Dispozitivul de prindere/fixare ar trebui să permită o poziționare rapidă și ușoară (cu o singură mână, dacă este posibil). Astfel, echilibrarea dispozitivului poate fi necesară.

proiectarea ar trebui să fie pe cât posibil mai simplă și necostisitoare; exactitatea și elaborarea nu trebuie să fie mai mare decât este necesar. Numai dimensiuni esențiale ar trebui să fie controlate într-un dispozitiv. Aspectul ar trebui să nu fie luat în considerare. Construcția sudată este cea mai bună, prelucrarea componentelor ar trebui să fie menținute la un nivel minim.

Utilizarea de aliaje ușoare pentru piesele în mișcare pentru reducerea greutății. Aer sau motoare electrice ar trebui să fie utilizate doar pentru rotire, și cilindri cu aer sau hidraulici pentru înclinarea dispozitivului de asamblare.

Un dispozitiv ar trebui să fie construit în jurul piesei (tablei/caroserie) și trebui să fixeze și strângă componente pe poziție astfel încât asamblarea, nituirea și sudarea să poată fi efectuate într-un singur dispozitiv. Dispozitivul trebuie să se asigure doar o singură poziție corectă de asamblare.

Dispozitivul de prindere trebuie să permită o mișcare liberă într-un plan pentru a evita tensiunea reziduală în piesa sudată complect. Proiectarea trebuie să permită o disiparea căldurii pentru a pentru a elibera ansamblul care a fost sudat.

Articulațiile trebuie să fie ușor accesibile pentru sudare.

Program ar trebui să fie păstrat la rece suficient să se ocupe de aer, apa, aripioare sau mânere izolate pot fi utilizate.

Părți ar trebui să fie prebent în fixare, dacă este necesar, pentru acuratețe final.

Pentru a facilita fluxul de magazin, dispozitive sau program pot fi montate pe roți sau utilizate în legătură cu montat pe podea sau transportoare aeriene.

Aranjamente de indexare sunt utile în furnizarea de poziționare precisă, rapidă de muncă.

Poziționarea a operatorului de scări, capre, leagăne sau cărucioare, uneori, este recomandabil.

Dispozitivele de strângere trebuiesc să funcționeze rapid. Șuruburi și piesele mobile trebuie să fie protejate împotriva stropilor de sudură. Lipirea cu dispozitivul fixture sau dispozitivele de strângere trebuiesc evitate prin utilizarea de sloturi sau suporți de cupru.

Metodele de împământare a piese sunt considerente importante proiectarea dispozitivelor, deoarece deoarece împământarea afectează acțiunea arcului electric, calitatea sudurii și viteza cu care sunt făcute sudurile. Împământarea trebuie să facă un contact bun cu piesa prin intermediul cupru, perii grafit cupru, papuci glisanți etc.

Un dispozitiv bine proiectat evită problema de deviere a arcului prin luarea următoarelor măsuri:

Toate oțelurile, în afară de cele de care trebuiesc sudate, trebuie să fie la o distanță cel puțin 25 mm față de arc.

Referințele pentru strângere pot fi făcute dintr-un material non-magnetic.

Conexiune la împământare trebui să fie facută direct cu piesa. Punctul de conexiune trebuie să fie cât mai departe posibil de arc. sol poate fi împărțit pentru a compensa sufla arc.

Atunci când este posibil, dispozitivele ar trebui să fie construite din oțel cu nivel redus de carbon.

Dispozitivul de fixare trebuie să fie concepute pentru a facilita accesibilitatea la cap de sudură atunci când sunt necesare procedurile de ajustare și de întreținere. Accesibilitatea este, de asemenea, necesară și pentru poziționarea controalelor de sudare.

Proiectarea dispozitivelor trebuie să fie astfel încât piesa de sudat să fie scoasă ușor și rapid din dispozitivul de fixare.

2.6.2.5. Exemple de dispozitive de fixare/prindere.

Figura 2.31 – Dispozitiv de fixare pentru nituire robotizată (Jaguar) [26,27]

Figura 2.32 – Dispozitiv pentru nituire robotizată – pentru 2 varinate de caroserie (Jaguar) [26,27]

Figura 2.33 – Dispozitiv de fixare pentru sudare manuală (Dacia) [26,27]

Figura 2.34 – Dispozitiv de fixare pentru sudare manuală – ansamblu spate (Dacia) [26,27]

Decrierea procedurilor actuale de aliniere clasice

Principalii producători de dispozitive de măsurare clasice căt și moderne (laser tracker, CMM, arms, scanere) sunt: FARO, Renishaw, API, Hexagon Metrology – în grupul căruia se găsesc brandurile Leica Geosystems, Romer, Brown & Sharpe, DEA, Leitz, Optiv, Sheffield.

Metode de măsurare

Metoda de măsurare arată modalitatea concretă în care se face măsurarea. Metoda de măsurare trebuie să definească următoarele elemente:

schema de măsurare – o reprezentare grafică care precizează poziția măsurandului față de mijlocul de măsurare, eventuala prezență a unor elemente auxiliare, locul în care se face reglajul la „0”, locul în care se face citirea, eventualele mișcări relative care pot apare în procesul de măsurare.

alegerea mijlocului de măsurare – se va face pe baza caracteristicilor metrologice și tehnice,

tehnica măsurării – modul concret în care se face măsurarea,

condițiile de măsurare – se referă la mediul în care se realizează măsurarea (temperatura, presiunea, umiditatea) precum și la numărul punctelor sau secțiunilor de măsurare și numărul de măsurători.

modul de prelucrare a rezultatelor măsurărilor.

Metodele de măsurare pot fi clasificate după mai multe criterii, după cum urmează:

A. după felul valorii determinate prin măsurare, se deosebesc:

metoda absolută (directă), prin care se determină valoarea absolută a mărimii de măsurat (ex. măsurarea lungimilor cu șublerul),

metoda diferențială (relativă), prin care se determină valoarea mărimii de măsurat cu o abatere față de o valoare stabilită inițial (ex. măsurarea cu instrumente comparatoare).

B. după modul în care procesul de măsurare este legat de piesa de măsurat, se deosebesc:

metoda directă, prin care se găsește direct valoarea mărimii măsurate (ex. măsurarea lungimilor cu șublerul),

metoda indirectă, prin care se măsoară alte mărimi de care depinde mărimea care interesează, aceasta determinându-se printr-o relație de calcul (ex. măsurarea unghiurilor cu rigla sinus).

C. după elementele măsurate, se deosebesc:

metoda pe elemente, la care se măsoară separat fiecare element al ansamblului de măsurat,

metoda complexă, la care se determină simultan mai multe elemente ale ansamblului de măsurat.

D. după modul execuției măsurării, se deosebesc:

metode cu contact, la care există un contact mecanic direct între suprafețele de lucru ale mijlocului de măsurare și piesa de măsurat.

metode fără contact, la care nu există un contact direct între mijlocul de măsurare și piesa de măsurat.

E. după precizia măsurării, se deosebesc:

metode de laborator, la care se determină eroarea de măsurare și se ține cont de ea.

metode de atelier (uzuale), la care nu este necesară determinarea erorii de măsurare.

Decrierea procedurilor de aliniere cu laser.

Piesele active sunt piesele a caror poziție va determina poziția part-ului, împreună cu cilindri de poziționare. Această poziție trebuie să fi ajustatabilă pentru obținerea preciziei cerută de producator (în general ±0.1mm pentru cilindri de poziționare și ±0.15mm pentru blocurile de contact, sau suprafețe active). Acest deziderat se poate obține prin utilizarea unor piese-distanțier monobloc sau prin utilizarea unor pachete de piese distantier, numite cale de reglaj. Calele de reglaj monobloc pot fi cu dimensiunea nominală de 3mm, 4mm, 5mm etc., iar cele utilizate în pachete de reglaj pot fi cu dimensiuni nominale de 0.2mm, 0.5mm, 1mm, 2mm etc.

Prin combinații de calelor de reglaj se pot obține ‘pachete’ de 3mm, 4mm, 5mm etc. Cel mai folosit este pachetul de cale de reglaj este pachetul de 5mm cu următoarea configurație a calelor: 1 x 2mm + 2 x 1mm + 2 x 0.5mm → 5mm. Această configurație este folosită de DACIA, ABB, KUKA etc, firmele VOLVO, LANDROVER, Jaguar, Ford folosesc în general cale de reglaj monobloc cu valoare nominală de 5mm, din care se face reglajul (maxim ±1mm față de valoare de 5mm, pentru supra-fețele active și ±2 mm pentru strângere/închidere).

Precizia de execuție și de montaj a unităților și al întregului dispozitiv se verifică prin intermediul punctelor de control dat de conturul tablei din caroserie și al găurilor de control din masa pe care sunt montate aceste unități.

Proiectantul de dispozitive (tooling) trebuie sa aibă tot timpul în vedere accesul ușor cu dispozitivele de măsură pentru a măsura punctele de control, indiferent că sunt doar de suprafețe de așezare și găuri prelucrate precis sau că e vorba de bucșe pentru montajul pinulelor (Icky Bolts).

Obiectivul tezei

Obiectivul acestei teze de doctorat este de a prezenta o expunere tehnologică priviind posibilitatea și limitele metodei de explorare cu laser tracker / palpator al dispozitivelor dintr-o linie de asamblare sau pieselor dintr-o celulă flexibilă utilizând robotul pentru a face măsurătorile necesare de confirmare geometrică.

Dispozitivele de asamblare a caroseriei auto sunt supuse permanent unor tensiuni și forțe din parte caroseriei și a manipulării acesteia în cicluri repetate și la viteze mari. O celulă flexibilă este în continuă mișcare, ceea ce face accesul la dispozitiv să fie dificil și limitat.

Pentru a verifica metoda propusă se vor face verificări experimentale privind măsurarea manulă a unor suprafețe plane și curbe calibrate cu ajutorul laserului, apoi aceleși măsurători se vor măsura folosind robotul. Pentru realizarea acestor măsurători se va proiecta un dispozitiv de prehensiune, care va fi montat pe robot pentru a realiza mișcările uzuale făcute de om pentru a măsura.

Măsurătorile se vor realiza cu ajutorul programului Metrolog XG13, pentru măsurătorile automate se va crea o aplicație de măsurare folosind același program, Metrolog XG13. Pentru stabilirea punctelor de măsurare și a traiectoriei robotului în cazul măsurării suprafețelor calibrate se va folosi robotul în modul învățare (teaching mode). Pentru cazul celulei flexibile se va face un studiu al mișcărilor robotului cu ajutorul programului RobCAD, care va cuprinde mișcările robotului pentru întreaga celulă.

În cadrul firmei GMAB Consulting s-a realizat o celulă flexibilă pentru sudarea unor întărituri la ușă. Celula este compusă dintr-un robot ABB, un dispozitiv de încărcare, un dispozitiv de sudură, un dispozitiv de manipulare (gripper) și un clește de sudură în puncte. În cadrul acestei celule se dorește măsurarea suprafețelor de așezare și a pinilor de fixare a feței de ușă în dispozitiv.

Alte măsurători se vor face pe celula flexibilă din laboratorul de Fabricație Flexibilă aflat în cadrul Universității Oradea, care are în componență un centru de prelucrare TMA-AL 550, un robot ABB IRB1600 și un conveior. Măsurătorile se vor face pe dispozitivul modular „tombstone” multicuib aflat la punctul de încărcare-descărcare (load/unload station). Aceste măsurători se vor face automatizat cu ajutorul robotului și a dispozitivului de prehensiune pentru preluarea off-set piesă în afara spațiului de lucru al mașinii.

Capitolul III. Analiza tehnologică și încercări experimentale privind posibilitățile și limitele metodei de explorare cu reflector sau palpator.

3.1. Noțiuni de folosire și calibrare a laserului.

Pentru folosirea laserului FARO ION™ este necesar să se urmeze câțiva pași pentru instalarea și calibrarea dispozitivului inainte de începerea măsurătorilor efective. Respectarea acestor pași pentru instalare și calibrare sunt necesari pentru a ni introduce erori suplimentare în timpul măsurătorilor. Pentru aceasta se folosește programul FARO Utilities versiunea 2.0.1 pus la dispoziție de firma producătoare a laserului (figura 3.1).

Figura 3.1 – Conectare utilitar pentru calibrare și diagnosticare [29]

Pentru ca să ajungă la temperatura optimă de lucru, dispozitivul de măsurare laser tracker are nevoie de 20-30 minute pentru înălzire. După încălzire se verifică următoarele două stări: ”Startup Checks” și ”Health Checks” (figura 3.2). Folosind opțiunea ”Diagnostics” din aceiași aplicație se verifica starea motoarelor laserului (encoderelor), senzorii de temperatură internă, condițiile de mediu de lucru, parametri de performanță, intensitatea laserului și stabilitatea undei laser, nivelul de precizie a undei laser, citirea dispozitivelor reflectoare (SMR’s) folosite și alte caracteristici ale dispozitivului laser tracker.

Figura 3.2 – Startup Checks și Health Checks [29]

După ce se fac aceste teste de stare a laserului se face compensarea laserului în funcție de condițiile de lucru la acel moment (figura 3.3). Dacă apar modificări majore ale mediului în care se fac măsurătorile (exemplu creșteri de temperatură de peste 5°C) se reface compensarea laserului.

Figura 3.3 – Compensarea laserului față de mediul de lucru [29]

În figura (figura 3.4) următoare este raportul de compensare la începutul măsurăto-rilor la o temperatură medie de 27.8°C, presiunea aerului 783.13 mmHg și o umiditate 38.2%RH.

Figura 3.4 – Raport al valorilor de compensare [29]

Aplicații folosite pentru măsurare și creare program robot

Programul Metrolog XG13 este un soft dezvoltat de către firma Metrologic Group din Franța. Metrologic Group este specializată în proiectarea și dezvoltarea de software pentru inspecția 3D a produselor finite realizate de diferite companii de renume. Metrologic a dezvoltat mai mult de 60 de interfețe directe pentru mașină ca să se conecteze software-ul său la orice tip de controler, inclusiv CNC, CMM-uri, brațe articulate, laser tracker și scanere 3D optice [37].

Pentru realizarea programului robot vom folosi aplicația RobCAD, produs de firma Tecnomatix, SIEMENS. Ca o soluție accesibilă, RobCAD integrează complet tehnologii de bază și un set puternic de aplicații-proces specifice care se adresează unei game largi de procese, inclusiv la sudură în puncte, sudare cu arc electric, cu laser, tăiere cu jet de apă, găurire, nituire și vopsire.

Program de măsurare Metrolog XG13

Pentru început voi face o scurtă prezentare a softului pentru măsurare Metrolog XG13 (figura 3.5). Acest soft are capabilitatea de creare a unui program de măsurare, care se pretează la o măsurare automată, atunci se definesc suprafețele și entitățile care se doresc a fi măsurare (cilindri, cercuri, puncte geometrice, puncte de suprafață etc.) într-o ordine bine definită.

Figura 3.5 – Interfață prgram Metrolog XG13 [26]

Programul Metrolog este un program care permite creare unor sesiuni de măsurare. Aceste sesiuni pot fi utilizate și pentru măsurători ulterioare. Acest pro-gram are avantajul continuării măsurătorilor în orice moment salvării sesiunilor. În cazul particular folosit de mine cu un laser tracker FARO, după schimbarea poziției laserului se poate continua măsurătorile în aceiași sesiune.

În figura 3.6 este prezentată fereastra principală de lucru a programului. Această fereastră conține feature bar (bara de obiecte), menu bar (bara de meniu), toolbar (bara de instrumente), feature database (baza de date a obiectelor), result windows (fereastra cu rezultate), 3D view (fereastra modelului 3D), status bar (bara de stare) și DRO (fereas-tra cu valorile de poziționare). DRO ne dă volorile de poziționare pe cele trei axe ale unui punct față de originea sistemului folosit. Schimbând modul de afișare la această fereastră se pot vedea și abaterile obiectelor măsurate față de valorile nominale, care pot fi:

abateri de poziționare (abaterile pe fiecare axă, cât și abaterea totală)

abateri de formă (diametre pentru cercuri, cilindri)

Figura 3.6 – Fereastra de lucru în Metrolog XG13 [26]

Fereastra 3D view conține imaginea tridimensională a piesei de măsurat împre-ună cu etichetele obiectelor măsurate folosite pentru evidențierea valorilor măsurate. Feature database este o bază de date cu numele, valorile și alte caracteristice ale elementelor măsurate pentru crearea unor rapoarte de măsurare.

Folosind bara de obiecte putem sa facem mai multe operații: definire, măsurare, construire și evaluare obiectele reprezentate. Aceste funcții pot fi acesate și din bara de meniu de la submeniul Feature. De exemplu folosind această bară putem defini valorile diferitelor forme geometrice care apoi se vor măsura. Obiectele care pot fi definete sunt: punct, linie, cer, arc de cer, plan, sferă, cilindru, con, tor, puncte de suprafață (se pot defini doar dacă există 3D-ul piesei), secțiune, dreptunghi, slot, hexagon și elipsă.

Primele pictograme indică funcția care se folosește la un moment dat (definire, măsurare sau construire) prezentate în figura 3.7.

Figura 3.7 – Feature Bar: A. Definire; B. Măsurare; C. Construire [26]

Deoarece intreprinderile sunt presate pentru a îndeplini timpii de execuție și flexibilitate în cadrul sistemelor de fabricație, este necesar să se asigure că toate aspectele legate de sistem s-au simulat și confirmat înainte ca deciziile de cumpărare și de instalare să aibă loc. Cu costul ridicat al echipamente de automatizare precum robotii, este necesar să vă asigurați că echipamentul funcționează la maximă eficiență și productivitate, în scopul de a realiza o amortizare optimă privind investițiile pentru ambele sisteme de fabricație noi, cât și la modificările liniilor existente, aflate în mijlocul ciclului de producție. Metodele învechite și manuale nu mai sunt suficiente pentru a dezvolta aceste sisteme complexe de fabricație. Metode manuale necesită, de asemenea, mai mulți experți într-un flux de lucru non-colaborare, poate duce la instalarea incorectă și conduce o varietate de modificari de fabricație costisitoare. În general, aceste metode nu pot să țină cont de toate controalele necesare pentru a crea sisteme eficientede fabricație.

Prezentarea unei sesiuni de măsurare.

Se deschide o nouă sesiune de măsurare (new working session) din meniul FILE și apoi se salvează cu o denumire dorită (save working session). Apoi se fac inițiali-zările pentru aparatul de măsura (cazul nostru a laser tracker-ului FARO). Aceste comenzi sunt disponibile în meniul CMM. Apoi se încarcă fișierul de palpatori sau SMR (reflector) pentru laser și se activează reflectorul dorit pentru a se face măsurătorile. În figura 3.8 este prezentat modul de selectare din fișierul de palpatori și activare a tipului de SMR folosit pentru măsurare. În acest fișier se pot defini reflectori de mărimi standard (1.5 inch, 0.87inch și 0.5 inch), dar se pot defini și alte mărimi (3mm RETRO), dar având grijă să i se introducă corect valorile pentru compensare.

Figura 3.8 – Selectarea reflectori folosiți [26]

Măsurarea obiectelor definite.

În continuare voi prezenta cele mai uzuale forme geometrice măsurate: punct geometric, linie, plan, cerc, sferă, cilindru, punct de suprafață, slot și secțiune.

Măsurarea punctului geometric

Pentru a măsura un punct (geometric) se selectează pictograma de masurare, iar apoi se alege măsurare punct (figura 3.9). Măsurarea poate fi manuală sau automată. Petru calcularea offsetului se alege ca referință AUTO sau un plan, linie, axă etc. De asemenea, dacă este nevoie se introduce și grosime.

Dacă dorim să proiectăm punctul pe o suprafață (plan), atunci se bifează opțiunea "probing projection", ceea ce va determina proiectarea automată a punctului în plan (PLAN1). Această opțiune funcționează doar pentru plane.

Dacă se bifează opțiunea "tangent outside material", atunci permite ca punctul măsurat să fie translatat(cel mai potrivit de punctele măsurate), astfel încât acesta trece prin punctul măsurat la cea mai mare distanță față de material (piesă). Această este adevărată doar dacă compensarea este setată pe AUTO.

Figura 3.9- Măsurarea unui punct geometric[26]

Compensarea. Se folosește listaca să se introdu-că o bază de referință pentru ca să se facă o calculare cât mai precisă a coordonatelor punctului. Sunt diferite moduri de compensare disponibile: AUTO, Space point, Angle point, Corner point, Ball center, Nominal, Point, Line and Plane.

Compensarea Auto. Prin palparea un singur punct, palparea direcție determină direcția de compensare. Pentru a utilizaun plande compensare, este necesară măsurarea a cel puțin 3 puncte. Software-ul construiește un plan care trece prin centrele SMR-ului pentru a calcula compensația pe ultimul punct palpat în funcție de normala planului (figura 3.10). Aceasta poate fi utilă atunci când suprafața inspectată nu este perfect plană. În acest mod se poate folosi functia"tangent outside material".

Figura 3.10 – Compensarea AUTO [26]

Compensare unghiulară (angle point). Folosită pentru a măsura un punct care se află la intersecția a două plane (figura 3.11). Metoda de măsurare este următoarea:

este necesar să se măsoare cel putin 6 puncte distribuite pe cele două plane (jumătate din puncte de planul 1 (P1), iar cealaltă jumătate pentru planul 2 ​​(P2)). Trebuie să existeun număr par de puncte selectate.

apoi, software-ul calculează distanța D2, care este linia de intersecție a celor două plane.

normala planului P2 este apoi proiectată pe planul 1. Software-ul calcu-lează distanța D1, astfel rezultând linia care trece prin punctul B, care este centrul de greutate a planului P1.

punctul Pt (punctul deunghi) este definit de intersecția celor două linii D1 și D2.

Figura 3.11 – Compensarea unghiulară (angle point) [26]

Compensare "corner point". Se folosește pentru a măsura un punct care se află la intersecția a 3 plane (figura 3.12). Metoda de măsurare este după cum urmează:

se măsoară cel puțin trei puncte distribuite pe cele 3 plane (P1, P2, P3). Numărul de puncte selectate trebuie să fie multiplu de 3.

programul calculează D, ca fiind linia de intersecție a planului P1 cu planul P2.

punctul Pt este definit ca intersecția linie D cu planul P3.

Figura 3.12 – Compensarea "corner point".[26]

Măsurarea unui cerc

Pentru măsurarea unui cerc trebuiesc palpate cel puțin 3 puncte, dar în general pentru o precizie mai mare a diametrului se palpează 4 puncte. Pentru propiecția cercului se poate folosi opțiunea "auto projection plane", aceasta însemnând că se vor palpa mai multe puncte. Primele 3 puncte palpate vor fi pentru plan, iar următoarele pentru cerc.

Măsurarea unui cilindru.

Măsurarea unui cilindru se face în minim 5 puncte, recomnadat sunt minim 6 puncte. Cu cât se folosesc mai multe puncte pentru măsurarea cilindrului, măsurătoa-rea v-a fi mai precisă. Pentru măsurarea unui cilindru se folosește ca refeință (appro-ximate axis) un plan, nominal sau auto.

Dacă se selectează opțiunea AUTO în câmpul "Approx.Axis", atunci ordinea de palpare este importantă, deoarece aceasta dă direcția, care este folosită pentru a calcula direcția cilindrului (figura 3.13).

Figura 3.13 – Măsurarea unui cilindru [26]

Dacă se utilizează un obiect definit ca axă aproximativă (de exemplu, plan perpendicular pe axa cilindrului), atunci ordinea de palpare nu este importantă.

Măsurarea unui punct de suprafață

Pentru a măsura puncte de suprafață în software-ul, următoarele condiții tre-buiesc îndeplinite:

un fișier CAD (model) trebuie să fie deschis. Modelul CAD reprezintă valorile nominale (matematice) pentru piesa prelucrată/parte care trebuie să fie verificată. Acesta permite coordonatele nominale pentru un punct de măsurare care urmează să fie găsite în mod automat.

trebuie să existe o sondă (SMR) activă.

modelul/fișier CAD trebuie să fie "potrivit" (asociat) cu piesa prelucrată/partea care urmează să fie verificată. Pentru a face acest lucru, trebuie creată o aliniere pentru piesa de prelucrat, apoi asocierea acesteia/alinierea cu modelul teoretic CAD.

3.2.4. Prezentare program simulare și programare robot – RobCAD.

RobCAD este un instrument de simulare a celulelor de lucru (figura 3.14), care oferă capacitatea de a dezvolta, simula, pentru a optimiza, valida și programa offline multi-dispozitiv din procesele de fabricație automatizate și robotizate, toate în contextul produsului configurat și al resurselor de date. Aceste machete complect automatizate de celucle de fabricație de fabricație și într-un mediu 3D oferă o platformă pentru a optimiza procesele și se calculează timpi ciclurilor pe parcursul a diferitelor etape ale cronologiei de dezvoltare, de la concept până la punerea în aplicare.

Firugra 3.14 – Modelarea unei celule fexibile în RobCAD.[30]

Beneficiile folosirii unui program standardizat pentru simularea unei celule felxible (sau a unei linii de asamblare), a unui proces de producție sunt următoarele:

Reducerea, în timp conduce procesulde inginerie

Creșterea calității de fabricație, precizia și rentabilitatea

Programe precise pentru robot

Creșterea echipamentului de producție utilizat pentru o rentabilitate maximă

Detectarea problemelor de simulare la fazele timpurii ale planificării

Validarea și optimizarea programelor de sudare cu specificațiile corporative

Reducerea costurilor reflectate în procesul de dezvoltare până la punerea în aplicare.

Descrierea, măsurarea și alinierea unei celule flexibile (linie de asamblare)

O celulă flexibilă (linie de asamblare) din industria auto pentru asamblarea caroserie va conține următoarele dispozitive (figura 3.15):

Dispozitive de fixare a subansamblelor caroseriei (fixtures)

Dispozitive de manipulare a ansamblelor sudate (conveior, griper)

Roboti si accesorii pentru ei (standuri, cabineti de sudură, echipamente de conectare etc.)

Dispozitive pentru crearea ansamblurilor (pistol de sudură/nituire, dispozitive de indoire a tablei etc.)

Figura 3.15 – Celula flexibilă de asamblare.[30]

Roboții folosiți pe linii le asamblare în general sunt 6-axe și 7-axe. Roboții 6-axe sunt fixați direct pe podea sau pe ansabluri sudate pentru a se ajunge ușor în locuri dorite pentru a executa sudura. Roboții 7-axe sunt roboți 6-axe instalați pe niște șine de rulare care reprezintă o axa liniară suplimentară (track motion). Varianta propusă de ABB pentru un robot 7 axe este următoarea: un robot 6 axe de tip IRB și un track motion de tip IRBT. În funcție de lungimea pe care se dorește să se deplase-ze robotul și a tipului de robot care se montează avem trei tipuri de track motin IRBT: IRBT 4004, IRBT 6004 și IRBT 7004. În tabelul 3.1 sunt prezentate caracteristicile acestor track motion.

Tabel 3.1 – Caracteristici track motion ABB. [25]

Sistemele truck motion de la firma ABB sunt proiectate pentru a asigura o utilizare sigură și eficientă a tuturor capacităților robotului, pentru a maximiza valoarea investiției. Aceste dispozitive extind zona de lucru a robotului, făcând ca același robot să deservească mai multe dispozitive și să facă mai multe operații, astfel să minimizeze numărul de roboți necesari.

Atunci când un robot 7-axe este montat pe un track, acest lucru poate fi direct pe podea sau pe cadru, în cazul în care avem nevoie ca robotul 7-axa să ajungă înălțimi mai mari. Indiferent de felul cum trebuie montat robotul 7-axe este necesar să se stabilească locul exact unde vor veni montate plăcile de reglaj, care vin sub fiecare picior al track-ului.

Este foarte important ca înainte de a monta robotul pe track, acesta să fie la același nivel, adică să se facă planeitatea track-ului. Se recomandă să planeitatea cu ajutorul laserului pentru a obține rezultate cât mai precise în valori de toleranțe cât mai mici. Întot-deauna măsurătorile sunt făcute pe o suprafață prelucrată, cum ar fi rigla de ghidare sau pe suprafața de așezare a robotului pe base frame. Toleranța pentru planeitate trebuie să fie de ± 0,5 mm, pe întreaga lungime a track-ului și ± 0,1 mm, între două picioare alăturate sau de pe o parte pe alta.

Reglarea geometrică a track-ului poate fi efectuată în prin de trei metode diferite:

Metoda 1: nivelarea track-ului cu ajutorul unei nivele cu bulă pentru reglarea planeității track-ului pe întreaga porțiune de deplasare a robotului.

Metoda 2: nivelarea track-ului se face folosind echipamente de măsurare de poziționare pentru reglarea planeității track-ului pe întreaga porțiune de deplasare a robotului.

Metoda 3: nivelarea track-ului se face folosind unui instrument de nivelare cu laser bazat pe sistemul geometric dat de layout.

În cazul în care nivelarea se face cu echipamente de măsurat în coordonate trebuie să se țină cont de originea sistemului de coordonate al robotului, în acest caz centru sistemului de coordonate se află în centru zero al cadrului în care se montează manipulatorul (figura 3.16).

Trebuie avut în vedere că axa de deplasare a robotului este axa X și direcția de deplasare a robotului dă sensul de creștere a axei X.

Figura 3.16 – Originea și orientarea robotului 7-axe.[25]

Metoda 1. Această metodă este mai greoaie și nu asigură o planeitate foarte bună a track-ului. Se așează treck-ul pe plăcile de nivelare montate în beton, centrele plăcilor de fundație sunt la o distanță de 1000mm una față de alta (figura 3.17).

Figura 3.17 – Montare plăci de fundație pentru track-ul robotului 7-axe.[25]

Se începe nivelarea track-ului montând fiecare modul al track-ul începând cu modulul unde se sincronozează robotul (home position). Se folosesc șuruburile de nivelare care sunt montate la fiecare picior al track-ului (figura 3.18). Cu ajutorul unui nivele cu bulă se reglează track-ul în direcția axei X (planeitate) și a axei Y (liniarita-te). Datorită cerințelor de acuratețe a reglajului este recomantat să se folosească o nivelă laser pentru lungime și una cu bulă pentru părțile laterale.

Figura 3.18 – Șuruburi de ajustare nivel.[25]

Se repetă aceiași pași la fiecare 1 m până se reglează trackul pe întreaga lui lungime. După reglarea nivelului contra piulițele de pe șuruburi se strâng cu chiea dinamometrică.

Metoda 2. Și la această metodă fixarea placilor de fundației și a track-ului pe plăci este le fel ca și pentru metoda precedentă. Diferența constă în reglarea track-ului cu ajutorul unor echipamente de măsură. Pentru această metodă se folosește desenul de asamblare (layout carriage) a căruciorului pe track (figura 3.19).

Figura 3.19 – Desen de asamblare [25]

Legendă:

1 – Scală;

2 – Centrul robotului în poziția X-zero pe track;

3 – Sensul de creștere al axei X;

4 – Găuri de fixare robot.

Se plasează prisme pentru măsurare în găurile de fixare și se poziționează căruciorul în poziția zero pe axele X și Y. Se reglează planeitatea track-ului folosind o nivelă cu bulă și se măsoară față de centrul robotului.

Datorită plăcilor de acoperire și al toleranței lanțului dimensiunea de 739 are o variație de ± 8 mm, când track-ul este în poziția X = 0. După ce s-a opținut poziția de start în X, Y și Z se continuă mișcarea căruciorului și se reglează înălțimea (axa Z), astfel încât să track-ul să urmeze axa Y la 90O pe axa X.

Metoda 3. Această metodă se pretează atunci când robotul este deja montat pe track (este cazul cel mai frecvent întâlnit). Pentru această metodă este necesar să se utilizeze un echipament de măsurare laser și un model geometric virtual al ansamblului. Se urmează metoda a 2 a de nivelare, dar aici prisma se pune pe gidajele liniare ale track-ului (figura 3.20).

Figura 3.20 – Gidajul liniar al track-ului. [25]

Legendă:

Suprafață prelucrată a căruciorului

Element de gidare cu bile

Gidaj liniar.

Folosind această metodă track-ul poate fi instalat în toleranțe mult mai mici, de ± 0,05 mm, comparând-ul cu modelul geometric virtual.

Aspecte tehnologice ale utilizării dispozitivelor gen fixture

Privire de ansamblu a tehnologiei de sudare a caroseriei

Asamblarea diferitelor elemente/subansamble ale caroseriei se poate face în variantă demontabilă sau nedemontabilă. Indiferent de procedul folosit aceste operații se pot executa atât manual (figura 3.21), cât și automat (figura 3.22).

Figura 3.21 – Sudură manuale în puncte (Uzina Dacia)

Figura 3.22 – Sudură manuale în puncte (Uzina Volkswagen)

Asamblarea demontabila se realizeaza cu suruburi si piulite. Este cazul aripilor exterioare față, al capotelor față/spate, al barelor de protectie antișoc. De asemenea sint numeroase cazurile în care de elementele rigide ale caroseriei se sudeaza suruburi pentru tablă (BOLTS) sau piulițe pentru tablă (NUTS) de care ulterior vor veni prinse piese sau subansamble ale autoturismului (altele decât table de caroserie): subansamble motor, cutie de viteze, scaune, bord, ornamente ale habitaclului etc.

Asamblarea nedemontabilă: se realizeaza în principal prin sudura, dar există și producători (producători care folosesc caroserie din aluminiu) care utilizează asamblari prin lipire (nituire). De asemenea, mai exista un procedee speciale prin care fetele usilor, capotelor, aripilor se prind de osatura internă prin indoire (răsfrângere) – CLINCHING & HEMMING.

Sudarea este procedeul tehnologic de realizare a îmbinărilor nedemontabile al unor componente metalice sau nemetalice prin interacțiunea atomilor mărginași ai acestora. Îmbinarea ce rezultă în urma procesului de sudare poartă denumirea de sudură. Prin sudură se înțelege zona de îmbinare rezultată în urma sudării, materialul de adaos depus prin sudare se numește cordon de sudură; acesta poate fi continuu sau întrerupt. Piesele de sudat se prelucrează în zona unde urmează să se depună materialul de adaos, locașurile respective numindu-se rosturi.

Totalitatea operațiilor care concură la realizarea sudurii poartă denumirea de proces tehnologic de sudare. Unui proces tehnologie de sudare îi este caracteristic un anumit procedeu de sudare.

Coeziunea locală în vederea obținerii sudurii se realizează cu un aport de energie termică sau mecanică sau și termică și mecanică. Prin aceasta atomii mărginași ai componentelor de sudat primesc energia necesară scoaterii lor din starea de echilibru stabil corespunzătoare unui nivel energetic minim. După aceea, componentele își aduc atomii marginali la distanțe egale sau mai mici decât parametrul rețelei cristaline. În această situație ei se rearanjează în cristale comune celor două componente astfel ca să atingă din nou un minim energetic. Ca atare, procesul de sudare constă în introducerea localizată, prin concentrare în timp și spațiu, a unei cantități de energie în zona sudurii pentru a scoate atomii din starea lor de echilibru stabil și apropierea atomilor mărginași la distanțe egale sau mai mici decât parametrul rețelei cristaline pentru ca ei să recristalizeze într-o rețea comună corespunzătoare unei noi stări stabile. Acest mecanism energetic este prezentat în figura 3.23.

Figura 3.23 – Mecanismul de sudare [14]

Utilizarea robotului în tehnologia de sudare a caroseriei

Robotul industrial poate fi definit ca o unitate automată programabilă de manipulare a obiectelor muncii sau a mijloacelor de muncă.

Roboții industriali sunt destinați automatizării flexibile a proceselor de producție, înlocuirii operatorului uman în operațiile ce se desfășoară în medii nocive sau periculoase, în activități dificile, obositoare prin efort fizic și intelectual (monotonie) sau în sectorele deficitare în forța de muncă calificată și specializată.

La ora actuală în lume sunt “activi” sute de mii de roboți în Japonia, SUA, Marea Britanie, Franța, Suedia, Italia etc. În România sunt în serviciu câțiva roboți datorită prețului foarte scăzut al forței de muncă (salariul mediu net al unui operator uman din domeniul industrial variază între 60 și 120 de USD comparativ cu 1000 la 3000 USD în țările occidentale).

Avantajele utilizării roboților industriali și a implementării lor în procesele tehnologice industriale:

mare parte din componentele RI sunt comune și deci pot fi fabricate în serii mari, cu o reducere considerabilă a costurilor și îmbunătățire a fiabilității;

investițiile nu mai sunt legate de o anumită aplicație, roboții putând fi utilizați în diferite scopuri prin simpla programare a acestora;

timpii de pregătirea fabricației sunt mai reduși (de multe ori robotul trebuie doar reinstruit)

este posibilă și automatizarea completă a operațiilor tehnologice la fabrica-rea unor piese sau subansamble în grup sau în serii mici;

prin utilizarea unor siteme modulare se pot executa mai multe operații cu același braț prin simpla schimbare a sculelor sau a unor dispozitive.

Roboții industriali sunt elemente complet noi, independente de utilajele tehnologice existente și sunt înlocuitori parțiali sau totali ai operatorilor umani în unele activități fizice sau intelectuale.

Se poate spune ca robotul industrial este un manipulator programabil și multifuncțional capabil să manevreze scule, piese, materiale și dispozitive speciale în cursul mișcărilor variabile și programate pentru executarea unei varietăți de operații.

Sitemul mecanic al unui robot industrial utilizat în operații de sudare trebuie să permită o cât mai mare varietate de posibilități de poziționare relativă a cleștelui de sudare în raport cu obiectul de lucru, astfel încât să fie realizate mișcările specifice de sudare.

Mișcările care trebuiesc executate de un robot pentru a realiza îmbinarea prin sudare în puncte sunt:

poziționarea extremității unui electrod în dreptul unui punct de sudare;

orientarea axei comune a electrozilor pe o direcție normală pe suprafețele pieselor de îmbinat;

mutarea extremității unui electrod în punctul următor;

reorientarea axei comune a electrozilor la nevoie;

repetarea de atâtea ori a acestor mișcări câte puncte de sudură există în grupul respectiv;

ocolirea obstacolelor locale, dacă sunt;

mutarea extremității unui elecrod la următorul punct din alt grup de puncte.

Pentru executarea acestor mișcări, electrodul mobil al cleștelui se va realiza astfel încât, pe lângă o mișcare de translație cu cursă scurtă (în vederea efectuării sudurii în puncte) să poată face și o translație cu cursă lungă (necesară penrtu ocolirea obstacolelor locale și a efectuării unor sudurii în puncte în fundul unor cavități).

Descrierea unei tehnologii de sudare robotizată (sudarea în puncte)

Acest procedeu de sudare este folosit la îmbinarea a două componente (figura 3.24) de grosimi S1 și S2 în care grosimea S1 este mult mai mică decât grosimea S2 și nu depășește valori de circa 0,5…2 mm. Prin topirea unei porțiuni din componenta de grosime S1 și pătrunderea băii de metal topit și asupra componentei S2 se realizează un punct de sudură. Deci, punctul se va obține prin topirea locală pe toată grosimea ei a tablei superioare de grosime S1, precum și topirea tablei inferioare suficient de mult pentru asigurarea rezistenței mecanice cerute punctului.

Acest procedeu de sudare este folosit în locul sudării prin presiune în puncte, atunci când dimensiunile componentelor sunt mari și foarte mari, iar cleștele de sudat prin presiune în puncte nu poate asigura cuprinderea acestora. Totodată, acest procedeu poate fi folosit la sudarea la fața locului a componentelor de sudat fără a fi necesară aducerea lor la mașina de sudat prin presiune. Sudarea în puncte se realizează prin procedeul WIG sau prin procedeele MIG-MAG.

Figura 3.24 – Procedeu de sudare în puncte [14]

Pistoletului de sudare (figura 3.25) i se adaugă o bucșă exterioară, în jurul duzei, bucșă prin care se asigură transmiterea forței F, de presare a componentelor de sudare. Gazul de protecție intră în aceasta bucșă și elimină aerul de pe suprafața componentei de sudat putând ieși printr-o serie de orificii practicate la baza bucșei în apropierea componentei superioare a îmbinării.

Figura 3.25 – Pistolet de sudură sau clește de sudură [14]

Sursele de sudare pentru procedeul WIG și MIG-MAG au în construcția lor și posibilitatea de a realiza suduri prin puncte. Astfel, înainte de amorsarea arcului electric se pornește gazul de protecție pentru evacuarea aerului din zona punctului de sudură. Arcul se amorsează datorită unei componente de curent de înaltă frecvență ce sestabilește între electrod și piesa de sudat. Durata menținerii curentului de sudare este temporizată. De asemenea, gazul de protecție continuă să mai fie debitat în zona punctului până când cusătura se solidifică, diminuând contactul cu aerul, cât și degradarea proprietăților băii de metal topit.

La sudarea în puncte prin procedeul WIG se folosește drept gaz de protecție argonul sau, mai rar heliu. Argonul produce un punct de diametru mai mare decât heliul, în schimb heliul realizează un punct cu pătrundere mai mare decât argonul.

Sudarea în puncte prin procedeul MIG-MAG poate fi realizată, cu sârmă plină sau cu sârmă tubulară. Sudarea cu sârmă tubulară dă o pătrundere mai mare decât sudarea cu sârmă plină la procedeul MAG. Prin acest procedeu se realizează sudarea tablelor din oțeluri nealiate sau oțeluri mediu aliate, precum și din oțeluri inoxidabile pe suport de oțel carbon. Uneori, în condiții speciale tehnologice, legate de curățirea suprafețelor, se realizează îmbinarea prin puncte și a tablelor de aluminiu.

Sudarea prin puncte prin procedeul WIG a tablelor de oțel se realizează pentru componenta S1 cu grosimi cuprinse între 0,5…2 mm, caz în care se folosește un curent de sudare IS = 100…200 A, pentru varianta sudării în curent continuu, sau IS = 180…250A, pentru varianta sudării în curent alternativ. Timpul de menținere temporizată a arcului este cuprins între 1…5 s. Pentru sudarea în puncte prin procedeul MIG-MAG, grosimile tablelor din oțel folosite variază între 0,5…6 mm.

La sudarea prin procedeul STG diametrul sârmei tubulare este cuprins între 0,5…1,6 mm, iar în cazul sudării prin procedeul MAG diametrul sârmei pline este cuprins între 1,2…2,4 mm. Curentul de sudare IS = 100…500 A, tensiunea arcului circa 30 V, iar timpul temporizat al menținerii arcului 1…3,5 s.

În cazul în care cele două componente de sudat au grosimi S1 = S2 este bine, ca în procesul realizării punctului, tabla inferioară să se așeze pe un suport metalic din cupru. Acest suport nu va permite străpungerea tablei inferioare de către baia de metal topit.

Descrierea tipurulor de măsurători CAQ asupra dispozitivelor de sudare

Măsurarea și controlul pieselor și subansamblelor ce formează dispo-zitivul de asamblare.

Controlul unui proces se poate efectua în două moduri: control total, prin măsurarea tuturor pieselor fabricate, sau control prin sondaj, bazat pe teoria probabilităților și statistica matematică.

Un control total necesită un număr foarte mare de controlori și un volum foarte mare de date de prelucrat și uneori imposibil de realizat, în cazul proceselor continui.

Această metodă, foarte răspândită, presupune controlul bucată cu bucată a întregii cantități de produse.

Deși acest control are mai multe avantaje la producția de unicate sau de serie mică, precum și în cazul unei producții nestabilizate, el întrunește câteva neajunsuri la producția în serie mare sau în masă.

Metodele de control în raport cu fluxul de fabricație, pot fi privite și luând ca bază un proces tehnologic sau principala operație a procesului. Din acest punct de vedere se disting trei etape ale controlului, respectiv controlul înaintea, în timpul și la încheierea procesului.

Controlul înaintea începerii procesului tehnologic.

Această etapă începe practic printr-un examen critic al proiectului construcției respective, în vederea eliminării oricăror cauze care ar conduce la un posibil insucces. În această fază se vor trece în revistă:

procedeele tehnologice preconizate a se aplica;

utilajele disponibile și performanțele lor;

materialele folosite;

transportul și manevrarea pieselor și semifabricatelor;

tratamentele termice necesare și posibilitățile practice de aplicare;

forța de muncă disponibilă (efectiv, calificare);

controlul nedistructiv, etc.

Apoi se trece la controlul calității materialelor folosite (materiale de bază, de adaos, auxiliare). Controlul acestor categorii de materiale se efectuează prin verificarea documentelor însoțitoare (etichete, marcaje, certificate de calitate, etc.), a aspectului, gradului de curățenie, deteriorărilor pe timpul transportului etc.

În ultimă fază a acestei etape este inclusă verificarea calificării forței de muncă.

Controlul în timpul desfășurării procesului tehnologic

Această etapă începe practic din momentul în care materiile prime și semifabricate-le au fost aduse la locul de prelucrare.

Controlul se execută, în primul rând, de către personalul operator, apoi de către persoanele imediat următoare pe scară ierarhică: șef de echipă, maistru, inginer, eventual reprezentantul beneficiarului.

Controlul la încheierea procesului tehnologic

În această etapă se ia decizia de acceptare/ respingere a produselor. Ea coincide cu controlul final.

În mod normal, aplicarea controlului preventiv (primele două etape descrise), trebuie să constituie o garanție suficientă pentru succesul lucrării respective.

Totuși, numeroși factori care influențează procesele de prelucrare și abaterile im-previzibile de la disciplina tehnologică, conduc în mod inevitabil la neconformități mai mult sau mai puțin grave.

Obiectivul acestei etape de control constă tocmai în depistarea acestor neconformități. Ea include metode și tehnici de control distructive sau nedistructive, metode statistice.

Dispozitivele de sudură în general fiind unicate nu se poate vorbi despre o automatizare complectă a controlui de calitate pentru verificare pieselor. Pentru verificarea executării corecte a pieselor de referință active (mayler block) este anevoios a se măsura cu o mașină de măsurat în coordonate. De exemplu pentru verificare distanței între două gauri de știf și diametru găuri este mai ușor a utiliza un șubler de precizie (exemplu Brown & Sharpe DURACAL IP67 are o precizie ridicată) și un calibru de verificare a diametrului respectiv. Pentru piese care au mai multe găuri și condiții de prelucrare, ele se vor măsura cu o mașină de masurat fixă sau cu un brat (FARO, Romer etc.)

Măsurarea și confirmarea geometrică a dispozitivului.

Pentru a evalua calitatea un ei caroserii auto, producătorii nord-americane includ tot mai multe decizii bazate pe date în loc de opinii subiective. Conform acestei abordări, este o înțelegere a calității datelor culeseși din acest motiv există o eficiență a sistemelor de măsurare utilizate. Voi încerca să abordez punctele forte și limitările sistemelor de măsurare a caroserie auto și să urmăresc impactul lor asupra strategiilor de evaluare dimensională.

Un sistem de măsurare ideal generează măsurători care convin exact cu un standard maester. Din păcate, sisteme de măsurare cu astfel de proprietati rareori există. Sisteme de rutină folosite produc de obicei date cu deviații de măsurare și variație. Deviațiile de măsurare sunt abateri între valorile măsurate și valorile reale (de obicei se obțin prin utilizarea echipamentelor de măsurare mai precise). Variația de măsurare se referă la incapacitatea de a obține aceeași valoare pentru măsurări repetate de aceeași parte.

Dispozitivele de fixare în sistemele de măsurare și operațiile de asamblare urmează principiu de fixare 3-2-1 pentru poziționarea partului. Sub aspectul acestui principiu, trei puncte poziționează partul în planul de referință sau direcția (ex. high/low). Două puncte poziționează partul în a doua direcție (ex. in/out) și lasând ultimul punct pentru cea de-a treia direcție (ex fore/aft). Această abordare fixează partul în spațiul tridimensional și îi asigură cele constrângerea celor 6 grade de libertate. Pentru unele modele de proiectare, unii producători pentru cele punctele care dau a doua și a treia direcție folosesc doi pini rotunzi, unul poziționând într-o gaură rotundă, iar celălalt într-un slot. Pinul din gaura rotun-dă fixează partul în două direcții (ex. in/out și fore/aft). Slotul devine un alt locator pentru a doua direcție (ex. in/out). Figura 3.26 prezintă o reprezentare schematică a principiului 3-2-1, folosind o combinație gaură rotundă/slot [13].

Figura 3.26 – Modelul 3-2-1 de fixare [13]

Generarea rapoartelor de măsurare.

Măsurare și confirmare geometrică față de dispozitiv.

În acest caz se folo-sește modelul geometric virtual al dispozitivului (pentru cazul nostru în format IGS – Initial Graphics Exchange Specification). În figura 3.27 este prezentat un modelul de generare al unui raport de măsurare utilizând formatul 3D al dispozitivului pentru confirmarea geometrică. În această figură se repezintă vederea 3D a dispozitivului și punctele măsurate.

Dezavantajele aceistei metode constă în faptul că erorile pot fi propagate de la proiectant la procesul de fabricație, dacă există erori de proiectare a dispozitivului față de caroseria auto acestea nu pot fi corectate în acest caz.

În figura 3.28 sunt prezentate în format text valorile obținute după măsurare a punctelor care determină poziționarea dispozitivului în suportul său.

Figura 3.27 – Raport cu vizualizarea punctelor măsurate [30]

Figura 3.28 – Raport cu volarile măsurătorilor

Măsurare și confirmare geometrică față de caroserie (part).

În acest caz măsurătorile și comfirmarea geometrică a dispozitivului se face față de modelul geometric virtual al caroseriei automobilului în format IGS sau pentru anumiți producători se folosește suprafața numerizată a caroseriei, care este la fel cu modelul geometric virtual al caroserie, diferența fiind în faptul că la suprafața numerizată caroseria nu are grosimea tablei și se dă sensurile de creștere ale materialului. Când se folosește suprafețele numerizate ale caroseriei la măsurare se ține cont de sensul de creștere al materialului. Dacă sensul de creștere al materialu-lui conincide cu sensul al punctului de contact atunci la măsurare se folosește grosimea tablei cu 0, dar dacă sensul de creștere al celor două este contrar, atunci la măsurarea punctelor de contact se folosește valoarea de grosime a tablei dată de producător pe desenul de execuție, dar având semnul negativ.

În figura 3.29 este prezentat un modelul de generare al unui raport de măsurare utilizând formatul 3D al caroseriei auto pentru confirmarea geometrică. În această figură se repezintă vederea 3D a caroseriei și punctele de control măsurate pentru realizarea aliniamentului.

Figura 3.29 – Vedere grafică cu sistemul de aliniere a dispozitivului față de part [26, 27]

În figura 3.30 sunt reprezentate valorile de referință pentru această caroserie. Acestă caroserie având o dimensiune și un volum mare au fost necesar proiectarea a mai multor puncte de referință.

Figura 3.30 – Vedere grafică a punctelor de referință [26, 27]

În figura 3.31 sunt reprezentate valorile măsurate față de caroseria auto în punctele de contact dintre dispozitiv și caroserie.

Avantajele aceistei metode față de metoda precedentă constă în faptul că erorile de proiectare a dispozitivului față de caroseria auto pot fi corectate în acest caz deoarece se folosește ca referință caroseria mașinii.

Figura 3.31 – Reprezentarea vizuală a punctelor masurate față de part [26, 27]

Capitoul IV. Contribuții privind aplicația măsurării cu laser și asistate de robot

Descrierea tehnologiei.

Pentru realizarea obiectivului de cercetare propus în această lucrare de cercetare, autorul a realizat în cadrul firmei GMAB Consulting o celulă flexibilă în care să se realizeze sudarea automată a întăriturii introduse în ușa automobilului pentru mărirea rigidității și siguranței. Măsurarea și alinierea celulei se dorește să se facă automatizat, cu ajutorul robotului din celulă, în acest sens măsurarea dispozitivelor din celulă se vor face automatizat. În figura 4.1 este prezentat modelul teoretic (forma numerizată) a unei uși față de la autoturism.

Celula flexibilă este compusă dintr-o stație de fixare (welding fixture), o stație de încărcare (loading fixture), un robot ABB (model IRB7600 M2000A – figura 4.2 [31]), griper de manipulare, pistol de sudură, două standuri, un dispozitiv de fixare a bilei reflectoare pe flanșa robotului și un dispozitiv de măsurare laser CMM. Dispozitivul de măsurare este laser tracker produs de firma FARO, modelul ION™, an fabricații 2011.

Figura 4.1 – Modelul virtual al ușii față.[30]

Figura 4.2 – Robot ABB model IRB7600 M2000A

În figura următoare este stația de sudură, unde se prezintă dispozitivul de fixare și ușa automobilului, împreună cu ramfortul pregătit pentru sudare (figura 4.3).

Figura 4.3 – Stația de sudură [30]

În figura 4.4 este reprezentată ușa autoturismului și a punctelor de contat cu monoblocurile metalice pentru poziționarea pe o direcție și cei doi cilindri de centrare pentru poziționarea ei pe celelalte două direcții. Acestea sunt punctele de interes pentru măsurare.

Figura 4.4 – Puncetele de contac și locatorii

În figura 4.5 este prezentat studiul de interferență dintre clești și tablă sau clești și dispozitiv ca să se poată realiza sudare în puncte.

Figura 4.5 – Studiu de interferență

Contribuții privind soluția constructivă și tehnologică de poziționare a bilei reflectoare.

Dispozitivul de fixare a bile reflectoare este concepție proprie și are la bază modul de funcționare a unui palpator obișnuit (figura 4.6 adaptat pentru robotul IRB1600 disponibil în cadrul laboratorului Universității Oradea). Părțile componente ale dispozitivului de fixare a bilei reflectoare sunt:

adaptor de fixare pe flanșa robotului (SP0100)

placa suport a tijei de susținere (SP0105)

tijă de susținere fixă (SP0101)

tijă din material plastic mobilă (SP0108)

capac plastic cu inveliș metalic pentru închidere circuit 12V (SP0106)

bilă contact circuit 12V (SP0107)

ansamblu lagăr cu o sferă (SP0110, SP0111, SP0112)

două bucșe de ghidare Sankyo (20x28x20) din bronz grafitat

două arcuri cilindrice de compresie (SF-TF-SS1774-04)

șase arcuri cilindrice de extensie (SF-DFR-SS2331-06)

tijă susținere bilă reflectorizată (SP0103)

suport fixare bilă reflectorizantă (SP0113)

bila reflectorizantă “break resistant SMR” de 1.5inch (SP0114)

Cele două tije mobile sunt prinse la sfera care este fixată în lagăr. Prima tijă are la capăt fixată bila reflectoare, iar a doua tijă are fixat un senzor, care rol de a opri robotul din deplasare lui. Senzorul are rolul de a opri deplasarea robotului cand are loc palparea piesei pe care vrem să o măsurăm. Fiecare palpare (atingere) cu bila reflectoare repre-zintă un punct măsurat în programul Metrolog, de exemplu pentru măsurarea unui cilindru sunt nevoie ca bila reflectoare să palpeze cilindrul de opt ori și astel se poate determina poziția cilindrului în sistemul de coordonate asociat.

Figura 4.6 – Dispozitiv de fixare bilă reflectoare

În figura 4.7 este vederea isometrică a dispozitivului de fixare a bilei reflectoare. Pentru a putea face simularea corectă în robcad este nevoie să se stie greutatea totală a dispozitivului pentru ca să nu depăși sarcina maximă admisă. Dispozitivul proiectat de autor are o greutate de aproximativ 3,5kg (figura 4.8).

Figura 4.7 – Vedere isometrică

Figura 4.8 – Calcul greutate dispozitiv.

În figura 4.9 este prezentat dispozitivul de prehensiune montat pe robotul din cadrul laboratorului de Fabricație Flexibilă al Universității Oradea cu reflectorul așezat pentru a se putea face echilibrarea lui.

Figura 4.9 – Dispozitivul de prehensiune echilibrat.

În figura 4.10 este prezentat dispozitivul de prehensiune echilibrat și reflectorul de 1.5 inch montat pentru măsurare.

Figura 4.10 – Dispozitivul de prehensiune pregătit pentru măsurare

Stabilirea punctelor de măsură conform modelului virtual în cadrul programului Metrolog.

Stabilirea puncetelor de măsurare se face conform cerințelor de poziționare a modelului matematic, pentru aceasta se crează o aplicație cu ajutorul programului Metrolog XG13 (figura 4.11). La început se alege reflectorul cu care se va face măsurătorile (1.5 inch), apoi se definesc punctele de referință pentru se crea sistemul de aliniere în cooncordanță cu modelul matematic. Dispozitivul nostru respectă mdoul de fixare 3-2-1 prezentat anterior.

Figura 4.11 – Aplicația pentru realizarea măsurătorilor automate.

Astfel, avem patru puncte (locatori – SRF1 … SRF16) de susținere care poziționează piesa într-un plan primar sau o direcție (direcția Y). Pentru a doua și a treia direcție folosim doi pini (cilindri), primul cilindru (CYL1) fixează într-o gaură, iar al doilea cilindru (CYL2) intr-un slot. Pe fiecare suprafață de contact dintre piesă și tabla ușii se măsoară patru puncte pe colțurile piesei. Cilindri se măsoară în 8 puncte și apoi se face intersecția cu un plan teoretic de pe suprafața tablei în locul unde este gaura sau slotul. Apoi se definesc punctele de contact între fața de ușă și dispozitivul de fixare conform punctelor prezentate anterior în figura 4.4.

Aplicația complectă realizată cu ajutorul programului Metrolog XG13 se află la anexe (Anexa 3).

Construcția virtuală a celulei flexibile.

Datorită complexității crescută a produselor și a proceselor de fabricație vedem provocările cu care se confruntă producători, adică să fie la timp pe piață și optimizarea activelor. Se așteaptă de la producători să livreze produsul perfect și la timp, dar în același timp să mențină aceleași tinte, un cost scăzut și calitate reidicată. Pentru a face față acestor provocări, cei mai importanti producatori au nevoie de sisteme de validare virtuală a procesului lor de fabricație.

Simularea procesului oferă răspunsul la aceste probleme, prin modelarea, proiectarea și validarea acestor procese într-un mediu 3D dinamic. Simularea proce-sului se exstinde la o varietate de procese robotizate, care să permită simularea și punerea în funcțiune a sistemelor de producție.

În tabelul 4.1 este prezentat datele tehnice ale celulei flexibile din cadrul firmei GMAB Consulting.

Tabel 4.1 – Caracteristici tehnice ale celulei flexibile GMAB Consulting [30]

În tabelul 4.2 sunt date valorile TCP-ului (Tool center point), masa și centrul de greutate (EOAT1 center of gravity) pentru gripper. Aceste valori sunt obținute din simularea gripper-ului în programul RonCAD.

Tabel 4.2 – Valori ale gripper-ului montat pe robot

În figura 4.12 este prezentată celula flexibilă propusă pentru măsurarea automată în cadrul firmei GMAB Consulting. Această vedere isometrică reprezintă așezarea dispozitivelor de fixare/sudură, de încărcare în celulă, precum și așezarea robotului IRB7600 M2000 și a dispozitivelor de așezare a gripper-ului și a cleștelui de sudură.

Figura 4.12 – Celula flexibilă simulată în RobCAD [30]

1 EOAT – End of Arm Tooling

În figura 4.13 este aceiași celulă, dar având o vedere de sus, după care s-a realizat layout-ul celulei (figura 4.14) pentru realizearea efectivă a ei.

Figura 4.13 – Celula flexibilă, vedere de sus.

Figura 4.14 – Layout-ul celulei flexibile.

În figura 4.15 și figura 4.16 este prezentată celula flexibilă din cadrul firmei GMAB Consulting pentru sudarea feței de ușă DACIA.

Figura 4.15 – Celulă flexibilă GMAB Consulting

Figura 4.16 – Celulă flexibilă GMAB Consulting

Stabilirea traiectoriilor de mișcare a robotului

Pentru celula flexibilă de sudare a feței de ușă

Programul pentru stabilirea tariectoriilor de mișcare a fost obținut din generarea offline a simulării celulei de asamblare a ușii, cu ajutorul programului RobCAD (Anexa 2) pentru celula flexibilă din cadrul firmei GMAB Consulting.

Pentru centrul celulei flexibile TMA-AL 550

Se prezintă etapele de aplicare a procedurilor de modelare-simulare privind funcțiile roboților din cadrul celulei flexibile TMA-AL 550 [32]:

robot nr.1 (R1) – de deservire a magaziei Regal și conveiorul de piese-scule;

robot nr.2 (R2) – de deservire a stației de încărcare-descărcare și conveior.

Se definesc în 3D la scara 1:1 entitățile care compun celula flexibilă și apoi se introduc în context succesiv (figura 4.17): mașina de bază (CP); „load station” (LS); dispozitiv modular (DM); conveior (CV); magazia Regal (MR); paleta mașinii (PM); robot Nr.1 (R1); robot Nr.2 (R2).

Figura 4.17 – Reprezentare celulă TMA-AL 550: ”load station” (LS),

dispozitiv modular (DM), 2 roboți (R1 și R2), conveior (CV), și magazia Regal (MR)

Modelarea și simularea funcțiilor de încărcare-descărcare sa realizat cu ajutorul programului Robot Studio, care implică modelarea 3D la scară 1:1 a tuturor entităților participante (figurile 4.18, 4.19, 4.20) și la care apoi se aplica legi de mișcare programate virtual.

Modelarea utilizând programul Robot Studio trebuie inițiată prin încărcarea și inițializarea unui controler virtual, care va avea exact aceleași funcții ca și controlerul real. În acest caz s-a inițializat controlerul IRC5. După inițializarea acestui controler urmează încărcarea robotului IRB 1600 (R1) în celula de fabricație.

Figura 4.18 – Prezentare robot (R1) în programul Robot Studio [32]

După încărcarea robotului, urmează încărcarea elementelor constituente ale celulei de fabricație. În fig. 4.19 este prezentată încărcarea mașinii TMA-AL 550.

Figura 4.19 – Reprezentare în Robot Studio a centrului de prelucrare

TMA-AL 550 și a robotului IRB 1600 (R2) [32]

În figura 4.20 se prezintă încărcarea conveierului și a suportului pentru robotul IRB, totodată se prezintă și amplasarea robotului IRB 1600 (R2) pe suport.

Figura 4.20 – Reprezentare în Robot Studio a centrului de prelucrare TMA-AL 550 (CP),

a robotului IRB 1600 (R2) și a conveiorului (CV) [32]

Capitolul V. Achiziționarea datelor ca urmare a ex-plorării unei celule de asamblare asistată de robot.

5.1. Achiziționarea datelor de măsurare din celula flexibilă

Autorul a realizat diferite încercări experimentele pe celule flexibile aflate pe linia de asamblare. S-au încercat metode noi de aliniere a robotului cu diferite dispozitive de fixare pentru diferite tipuri de automobile.

Achiziționarea acestor date și generarea raportului sunt în urma măsurătorilor făcute cu ocazia alinierii unei noi linii de asamblare în cadrul firmelor Jaguar și Land Rover.

Achiziționarea datelor pentru alinierea și poziționare axei liniare suplimentare a robotului

În figura 5.1 este prezentat roportul pentru alinierea și poziționarea axei liniare suplimentară a robotului (robot 7-axe). Sunt cateva forme standard de rapoarte, dar de cele mai multe rapoartele se personalizează în funcție de cerințele clientului și de ceea ce acesta dorește să fie scos în evidență. Acest rapoart este generat în urma măsurătorilor făcute cu ocazia alinierii unei noi linii de asamblare. Pe această linie nouă se asamblează două variante diferite.

Figura 5.1 – Raport de nivelate robot 7-axe.

În figura 5.2 este prezentată alinierea unui dispozitiv de susținere a caroseriei pe linia de asamblare, vedere de sus a dispozitivului. În figura 5.3 este prezentat același dispozitiv, dar din vedere laterală pentru evidențierea aliniamentului folosit.

Figura 5.2 – Vedere de sus a aliniamentului.

Figura 5.3 – Vedere laterală a aliniamentului

Analiza diferențelor de poziționare a dispozitivelor pentru cele 2 modele de caroserie.

Autorul a dezvoltat o procedură pentru a alinia dispozitive de fixare noi într-o linie de asamblare deja funcțională, care a fost aliniată înainte. În acest caz nu s-a putut măsura flanșa robotului, deoarece era montat dispozitivele de nituire sau gripere. Noile dispozitive au fost pentru un alt model de autoturism, care a fost mai scurt decât prima mașină. Deoarece ambele variante aveau aceiași origine a sistemului de coordonate am putut folosi vechea aliniere pentru a poziționa laser tracker-ul, apoi să creez o legătură între poziția robotului și poziția instrumentului de măsurare. Robotul are deja poziția pentru instrumentul vechi, așa că am putut crea relații între 4 puncte din robot în mașină și linia de referință vechi. După aceasta am creat un nou aliniament în referință nou instrument și pentru a genera de 4 puncte pentru robot pentru fixare nou, cu noi posturi.

Aprecierii asupra valabilității procedeului.

Prin metodele folosite am ajuns la valori care se află în câmpul de toleranță, ceea ce face ca aceste metode să fie valabile de fiecare dată când se refac măsurătorile. În tabelul 5.1 este prezentat un raport care arată că valorile sistemului de referință sunt în același câmp de toleranțe și îndeplinește condițiile de repetabilitate pentru celula flexibilă măsurată în firma Jaguar.

Tabel 5.1. Valorile obținute pentru sistemul de referință

Atunci când implementăm model teoretic în realitate este imposibil să coincidă modelul toretic cu modelul real. Din acest motiv, este important pentru a afla eroarea de poziționare a dispozitivului sau a mesei rotative, după caz. Pentru aceasta este nevoie să facem alinierea dispozitivului cu robotul. Această aliniere se face față de sistemul de referință al robotului pentru că acela se consideră fix. Prin aliniere înțelegem aflarea distanței la care se află punctul zero al sistemului de coordonate al dispozitivului față de punctul zero al sistemului de coordonate al robotului.

În tabelul 5.2 se prezintă abaterea de aliniere a dispozitivului cu robotul. Acest lucru înseamnă că trebuie să compensem această abatere în programul de lucru al robotului generat offline pentru aaceiași celulă amintită anterior.

Tabel 5.2. Abaterea de aliniere

Achiziționarea datelor pentru preluarea „off-set”-ului ale dispozitivului „tombstone”

În figura 5.4 se reprezintă precizia centrării dispozitivului modular pe paleta mașinii, care se realizează prin intermediul unui cep cilindric de centrare.

Figura 5.4 – Precizia centrării dispozitivului pe paleta mașinii.

Valorile măsurătorilor realizate în faza inițială pentru a determina precizia de centrare sunt reprezentate în tabelul 5.3.

Tabelul 5.3 – Valorile măsurătorilor realizate pentru precizia de centrare

În figura 5.5 se reprezintă precizia orientării dispozitivului modular pe paleta mașinii, în faza inițială care se realizează prin intermediul a 2 pene.

Figura 5.5 Precizia orientării dispozitivului pe paletă

Tabel 5.4 Valorile măsurătorilor realizate pentru precizia orientării dispozitivului

Precizia cuiburilor pe dispozitiv

Pentru a stabili precizia cuiburilor pe dispozitiv s-au efectuat măsurători cu laserul în faza inițială și s-a utilizat un program de măsurare Metrologic Grup XG, versiunea 13.01 în cadrul căruia s-a introdus modelul 3D al dispozitivului modular în faza inițială de prelucrare.

În fig. 4.21 s-au determinat preciziile celor 4 cepuri de poziționare, în vederea orientării cuiburilor pe dispozitiv.

Fig. 4.21 Precizia orientării cuiburilor pe dispozitiv

Tab. 4.3 Valorile măsurătorilor realizate pentru precizia orientării cuiburilor pe dispozitiv

Tab. 4.3 Continuare

Precizia plăcii amovibile în cuib

Pentru determinarea preciziei plăcii amovibile în cuibul dispozitivului s-a luat ca punct de referință centrul plăcii, fig. 4.22.

Fig. 4.22 Precizia plăcii amovibile în cuibul dispozitivului

Tabelul 4.4 – Valorile măsurătorilor realizate pentru precizia plăcii amovibile

Precizia și “off-set”-ul piesei pe placa amovibilă purtătoare

“Off-set”-ul piesei pe placa amovibilă purtătoare se determină în amonte de magazia Regal .

În fig. 4.23 s-a determinat precizia și “off-set”-ul pentru 12 piese (puncte) fixate pe placa amovibilă.

Fig. 4.23 Precizia și “off-set”-ul piesei pe placa amovibilă

Cunoașterea acestui “off-set” și modul de alocare și gestionare prin soft va constitui obiectul unei alte cercetări.

În tab. 4.5 s-au determinat abaterile de poziționare față de centru pentru cele 12 piese (puncte) fixate pe placa amovibilă purtătoare.

Tab. 4.5 Abaterile de poziționare față de centru

Capitolul VI. Concluzii.

Concluzii generale

Este important ca atunci când se începe fixarea dispozitivelor în celula de asamblare să se aibă desenul de ansamblu cu poziția fiecărui dispozitiv din celulă. Originea celulei de asamblare trebuie să fie în strânsă legătură cu originea liniei de asamblare, în mod special cand avem roboți care manipulează subansamblele rezultate din celulele flexibile. Se recomandă folosirea dispozitivelor portabile de măsurare în coordonate (exemplu, laser tracker) pentru poziționarea și alinierea lor.

Dispozitivele trebuiesc bine fixate pe dușumea, ca să nu le ofere o rigiditate cât mai mare și repetabilitate. În cazul în care dispozitivele sunt montate pe mese rotative trebuie să ne asigurăm că avem drivere capabile să efectueze mișcările de rotație foarte precis, adică să avem aceleași unghiuri de rotatie de fiecare dată.

Pentru roboți 7-axe este important să se știe unde se află originea sistemului de coordonate robotului și orientarea axelor. De asemenea pentru robotul 7-axe este important să se verifice planeitatea acestuia față de planul gravitațional măsurat de către laser.

Când se aliniază mai multe dispozitive (conveior, framer, lifturi, mese transportatoare, dispozitive de fixare a șasiului) dintr-o linie de asamblare este bine să se folosească aceiași bază de date ca și referință pentru crearea sistemului de coordonate.

Contribuții personale

Contribuțiile personale au fost în realizarea dispozitivul de prehensiune care

Perspective viitoare

Perspective viitoare de cercetare

Anexa 1.

Înscrierea toleranțelor în desenul de execuție.

Anexa 2.

Programul pentru robotul IRB

PROC release_part()

Reset doGripClose;

Set doGripOpen;

WaitTime 0.5;

GripLoad load0;

ENDPROC

PROC grip_part()

Reset doGripOpen;

Set doGripClose;

WaitTime 0.5;

WHILE diGroupGripper=0 DO

TPErase;

TPWrite "EROARE:Partul nu este sesizat de gripper";

TPWrite "";

TPReadFK reg2, "Verifica asezarea partului", "OK", stEmpty,stEmpty,stEmpty, stEmpty;

ENDWHILE

GripLoad payload;

ENDPROC

PROC stop_production()

MoveJ home,v1000,fine,tGripper1;

Stop;

ENDPROC

PROC update_cycle()

MoveJ home,v1000,fine,tGripper1;

reg1:=reg1+1;

TPErase;

TPWrite "";

TPWrite "";

TPWrite "Cicluri terminate:"\Num:=reg1;

ENDPROC

PROC drop_stand()

MoveJ p10,v1000,z50,tGripper1;

MoveJ pick_part,v500,fine,tGripper1;

release_part;

TPErase;

TPWrite "Cicluri terminate:"\Num:=reg1;

TPWrite "Usa este depusa pe load stand";

MoveJ p10,v1000,z50,tGripper1;

MoveJ p20,vmax,z50,tGripper1;

ENDPROC

PROC pick_fixture()

WHILE diGroupFixture=0 DO

TPErase;

TPWrite "EROARE:Lipseste partul sau nu e bine asezat în fixture";

TPWrite "";

TPReadFK reg2,"Verifica asezarea partului","OK",stEmpty,stEmpty,stEmpty,stEmpty;

ENDWHILE

MoveJ p20,vmax,z50,tGripper1;

MoveJ p30,v1000,z10,tGripper1;

MoveJ drop_part,v500,fine,tGripper1;

grip_part;

TPErase;

TPWrite "Cicluri terminate:"\Num:=reg1;

TPWrite "Usa este ridicata de pe weld fixture";

MoveJ p30,v1000,z10,tGripper1;

MoveJ p20,vmax,z50,tGripper1;

ENDPROC

Anexa 3.

Aplicația complectă realizată în programul Metrolog XG 13 pentru măsurarea automată

Anexa 4.