Proiectarea Si Studiul Functionarii Unei Statii de Lucru Robotizate
PROIECT DE DIPLOMĂ
PROIECTAREA ȘI STUDIUL FUNCȚIONĂRII UNEI STAȚII DE LUCRU ROBOTIZATE
REZUMAT
Lucrare de finalizare a studiilor are drept scop proiectarea și studiul funcționării unei stații de lucru robotizate, utilizate în fabricarea unui subansamblu de caroserie auto.
Proiectul de diplomă cuprinde cinci capitole urmată de o listă cu referiri bibliografice utilizate la documentarea și elaborarea lui.
În capitolul 1 am prezentat câteva generalității privind roboții industriali, avantajele oferite la utilizarea acestora în domeniul industriei auto, fiind prezentate prin grafice numărul și domeniile utilizării roboților în diverse țării industrializate.
Capitolul al doilea, al proiectului prezintă aspecte teoretice privind structura și funcțiile efectorului final, fiind descriese și prezentate tipuri constructive de efectoare finale care echipează roboții industriali în diverse aplicații.
Capitolul al treilea, prezință câteva aspecte teoretice privind proiectarea efectoarelor finale și a stațiilor de sudare robotizate, unde au fost prezentate și modelate 3D două tipuri de efectoare finale utilizate la sudarea mecanizată și robotizată a unor subansamble din tablă.
Capitolul al patrulea, reprezință partea de contribuție cea mai importantă, unde am realizat modelarea 3D și 2D a unei stații de lucru robotizate utilizată pentru sudare în puncte a trei repere din tablă, pe un subansamblu auto component al unei caroserii auto. Capitolul al patrulea prezintă prin vederi izometrice modelate 3D și 2D structura și componența stației de sudare robotizate, formată dintr-un efector final de manipulare de tip modular, care manipulează cele trei repere din tablă de forme geometrice și mase diferite, transferându-le spre o stație de sudare.Dispozitivul de fixare al subansamblului din tablă al stației de sudare tip modular, asigură centrarea și fixarea elementelor, în vederea sudării robotizate. Sistemele de centrare și fixare, din cadrul stației robotizate, sunt realizate din elemente constructive tipizate, fixate prin șuruburi pe masa dispozitivului, iar acționarea mecanismelor, este de tip pneumatic. Sudura robotizată în puncte oferă o productivitate ridicată, coroborată cu o precizie de execuție la standardele cerute de producător, astfel încât subansamblele obținute să respecte condiția de interschimbabilitate.
În capitolul 5, al proiectului de diploma am prezentat câteva tipuri de senzori utilizați la construcția efectoarelor finale modulare tipizate. Au fost prezentate prin vederi izometrice modelate 3D, modalității de poziționare și fixare al senzorilor de proximitate și al senzorilor cu fascicol luminos, care sesizează și transmite sistemului de comandă și conducere a robotului, poziționarea corectă a elementelor din tablă sudate în stația de sudare robotizată.
CUPRINS
CAPITOLUL 1.
GENERALITĂȚI PRIVIND ROBOȚII INDUSTRIALI
1.1.Noțiuni introductive privind roboți industriali
1.2. Domenii de aplicație ale roboților
1.2.1. Aplicații industriale ale roboților
1.3. Aplicații robotizate în operații de sudură
CAPITOLUL 2.
Structura și funcțiile efectorului final (E.F.)
2.1. Noțiuni introductive despre efectoare finale
2.2. Tipuri constructive de efectoare finale
2.2.1. Efectoare finale cu rol de prehensiune
2.2.2. Efectoare finale utilizate în operații de sudură în puncte
2.2.3. Dispozitive de sudură mecanizate utilizate în operații de sudură în puncte
2.2.4. Efectoare finale pentru operații de sudură în puncte robotizate
CAPITOLUL 3.
ASPECTE TEORETICE PRIVIND PROIECTAREA EFECTOARELOR FINALE ȘI A STAȚIILOR DE SUDARE ROBOTIZATE
3.1 Noțiuni generale de proiectare asistată de calculator a reperelor și ansamblelor în sistemele de sudare robotizate
3.2. Modelarea 3D a unui dispozitiv de prehensiune modular
3.3. Modelarea 3D ale sistemelor de fixare ale dispozitivului de prehensiune
CAPITOLUL 4.
MODELAREA 3D ȘI STUDIUL FUNCȚIONĂRII UNEI STAȚII DE LUCRU ROBOTIZATE PENTRU SUDARE ÎN PUNCTE
4.1. Proiectarea sistemelor de centrare ale reperului din tablă orientat și fixat în stația de lucru robotizată
4.2. Proiectarea și modelarea 3D, 2D a stației de sudare robotízate și a elementelor de centrare și fixare ale subansamblului
4.2.1. Proiectarea și modelarea 3D a mesei stației de sudare
4.2.2. Proiectarea sistemelor de fixare modulare ale dispozitivului stației de sudare
4.2.3. Modelarea 3D a sistemului de centrare și fixare al tablei laterale în dispozitivul stației de lucru robotizată
4.3. Parametrii sistemelor de fixare tipizate ale efectorului final și a dispozitivului de fixare din cadrul stației de lucru robotizate
4.4. Dimensionarea sistemelor pneumatice de fixare ale efectorului final de manipulare
4.4.1. Calculul de verificare a șuruburilor care fixează sistemele de prindere pe placa mesei dispozitivului
CAPITOLUL 5.
SENZORI UTILIZAȚI LA CONSTRUCȚIA EFECTOARELOR FINALE MODULARE
5.1. Noțiuni privind senzorii utilizați în construcția efectoarelor finale
5.2.Concluzii privind studiul funcționării stației de sudură robotitate
BIBLIOGRAFIE
CAPITOLUL 1
GENERALITĂȚI PRIVIND ROBOȚII INDUSTRIALI
1.1. Noțiuni introductive privind roboți industriali
Termenul "robot" a fost folosit pentru prima dată în anul 1920, de către scriitorul de origine cehă, Karel Capek într-o piesă numită "Robotul universal al lui Kossum". În anul 1941, Isaac Asimov a folosit cuvântul "robotizare" pentru descrierea tehnologiei roboților și a prezis creșterea unei industrii robotice puternice. [12]
În anul 1956 a luat ființă prima companie ce a fabricat roboți industriali, iar în anul 1961 Compania de automobile "General Motors" "utilize (angaja)" primul robot industrial.
Robotica este o știință în plină dezvoltare. Rapida evoluție a construcției și aplicațiilor roboților pe de o parte, pe de altă parte timpul scurt care a trecut de la apariția acestui domeniu nou de știință, nu a permis încă clarificarea univocă a tuturor noțiunilor cu care operează și codificarea acestora. Această stare de fapt se reflectă chiar în definirea noțiunii de robot. [17]
Standardul ISO/TR/8373 – 2. 3 definește robotul astfel:
“Un robot este o mașină manipulativă, controlat automat, reprogramabil, multifuncțional, cu mai multe axe reprogramabile, care poate fi, fie fix într-un loc sau mobil, construit pentru a fi folosit în aplicații de automatizări industriale”.
Definițiile citate mai sus nu permit împreună lămurirea principalelor caracteristici ale robotului. Ele utilizează multe noțiuni, care la rândul lor cer a fi definite, cum ar fi:
Reprogramabil: a căror mișcări programate sau funcții auxiliare pot fi schimbate fără modificări fizice;
Multiscop: capacitatea de a se adapta la diferite aplicații ce se modifică fizic;
Modificări fizice: modificări ale structurii mecanice sau ale sistemului de conducere, excepție făcând schimbările de suporturi de programare, ROM-urile etc, ceea ce reprezintă o structură modulară a robotului.
Robotul este un sistem mecanic mobil condus după un program, capabil să execute automat operații pe care le efectuează omul, folosindu-și mâna și brațul, sub supravegherea ochilor, coordonarea mână – ochi realizându-se de creier. Asemenea operații se definesc de manipulare. Robotul are în componenta sa cel puțin un mecanism articulat”.
“Denumirea de robot se aplică unei familii de echipamente din care mai fac parte: manipulatorul, instalația de teleoperare, proteze/orteze, manipulatoare medicale, exoscheletele amplificatoare, mașini pășitoare, mașini târâtoare”.
În figura. 1.1 se definește “familia robot” [12]
Fig.1.1 Familia „Robot” [12]
În continuare se dau definițiile echipamentelor cuprinse în “familia robot”:
Robot– dispozitiv mecanic cu comandă automată, care îndeplinește funcții (operații) cum ar fi mânuirea sau locomoția;
Manipulator– dispozitiv pentru prinderea obiectelor și comandarea mișcărilor acestora ;
Robot mobil – dispozitiv care se deplasează față de sol sub control automat ;
Robot pășitor – robot care realizează funcții de locomoție asemănătoare omului sau animalelor;
Robot târâtor – robot care realizează funcții de locomoție asemănătoare unor reptile;
A. G. V. – vehicul ghidat automat ;
Proteză – dispozitiv care suplinește pierderea funcțiilor de manipulare sau de mobilitate a membrelor umane, prin pierderea (amputarea) unor părți sau totală a acestora ;
Orteză – dispozitiv care suplinește pierderea unor funcții de manipulare sau de mobilitate a membrelor umane (leziuni musculare, leziuni ale sistemului nervos) ;
Exoschelet – mecanism articulat ale cărui articulații corespund celor ale unui corp uman și care se deplasează împreună cu corpul la care este atașat (realizează amplificarea forței și mișcărilor corpului).
1.2. Domenii de aplicație ale roboților
În prezent roboții se utilizează în toate domeniile activității umane. Aceste activități urmăresc satisfacerea unor necesități individuale de grup sau sociale.Aplicațiile roboților pot fi în domeniile industriale și neindustriale. [12]
Din acest motiv roboții se împart din punct de vedere al aplicațiilor în roboți industriali și roboți neindustriali.
Primele aplicații ale roboților au fost în domeniul industrial și sunt preponderenți și astăzi, doar că sfera seviciilor a necesitat și a obținut o creștere substanțială a numărului roboților de servicii. Distribuția roboților conform domeniilor industriale, prezentate în figura de mai jos la nivelul anilor 2013 se prezintă în graficul din figura 1.2.
Fig. 1.2. Repartiția roboților pe domenii de activitate [22]
1.2.1. Aplicații industriale ale roboților
Ca urmare a creșterii foarte mari a industriei bunurilor de larg consum, fiind necesară modernizarea capacităților de producție deja existente și creșterea competitivității pe piața globală, tendința de automatizare, la nivel global, este într-o continuă creștere.
Eficiența energetică și construcțiile ușoare, sunt provocările majore ale industriilor prelucrătoare.Potențialul de utilizare a roboților industriali în celelalte domenii va crește substanțial, atunci când roboții vor colabora cu muncitorii și atunci când integrarea roboților va deveni mai ușoară. În mod special, integrarea prietenoasă a beneficiarului final cu roboții, în domeniul mașinilor-unelte, oferă un potențial enorm împlementării de noi roboți.
Roboții în aplicații industriale, pot realiza diverse operații de prelucrare cum ar fi, (sudare, vopsire, polizare etc) când se numesc roboți de prelucrare, sau pot manipula obiecte când, se numesc roboți de manipulare. Prin imaginile din graficele din figurile 1.3 – 1.4, sunt reprezentate domeniile de aplicații robotizate în principalele țări cu o dinamică mare de dezvoltare, la nivelul anului 2012.
Astfel în 2012, vânzările de roboți din Japonia au continuat să crească ușor, până la 28700 de unități. Dacă industria electronică și-a redus considerabil investițiile în roboți, în același timp industria de automotive a continuat să crească comenzile de roboți cu 31%. Statistica arată că volumul vânzărilor de roboți industriali este, încă, mult sub nivelul maxim atins în anul 2005, când vârful a ajuns la un maxim de 44000 unități. [22]
Fig. 1.3. Aplicații robotizate în Japonia [22]
Dinamica dezvoltării care a presupus masive investiții în anul 2012 în China a favorizat, ca aceasta prin creșterea economic realizată să devină a doua mare piață de roboți din lume, după Japonia. Vânzările de roboți din China, au crescut ușor în 2012, numărul acestora ajungând la circa 23000 de unități, fiind considerată de către specialiști ca fiind piața cu cea mai rapidă creștere, atingând o medie de circa 25% pe an. Începând din anul 2010, odată cu ieșirea treptată din criza economică, industria automotivă a fost vectorul unei creșteri aproape nelimitate a instalărilor de roboți în Germania. În anul 2012, industria automotivă și-a redus considerabil investițiile în roboți industriali, în timp ce celelalte ramuri industriale au avut comer de producție deja existente și creșterea competitivității pe piața globală, tendința de automatizare, la nivel global, este într-o continuă creștere.
Eficiența energetică și construcțiile ușoare, sunt provocările majore ale industriilor prelucrătoare.Potențialul de utilizare a roboților industriali în celelalte domenii va crește substanțial, atunci când roboții vor colabora cu muncitorii și atunci când integrarea roboților va deveni mai ușoară. În mod special, integrarea prietenoasă a beneficiarului final cu roboții, în domeniul mașinilor-unelte, oferă un potențial enorm împlementării de noi roboți.
Roboții în aplicații industriale, pot realiza diverse operații de prelucrare cum ar fi, (sudare, vopsire, polizare etc) când se numesc roboți de prelucrare, sau pot manipula obiecte când, se numesc roboți de manipulare. Prin imaginile din graficele din figurile 1.3 – 1.4, sunt reprezentate domeniile de aplicații robotizate în principalele țări cu o dinamică mare de dezvoltare, la nivelul anului 2012.
Astfel în 2012, vânzările de roboți din Japonia au continuat să crească ușor, până la 28700 de unități. Dacă industria electronică și-a redus considerabil investițiile în roboți, în același timp industria de automotive a continuat să crească comenzile de roboți cu 31%. Statistica arată că volumul vânzărilor de roboți industriali este, încă, mult sub nivelul maxim atins în anul 2005, când vârful a ajuns la un maxim de 44000 unități. [22]
Fig. 1.3. Aplicații robotizate în Japonia [22]
Dinamica dezvoltării care a presupus masive investiții în anul 2012 în China a favorizat, ca aceasta prin creșterea economic realizată să devină a doua mare piață de roboți din lume, după Japonia. Vânzările de roboți din China, au crescut ușor în 2012, numărul acestora ajungând la circa 23000 de unități, fiind considerată de către specialiști ca fiind piața cu cea mai rapidă creștere, atingând o medie de circa 25% pe an. Începând din anul 2010, odată cu ieșirea treptată din criza economică, industria automotivă a fost vectorul unei creșteri aproape nelimitate a instalărilor de roboți în Germania. În anul 2012, industria automotivă și-a redus considerabil investițiile în roboți industriali, în timp ce celelalte ramuri industriale au avut comenzi mai multe decât în 2011. [22]
Fig. 1.4. Aplicații robotizate în Germania [22]
Pe parcursul anului 2014, cererea industriei de automobile va începe să încetinească ritmul pe anumite piețe, după trei ani de creștere continuă a instalării de roboți, atât pe piețele tradiționale, cât și pe cele emergente. Acest fapt va presupune că industria electrică și electronică va crește investițiile în roboți pentru automatizarea producției.
Se așteptă creșteri, în continuare, de roboți și din partea altor industrii, în special din partea industriei farmaceutice, a industriei alimentare și de băuturi, industria de prelucrare a metalului și constructoare de mașini.
Creșterea vânzărilor de roboți este așteptată în America de Nord, Brazilia, Republica Coreea, China, în majoritatea piețelor din Asia de Sud Est, ca și în majoritatea piețelor din Europa de Est și în Turcia. În următorii ani este probabilă diminuarea vânzărilor de roboți în Germania, după investițiile semnificative în roboți în industria, de automobile realizate în ultimii trei ani.Marea Britanie este într-o situație similară și va prezenta, de asemenea, o diminuare a instalărilor de roboți pe parcursul anului 2014.
1.3. Aplicații robotizate în operații de sudură
În afară de lipsa acută de calificare a forței de muncă, costurile ridicate de producție și creșterea consecventă a cererii pentru calitate cât și condițiile mai bune de muncă sunt forțele de ghidare pentru numeroase investiții în automatizarea robotică. [11]Robotul industrial există deja de peste 25 de ani, în acest domeniu, capacitățile arcului electric de sudare au evoluat de la un stadiu incipient la un stadiu actual avansat. Procesele state-of-theart ale arcului electric de sudare, sunt în curs de dezvoltare rapidă, mai exact au ajuns într-o fază adaptabilă pentru cuplarea cu sistemele robotice. Acestă situație favorabilă, prevede orientarea celor interesați în îmbunătățirea producției, prin utilizarea sistemului robotic cu arc de sudură, care întâmpină frecvent probleme și soluții, inclusiv dezvoltarea continuă a instrumentelor și dipozitivelor sudate pentru automatizari industriale robotizate, special proiectate pentru a se adapta diferitelor condiții de sudare. În continuare sunt prezentați o serie de factori, ce influențează creșterea continuă pentru sistemele robotice cu arc de sudură, acești factori sunt:
• Procesul de control este realizat în scopul de a controla procesul de sudare, process care trebuie să fie monitorizat pe linia robotizată de sudare. Sistemul robotic în buclă închisă, oferă feedback pentru urmărirea diferitelor aspecte ale procesului de sudare și mijloace pentru a identifica motivele anumitor anomalii, inclusiv prevenirea eșecurilor înainte de apariție.
• Muncă costisitoare statistica arată că disponibilitățile pentru sudori de calificare sunt tot mai reduse, iar mențierea unui sudor calificat tot mai dificilă. Prin utilizarea roboților de sudură, calitatea devine consecventă, iar procesul de sudură poate fi controlat de muncitori necalificați, ceea ce conduce și la reducerea unor costuri de muncă, ducând în final la mărirea eficienței economice.
• Sănătate și securitate au ca preocupării protecția muncii, procesul specific de sudare pot fi periculos iar componentele sudate pot avea o mărimea și o greutate dificil de manipulat. Aceste situații, pot crea unele preocupări referitoare la siguranță în exploatare, robotul utilizat în operații de sudare, va izola muncitorul de la contactul direct cu procesul de sudare, iar sistemul robotului de sudare cu arc poate oferi facilități pentru a proteja operatorul, inclusiv pentru manipularea propriu-zisă. În figurile 1.5 – 1.6 sunt prezentate prin imagini două aplicații robotizate, utilizând mai mulți roboți de sudură, integrați într-o linie tehnologică de fabricație robotizată, care împreună sunt programați să asigure procesul de fabricație al unei caroserii auto. [27], [28].
http://www.ttonline.ro/sites/default/files/imagecache/large/articole/roboti_1.jpg
Fig 1.5 Aplicație industrială a doi roboți într-o stație de sudură robotizată [27]
http://infohale.ro/wp-content/uploads/2012/12/robotics.jpg
Fig 1.6 Aplicație robotizată de sudură în puncte a unei caroserii auto[28]
•Standarde de calitate și inițiative, arată ca majoritatea consumatorilor din ziua de azi sunt conștienți de calitate. Acest aspect, pozitiv a schimbat modul de fabricare a pieselor în toate fazele operațiunilor lor, în cosecință se acceptă o toleranță redusă pentru a fabrica un produs final acceptabil. Automatizarea și robotizarea cu arc de sudură poate asigura un flux continuu de părți care se potrivește în mod corect, ca urmare a căldurii reduse pe parcursul procesului de sudură rezultând mai puține rebuturi, respingeri sau revizuiri.
• Creșterea cerințelor de producție, a unui produs de succes produce cantități mai mari în aceeași perioadă de timp, de obicei, cu puține sau nici o creștere a forței de muncă și spațiul limitat disponibil pentru expansiune. Automatizarea proceselor poate reduce timpul de prelucrare, care conduce la rezultate numeroase în aceeași perioadă de timp.
• Costul de producție, contribuie numeroși factori cum ar fi creșterea salariilor, inflația, impozite mai mari și costurile de utilitate, creșteri materiale, etc, pot contribui la creșterea costurilor operaționale. Prin robotizare și automatizare, costurile de producție pot fi reduse la un nivel minim.
Beneficiile robotizării și automatizarii operațiilor de sudură
• În calitate – sunt obținute suduri atractive cu o putere maxima de penetrare a conexiunilor.
• Timpul mediu între defectări ating o rată ascendentă de până la 7000 de ore.
• Reducerea factorilor umani – fără pause de masă, vacanțe sau concedii medicale, elemente ce afectează constant programul de lucru.
• Prevederea cu trasabilitate și cu un sistem de calitate superioară, pentru un management performant al unei societății comerciale din domeniul industrial. Roboții utilizați în operații de control sunt capabili de urmărirea proceselor, precum și identificarea anticipată a potențialelor probleme.
• Reducerea substanțială a costurilor de formare a unui operator în domeniu. Inovații în unitățile roboților de control au simplificat muncă operatorilor prin reducerea necesității de a atinge pandantivul.
• Creșterea încrederii consumatorilor, "cadru sudat robotizat" poate suna mult mai bine decât "cadru sudat manual". Sistemul de automatizare, va contribui la reducerea costurilor de producție și creșterea volumului de producție.
• Abilitatea de a reconfigura și capacitatea de a schimba precum design-ul ori aplicația produsului, în funcție de cerințele pieței și a beneficiarului. Roboți industriali utilizații în operații de sudare, sunt flexibili și totodată capabili de a accepta schimbarea la nevoie a cereri.
CAPITOLUL 2
Structura și funcțiile efectorului final (E.F.)
2.1. Noțiuni introductive despre efectoare finale
Efectorul final, este definit ca fiind parte din sistemul mecanic al robotului, prin care acesta acționează asupra mediului. [12]
Efectorul final (EF), reprezintă ultimul element al unui robot și el este atașat de ultimul element al dispozitivului de ghidare (DG), având funcția de a solidariza obiectul manipulat (OM) față de acesta.
Conform schemei bloc prezentată în figura 2.1. efectorul final poate fi, sculă, cap de forță, dispozitiv de prehensiune sau platformă mobilă:
Fig. 2.1. Reprezentarea schematică a clasificării E.F [12]
În continuare, sunt descrise pe rând situațiile în care efectorul final poate să fie la nevoie :
Sculă (S) în situația când robotul industrial, este destinat executării unei operații de prelucrare pentru care nu se necesită o sursă de energie exterioară care să acționeze scula (pistol de sudare clasică sau în puncte, pistol de vopsire, instrument de măsură etc.);
Cap de forță cu sculă (CF) caz în care se cere și o sursă de energie care să acționeze scula (polizor, ciocan pneumatic, mașină de găurit, șurubelnițe mecanice etc.);
Dispozitiv de prehensiune (DP) când robotul industrial, este destinat să manipuleze diverse obiecte. Orice operație de manipulare presupune solidarizarea obiectului de manipulat de un element al dispozitivului de ghidare. Funcția de prehensiune a RI este efectuată de către DP solidar cu ultimul element al DG;
Platformă mobilă (PM), este utilizată în cazul roboților cu topologie paralelă. [12]
Funcțiile dispozitivului de prehensiune (DP) sunt reprezentate schematic în figura 2.2.
Fig. 2.2. Reprezentarea schematică a funcțiilor dispozitivului de prehensiune [12]
Funcția de adaptare constă în realizarea legăturii fizice între OM de RI și mediul de lucru, conform comenzilor din programul de executat și informațiile senzoriale.
Funcția senzorială constă în preluarea unor informații privitoare la obiectul manipulat și mediu (reprezintă formă, poziție, forță-cuplu, temperatură, etc.) prin intermediul unor traductoare sau senzori, în vederea transmiterii lor către sistemul de comandă al RI.
Structura efectorului final, este prezentată sub formă de schemă bloc în figura 2.3. și ea corespunde cerințelor funcționale ale acestuia. [17]
Fig. 2.3. Structura efectorului final [12]
2.2. Tipuri constructive de efectoare finale
În funcție de domeniul aplicației robotizate, efectoarele finale, pot diferi foarte mult, din punct de vedere constructive, având în vedere scopul pentru care au fost proiectate:
efectoare finale cu rol de prehensiune;
efectoare finale pentru operații de sudură;
efectoare finale pentru operații robotizate vopsire;
efectoare finale din categoria dispozitive pentru prelucrări cu unelte specializate.
2.2.1. Efectoare finale cu rol de prehensiune
Robotizarea continuă a industriei autovehiculelor rutiere, a condus la o continuă competiție în ceea ce privește diversificarea componentelor de structuri metalice, care concură în procesul de realizare a caroseriei autovehiculului rutier. În figura 2.4 se prezintă un sistem robotizat de manipulare și sudare robotizată, utilizat în majoritatea liniilor de producție și montaj industrial al subansamblelor caroseriilor auto. Sistemul robotizat, prezentat în figura de mai jos, este alcătuit dintr-o stație de sudare robotizată, care asigură alimentarea și ulterior fixarea elementelor componente din tablă, care urmează să fie manipulate de robotul industrial prin intermediul unui dispozitiv de prehensiune adecvat, realizat din elemente modulare. [25]
http://www.ttonline.ro/sites/default/files/imagecache/large/articole/roboti2.jpg
Fig 2.4. Prezentarea unui sistem robotizat de fabricație manipulând subansamble componente ale unei caroserii auto [25]
În imaginile din figurile, 2.5 și 2.6 sunt reprezentate prin două vederi izometrice diferite, modelul 3D al ansamblului unei variantei constructive a unui efector final modular, realizat din elemente tipizate, proiectat și ulterior realizat pentru a realiza operații de manipulare a unuia sau a mai multor elemente din tablă, componente ale unui singur subansamblu, component al unei tip de caroserii auto. [29], [7], [8].
Fig. 2.5. Modelarea 3D a unui efector final modular.Vedere izometrică 1 [29]
Fig. 2.6. Modelarea 3D a unui efector final modular. Vedere izometrică 2, cu subansamblu în timpul manipulării [29]
Conform reprezentării modelului 3D din figura 2.7. robotul industrial manipulează prin intermediul efectorului final modular, modelat 3D în cele două figuri prezentate mai sus, un subansamblu auto din tablă, spre o stație de sudare robotizată, formată dintr-un dispozitiv complex de tip modular, având în componență patru sisteme de orientare, din categoria pinilor de centrare, fixi și mobili. Sistemul de fixare a dispozitivului realizează fixarea pneumatică a elementelor din tablă care se sudează în puncte în stația de sudare. Dispozitivul este alcătuit din mai multe sisteme de fixare modulare. Modelarea 3D a stației de sudare robotizată reprezentată în figura 2.7., printr-o nouă vedere izometrică, va fi studiată și prezentată pe larg în capitolul următor, arătând care a fost scopul utilizării acesteia. Mai exact are scopul de a poziționa și fixa robotizat, trei elemente diferite din tablă, care prin sudarea robotizată în stația de sudare, va rezulta un singur subansamblu. [29], [7], [8].
Fig 2.7. Modelul 3D al efectorului final tipizat în faza extragerii subansamblului din tablă sudat robotizat în stația de sudare [29]
2.2.2. Efectoare finale utilizate în operații de sudură în puncte
Sudarea în arc electric, este procedeul cel mai răspîndit în industria constructoare de mașini, prin care se obțin îmbinări nedemontabile, pentru executarea operațiilor de sudare fiind folosit un mare număr de operatori umani. Calitatea sudurilor executate de operatorul uman depinde, în foarte mare măsură, de dexteritatea și conștiinciozitatea sudorului, care trebuie să execute mișcările necesare operației de sudare cu mare regularitate și precizie. [29]
Pe de altă parte, sudorii lucrează în condiții de mediu total neprielnic, ei sunt expuși la radiații calorice și luminoase, inhalează fum, lucrează de multe ori în poziții foarte dificile, pot fi stropiți cu metal topit și trebuie să aibă atenția concentrată la maximum în permanență.
Cele prezentate mai sus justifică interesul tot mai crescut al producătorilor de a trece la automatizarea operației de sudare, aceasta și pentru faptul că operațiile de sudare executate de operatorul uman sunt foarte scumpe. Conform graficelor prezentate în capitolul 1, industria de automotive a continuat să crească comenzile de roboți, astfel în departamentul Caroserie al fabricii de la Mioveni, a fost creat un flux nou de producție pentru asamblarea caroseriilor noilor modele. O noutate o reprezintă apariția unor roboți de sudură și a unor dispozitive flip-flap care ajută la sudura cadrului lateral.
În plus, pentru a putea construi acest nou flux, linia de feraj pe care se asamblează părțile mobile ale caroseriei, a fost reamplasată în mijlocul departamentului.
În cifre, aceste evoluții industriale adaptate pentru noile modele înseamnă, 464 de posturi de sudură, 447 de mijloace de asamblare, 23 de pompe de mastic, 47 de roboți și alte 167 de dispositive.De asemenea în secția Caroserie a fost înființat și un nou atelier de eșapamente, care permite fabricarea și livrarea pieselor într-un timp cât mai scurt.
În figura 2.8. se prezintă o imagine cu un operator uman, dintr-o secție a fabricii de pe platform Dacia, care realizează operații de sudare în puncte utilizând un dispozitiv de sudare în puncte acționat mecanizat.
Fig. 2.8. Sudarea semiautomată a unui subansamblu auto, la S.C. MIOVENI [24],[8].
Pentru a realiza aceste puncte de sudură, conform imaginii prezentate în figura de mai sus, un operator uman calificat manipulează un dispozitiv de tip efector final, realizând succesiv punctele de sudare, utilizând în acest scop un locator, a cărei construcție, modelată 3D, este prezentată în figura 2.9. respectiv modelată 2D în figura 2.10. Locatorul este un dispozitiv, fixat alături de elementele din tablă care sunt asamblate, având rolul de a permite ghidarea manuală a electrodului dispozitivului de sudare în puncte, în vederea realizării la anumite cote bine stabilite prin documentație, a unui anumit număr al punctele de sudură.
Fig. 2.9. Modelul 3D al unui locator, utilizat la ghidarea electrodului
Fig. 2.10. Modelul 2D al locatorului, cuprinzând toate detaliile pozițiilor de situare a punctelor de sudare [30], [7].
2.2.3. Dispozitive de sudură mecanizate utilizate în operații de sudură în puncte
Pentru realizarea mecanizării operațiilor de sudare a elementelor din tablă componente a unor subansamble de caroserie auto, la unele secții de fabricație de pe platforma Dacia Mioveni, a acestor puncte de sudare, o perioadă de timp au fost realizate mecanizat de operatori umani, cu o calificare adecvată acestor operații, utilizând dispozitive de sudare adecvate, la care manipularea electrodului se realizează manual urmărind și sudând punctele indicate de locator. În figurile 2.11, a), b) și c) sunt reprezentate prin trei vederi izometrice, un dispozitiv de sudare în puncte acționat mecanizat, la care acționarea electrodului mobil în vederea sudării unui punct se realizează prin acționare pneumatică. Dispozitivul este agățat cu un cablu, în consolă, fiind agățat de un suport fix, pentru o mai ușoară manevrare acesta dispune și de o contragreutate. Electrodul mobil la comanda dată de operatorul uman, se deplasează liniar, unde conform reprezentărilor izometrice din figurile b) și c), realizează prin deplasarea liniară, a electrodului mobil în diferite poziții realizând astfel sudarea în punctele ăndicate de locator. Din punct de vedere al productivității aceste dispozitive sunt mult mai lente și mai puțin precise decât sistemele de sudare robotizate, compensând însă prin prețul de cost al instalațiilor de sudare, care sunt mult simple rezultând investiții mult mai mici. [29], [5], [6].
a)
b)
c)
Fig 2.11, a), b) și c) Reprezentarea izometrică 3D a fazelor de lucru a unui dispozitiv de sudare în puncte acționat mecanizat [29], [5], [6].
În figurile 2.12, a), b) și c) sunt reprezentate prin trei vederi izometrice o nouă variantă constructivă de dispozitiv de sudare în puncte, cu pârghii acționat mecanizat. Electrodul mobil se rabate, la comanda dată de operatorul uman, care conform reprezentărilor din figurile b) și c), realizează pivotării ale electrodului mobil în diferite poziții de sudarea în puncte.
a)
b)
c)
Fig 2.12, a), b) și c) Reprezentarea izometrică 3D a fazelor de lucru a unui dispozitiv de sudare în puncte, cu pârghii acționat mecanizat [29], [5], [6]
2.2.4. Efectoare finale pentru operații de sudură în puncte robotizate
Dacă în cazul producției de serie mare sau masă se cunosc de mai mult timp sisteme pentru sudarea automată sau semiautomată, în producția de serie mică sau mijlocie executarea automată a operațiilor de sudare necesită mijloace flexibile, care să permită adaptarea rapidă la variabilitatea produselor.Aceste mijloace sunt roboții industriali de sudare, instalații specifice de alimentare cu material, dispozitive speciale de poziționare, scule de lucru specifice. La fabricarea caroseriilor auto operațiile de sudare pot fi automatizate cu ajutorul roboților industriali, operațiile de sudare în puncte și de sudare continuă cu arc în mediu de gaz protector. În ambele cazuri, asamblarea prin sudură se realizează din două, sau mai multe elemente componente din tablă.Sudarea prin presiune în puncte sau prin rulare asistată de roboți se regăsește, în special, în celulele și liniile flexibile pentru asamblarea caroseriilor de autovehicule, permițînd trecerea ușoară și rapidă de la fabricarea unui model de autovehicul la altul. [29], [5], [6].
Robotizarea ciclului de lucru pentru sudura în puncte prezintă următoarele avantaje:
Simularea simplă în 3D a fazelor secvențelor de sudare în puncte
Programare robotului offline
Utilări pentru diferite aplicații robotizate
Verificarea de funcționare inițială a sistemului
Analizarea ciclului de lucru și interferența pe contur a punctelor de sudură realizate pot fi verificate pe calculator
Realizarea unui studiu automat al atingerii punctelor propuse
Învățarea și programarea robotului pe calculator etc,
În figura 2.13 se prezintă, o modalitate de optimizare constructivă și funcțională a unui sistem robotizat de sudare.
Fig. 2.13. Layontul unui sistem de sudare robotizat a unei caroserii auto [26]
Liniia robotizată prezentată în figura de mai sus, utilizează în scopul sudării în puncte, a caroseriei auto trei roboți, echipați cu efectoare finale de sudură în puncte adecvate.
Sistemul mecanic al unui robot utilizat în operații de sudare trebuie să permită o cât mai mare varietate de posibilități de poziționare relativă a cleștelui/ capului de sudare în raport cu obiectul de lucru, astfel încît să fie realizabile mișcările indicate anterior. Pentru sudarea în puncte, punctul caracteristic este punctul de intersecție dintre axa unui electrod și suprafața de contact al acestuia, iar dreapta caracteristică este axa electrodului.
Dispozitivele de prehensiune ale roboților industriali utilizați pentru operații de sudare sunt dispozitive specializate, reducîndu-se la îmbinări care să asigure solidarizarea cleștelui/capului de sudare cu un element al dispozitivului de ghidare.
La roboții mai evoluați, dispozitivele de prehensiune specializate trebuie să asigure și solidarizarea unor senzori tactili/video cu un element al dispozitivului de ghidare.
În unele cazuri, cleștele este suspendat pe o consolă fixă prin intermediul unui cablu de susținere, lanț sau arc care preia greutatea lui, robotul executînd doar poziționarea cleștelui, fără a prelua sarcina gravitațională. [12].
Programarea roboților utilizați în operații de sudare, se realizează prin instruire cu telecomandă, folosind în acest scop panouri de programare cu butoane și întrerupătoare, ("Teach pendant"). În decursul fazei de instruire, robotul execută operația de sudare în regim de instalație, de teleoperare comandată manual. Sudurile executate în decursul fazei de instruire pot fi deficitare, rebutându-se obiectele de lucru. [5]
Din acest motiv, programarea prin instruire a robotului industrial se poate realiza și numai prin mișcarea cleștelui, respectiv a capului de sudare în lungul unei benzi de hîrtie pe care sunt marcate punctele de sudură, respectiv segmentele și arcele pe care trebuie să se deplaseze punctul caracteristic aferent capului de sudare.
Gradul de inteligență artificială al sistemului de comandă al robotului utilizat în operații de sudare depinde, în mare măsură, de caracterul mai mult sau mai puțin organizat al periferiei. În cazul utilizării unor dispozitive periferice precise și al unor abateri mici ale pieselor care urmează să fie asamblate prin sudură, robotul poate repeta la fiecare operație mișcările programate prin instruire.
Dacă se utilizează dispozitive periferice mai puțin precise, respectiv se asamblează piese pregătite cu abateri dimensionale mari, mișcările programate în prealabil se cer corectate adaptiv, sistemul de comandă utilizînd în "buclă închisă" informațiile unor senzori.
În figurile 2.14, 2.15. și 2.16. sunt prezentate trei tipuri constructive de efectoare finale, utilizate pentru operații robotizate de sudare în puncte de firma Comau Sciaky.
Fig. 2.14. Efector final cap de sudare în puncte – de tip pârghie oscilantă [5]
Roboții industriali în operațiile de sudare a elementelor subansamblelor de tablă ale caroseriilor auto, sunt echipați cu astfel de efectoare finale.
La acest tip de cap de sudare în puncte electrozi sunt în poziție verticală iar legătura cu ultimul element al dispozitivului de ghidare al robotului industrial se realizează printr-o interfață mecanică rigidă.
Fig. 2.15. Efector final cap de sudare în puncte – de tip pârghie [5]
În figura 2.16. se prezintă un efector final de tip cap de sudare în puncte unde electrodul fix este în poziție orizontală iar electrodul mobil în poziție verticală. Acest tip de efector final se pretează la operațiile de sudare a caroseriilor de autovehicule.
Fig. 2.16. Efector final cap de sudare în puncte cu mișcarea liniară a electrodului mobil [5]
Conform modelelor fizice ale celor trei variante constructive de efectoare finale, prezentate în figurile de mai sus, acestea pot echipa roboții industriali utilizați în operații de sudare, realizându-se o interfațare cu robotul de tip :
Interfațare de tip mechanic realizată prin sistemul de cuplare
Interfațare la sistemul de comandă și conducere al robotului
Interfațare la sistemul de alimentare cu energie electrică
Interfațare la sistemul de alimentare cu aer comprimat
În figura 2.17 este reprezentată prin simboluri, o schemă pneumatică de acționare a electrodului mobil, care prin forța de apăsare coroborată cu impulsul electric, realizează punctual de sudare. [5], [6]
Fig. 2.17. Schema pneumatică de acționare a electrodului mobil al efectorului final [5], [6]
CAPITOLUL 3
ASPECTE TEORETICE PRIVIND PROIECTAREA EFECTOARELOR FINALE ȘI A STAȚIILOR DE SUDARE ROBOTIZATE
3.1 Noțiuni generale de proiectare asistată de calculator a reperelor și ansamblelor în sistemele de sudare robotizate
Integrarea societății românești în contextul unei economii de piață guvernată de legi specifice, impune sistemului decizional al acestora o permanentă căutare de soluții pentru creșterea vitezei de reacție la stimulii pieței.Adoptarea unei soluții de inginerie asistată modernă care să asigure eliminarea prin natura ei, operațiunile de rutină mari consumatoare de timp și de resurse umane, specifice proiectării clasice, în favoarea activităților direct creatoare, constituie o soluție de mare actualitate în proiectare. [5], [16]
În general o astfel de soluție, ținând evident cont de specificul activității industriale presupune în mod obligatoriu dotarea cu sisteme moderne de proiectare asistată care să conțină următoarele:
Un software complex care să fie cât mai eficient la rezolvarea tuturor problemelor inginerești apărute în procesul de fabricație.
O platformă hardware performantă care să susțină funcționarea pachetelor de programe, care să permită vizualizarea produselor, care să lărgească capacitatea de percepție spațială a proiectantului și care să se alinieze principiilor ingineriei concurente ce face posibilă participarea interactivă la elaborarea proiectului tuturor compartimentelor angajate în această activitate. [29], [30]
Mașini unelte performante CNC, cu ajutorul cărora modelele digitale pot fi materializate în practică la decizii și productivități cât mai ridicate.
Scule și accesorii care să poată suporta regimurile și preciziile impuse prin proiectul conceput și realizat;
Metodologie de lucru corespunzătoare și un flux informațional bine controlat, realizabil prin informatizarea completă a unității de producție utilizată în sistemul de fabricație.
Înainte de a detalia componentele soluției de Proiectare Asistată, se impun câteva precizări și anume:
Sintagma „Proiectare Asistată de Calculator” este traducerea din engleză a cunoscutei „Computer Aided Design” și se abreviază „CAD”.
Sintagma „Manufacturare Asistată de Calculator” este traducerea din engleză a cunoscutei „Computer Aided Manufacturing” și se abreviază „CAM”.
Sintagma „Inginerie Asistată de Calculator” este traducerea din engleză a cunoscutei „Computer Aided Engineering” și se abreviază „CAE”.
Sintagma „Managementul Datelor de Produs ” este traducerea din engleză a cunoscutei „Product Data Management” și se abreviază „PDM”.
Modelarea 3D a dispozitivelor de prehensiune și a stațiilor de sudare robotizate, pot fi realizate în programul de proiectare Catia V5. Acest program de proiectare este preferat altora, deoarece îmbunătățește și accelerează procesul de examinare a proiectării părților componente și a prelucrării pentru evaluarea posibilității de lansare în producție, atât în cazul proceselor de turnare și forjare, cât și în cazul proceselor de fabricare a sistemelor robotizate urilizate la fabricarea caroseriilor auto, cuprinzând o serie de diapozitive de prehensiune realizate din elemente constructive modular tipizate.Ca și avantaje ale utilizării programului de proiectare Catia V5 se pot aminti:
Utilizatorul poate să definească parametri de utilizator pentru cunoștințele privind harnașamentul intern și să copieze date dintr-o definiție a catalogului într-un proiect de harnașament. Verificarea realizată de un utilitar de gestionare a cunoștințelor permite utilizatorului să valideze diametrele segmentului de harnașament 3D pe baza diametrelor segmentului de harnașament calculate din fire. De asemenea, utilizatorul poate folosi cunoștințele pentru a sincroniza atributele de indicator de referință pentru echipament între definițiile electrice și cele de tubulatură.
Utilizatorul poate să creeze, să editeze și să șteargă tăieturile terminale și să integreze tăietura terminală a unei bare în motorul părților componentei
Utilizatorul poate să definească înlocuitorul grafic pentru tăietura terminală în schiță
Utilizatorul poate să gestioneze diferiți înlocuitori grafici pentru coloanele barei
Proiectarea și modelarea 3D a efectoarelor finale, poate fi realizată în programul de proiectare Catia V5, sau utilizând alte programe de proiectare similare. Prin implementarea unei tehnologii de asamblare a elementelor componente modulare tipizate, se pot obține diferite configurații arhitecturale. În figura 3.1. se prezintă modelul 3D al unei stații de sudare robotizate, realizată din elemente tipizate, în scopul sudării elementelor din tablă, componente ale unui subansamblu auto de tip lunetă. [29], [7]
Fig 3.1. Modelarea 3D a unei stații de sudare robotizate [7, 29]
Conform modelului 3D, prezentat în figura de mai sus, se poate observa că, sistemul robotizat de tip stație de sudare, orientează și fixează, trei tipuri diferite de repere din tablă, acestea sunt reprezentate prin culori diferite albastru, roșu și galben. Sistemul robotizat modelat 3D, asigură la finalizarea operațiilor robotizate de sudare, fabricarea prin sudarea componentelor unui nou subansamblu auto din categoria lunetă spate. [7], [16]
Utilizarea pe scară tot mai largă a sistemelor robotizate de manipulare și sudare robotizată, în secțiile de producție și montaj industrial al diverselor subansamble, componente ale caroseriilor auto, a cunoscut o dezvoltare dinamică continuă. Pentru manipularea diferitelor repere din tablă, de la un post de lucru la altul, se implementează sisteme robotizate de manipulare adecvate formelor acestora. Conform imaginilor prezentate în figurile 3.2. și 3.3. efectoarele finale, realizate din elemente modulare tipizate, împreună cu roboții industriali, alcătuiesc sisteme de manipulare robotizate. În acțiunea de manipulare a elementelor din tablă supuse procesului de lucru, utilizând un program de conducere al robotului conceput de un softist și ulterior memorat în calculatorul sistemului de comandă al robotului, asigură centrarea, fixarea și manipularea unor elemente sau subansamble din tablă, fabricate pentru un anumit tip de caroserie auto.
Fig. 3.2. Sistem robotizat de manipulare subansamblu auto [23]
La proiectarea și construcția efectoarelor finale, sunt utilizate un anumit număr de elemente modulare tipizate specifice acestor tipuri constructive. Proiectarea și construcția efectoarelor finale, din elemente modulare tipizate prezintă multiplelor avantaje care constau în reducerea timpului de proiectare și execuție, respectiv a costurilor de producție, determinând în final o creștere a eficienței economice.
Robotul industrial manipulează subansamblul, în funcție de procesul tehnologic realizat pe linia de fabricație, prin intermediul unui dispozitiv de prehensiune adecvat, realizat din elemente modulare tipizate.
Fig. 3.3. Sistem robotizat de manipulare a subansamblului auto spre stația de sudare [23]
3.2. Modelarea 3D a unui dispozitiv de prehensiune modular
Elementele inițiale de la care am pornit, în vederea proiectării unui dispozitiv de prehensiune, care urmează a fi prezentat și descries în acest capitol, a avut ca bază de modelele 3D, ale celor trei repere din tablă care prin sudarea în puncte formează un subansamblu de tip lonjeron. Acest subansamblu de caroserie auto, urmează a fi centrat, și fixat robotizat prin intermediul dispozitivului de prehensiune, realizat din elemente modulare tipizate, la care acționarea sistemelor de centrare și fixare mobile este de tip pneumatic.
La proiectarea și execuția unei noi variante constructive a unui dispozitiv de prehensiune, proiectat pentru efectuarea unor operații robotizate de centrare fixare și manipulare a două sau mai multe componte din tablă, sau al unui subansamblu de caroserie auto, trebuiesc luate în considerare câteva principii de bază. [29], [30]
Dispozitivul de prehensiune întâlnit în literatura de specialitate și sub denumirea de gripper, încă din faza de concepție și proiectare, trebuie să aibe o structură mecanicăcompusă din suficiente elemente componente, modular tipizată, pentru a-și putea îndeplini funcțiile principale pentru care a fost proiectat. Mai exact trebuie să aibă capacitatea de a menține obiectele din tablă fixate în condiții de siguranță, făra să existe pericolul ca acestea să se desprindă din sistemele de centrare și fixare ale dispozitivului în timpul manipularii.
La proiectarea unui gripper, din această categorie, alegerea componentelor necesare, se face având ca bază de pornire înformațiile primite de la compartimentul de proiectare al uzinei producătoare al caroseriei, ținând cont de modelul 3D al acesteia, oferind și transmitând cât mai multe informații precise, referitoare la materialul elementelor din tablă, forma geometrică, grosimea tablei, greutatea și mărimile liniare și unghiulare a elementului sau elementelor de tablă, ce urmează să fie centrate și fixate în dispozitiv. În figura 3.4 se prezintă modelul 3D al subansamblului auto, pentru care a fost proiectat dispozitivul de prehensiune , acesta este compus din trei elemente componente, reprezentate în vederea izometrică cu culori diferite. [29], [30]
Fig. 3.4. Modelul 3D al subansamblului manipulat [29]
În general pentru fixarea unui reper de caroserie auto, se folosesc cel puțin patru sisteme de fixare, structura acestora este modulară, iar acționarea mecanismelor pârghiilor de fixare, este realizată de regulă pneumatic, datorită multiplelor avantaje pe care le prezintă. Denumirea întâlnită în literatura de specialitate, a sistemele de fixare din componența dispozitivelor de prehensiune, prin intermediul cărora se realizează fixarea elementului sau elementelor din tablă, poartă denumirea de clamp. Structura acestor sisteme de fixare este tipizată modular, oferind multiple avantaje, privind rapiditatea proiectării și execuției dispozitivului care în final presupune costuri de producție mai mici. [29], [30]
Pornind de la rolul pentru care este proiectat dispozitivul de prehensiune, utilizând programul de proiectare catia V5, am realizat modelarea 3D a ansamblului dispozitivului, prezentând în figurile 3.5. – 3.8. mai multe vederi isometrice 3D, ale ansamblului dispozitivului de prehensiune proiectat și prezentat în acest capitol. Din figurile reprezentate izometric 3D, se poate observa atât forma elementelor din tablă utilizate la sudarea în puncte a subansamblului de tip caroserie care urmează a fi prehensat, cât și structura dispozitivului de prehensiune modular, cuprinzând cele trei sisteme de fixare strângere ale celor trei elemente din tablă, care dupâ prehensare sunt transferate spre o stație de sudare, urmând ca ele să fie centrate, fixate și ulterior sudate pe elementul de tablă de tip lonjeron. [29], [30]
Fig. 3.5. Modelarea 3D a dispozitivului de prehensiune.Vedere izometrică din față [29]
Fig. 3.6. Modelarea 3D a dispozitivului de prehensiune. Vedere izometrică de jos [29]
Fig. 3.7. Modelarea 3D a dispozitivului de prehensiune. Vedere izometrică de sus [29]
b)
Fig. 3.8. a),b) Modelarea 3D a dispozitivului de prehensiune. Vederi izometrice din dreapta și din stânga [29]
3.3. Modelarea 3D ale sistemelor de fixare ale dispozitivului de prehensiune
La proiectarea dispozitivului de prehensiune și a sitemelor de fixare modulare din componența acestuia, trebuie să ținem cont de forma geometrică, masa elementelor din tablă care sunt prehensate și manipulate, respectiv numărul acestora. Modelarea 3D ale sistemului mecanic de interfațare a dispozitivului de prehensiune la robotul industrial, este prezentat în figura 3.9 a),b) prin două vederi izometrice. Profilul central de formă hexagonală, utilizat la construcția suportului central de structură modulară, este prevăzut cu multiple găuri străpunse de fixare, fără a afecta rezistența, deoarece reprezintă scheletul pe structura căruia se ansamblează celelalte elemente componente modulare ale ansamblului.Montarea și ansamblarea unor bride prin sisteme tipizate cu filet se realizeză utilizând un număr adecvat de elemente tipizate, construcția unui dispozitiv de prehensiune se realizează într-un interval de timp redus, comparativ cu o construcție clasică. Asamblarea profilelor din componența suportului central, este realizată prin intermediul unor elemente tipizate de asamblare de tip colțare, șuruburi și piulițe. [7], [8], [29]
Partea laterală a suportului dispozitivului de prehensiune, asigură realizarea și interfațarea mecanică, energetic de tip electric și pneumatic și informațional, a acestuia cu sistemul mecanic de cuplare, sistemul de comandă și conducere al robotului industrial care echipează sistemul se sudare robotizată.
b)
Fig. 3.9. a),b) Modelarea 3D a sistemului de interfațare mecanică și energetică a dispozitivului de prehensiune [7], [8], [29]
Al doilea aspect foarte important în proiectarea unui dispozitiv de prehensiune de tip gripper, este faptul că proiectantul, trebuie să conceapă gripperul în așa fel încât, să anuleze toate gradele de mobilitate ale elementului de caroserie, adică anularea translațiilor și rotațiilor pe cele trei axe X, Y și Z. În figura 3.10 a), b) și c) am modelat 3D, sistemul de fixare al primului element din tablă manipulat, din figură rezultă modul de fixare ale celorlalte elemente modulare tipizate din componența și structura dispozitivului de prehensiune.
Forma și culoarea galbenă a elementului de tablă 1, pot fi observate din detaliile reprezentate și modelate 3D în figura 3.10.
a)
b) c)
Fig. 3.10. a), b) , c) Modelarea 3D a dispozitivului de prehensiune și a sistemului de fixare a elementului din tablă 1. Vederi izometrice [7], [8], [29]
În figura 3.11 a), b), c) și d) am modelat 3D, sistemul de fixare al celui deal doilea element din tablă manipulat, la fel din detaliile prezentate și modelate 3D în figura de mai jos rezultă, modul de asamblare ale sistemelor de fixare ale elementelor modulare tipizate din structura dispozitivului de prehensiune. Forma de cutie dreptunghiulară și culoarea mov a elementului de tablă 2, poate fi observată din detaliile reprezentate și modelate 3D în figura 3.11..
b)
c) d)
Fig. 3.11. a), b) , c), d) Modelarea 3D a dispozitivului de prehensiune și a sistemului de fixare a elementului din tablă 2. Vederi izometrice [7], [8], [29]
În figura 3.12 a), b), c) și d) am modelat 3D, sistemul de fixare al celui deal treilea element din tablă manipulat, la fel din detaliile prezentate și modelate 3D în figura de mai jos rezultă, modul de asamblare ale sistemelor de fixare ale elementelor modulare tipizate din structura dispozitivului de prehensiune. Forma și culoarea albastră a elementului de tablă 3, poate fi observată din detaliile reprezentate și modelate 3D în figura 3.12.
b)
c) d)
Fig. 3.12. a), b) , c), d) Modelarea 3D a dispozitivului de prehensiune și a sistemului de fixare a elementului din tablă 3. Vederi izometrice [7], [8], [29]
CAPITOLUL 4
MODELAREA 3D ȘI STUDIUL FUNCȚIONĂRII UNEI STAȚII DE LUCRU ROBOTIZATE PENTRU SUDARE ÎN PUNCTE
4.1. Proiectarea sistemelor de centrare ale reperului din tablă orientat și fixat în stația de lucru robotizată
În cadrul acestui capitol, mi-am propus să proiectez și să modelez 3D și 2D, o stație de lucru robotizată, descriind într-o ordine cronologică etapele de proiectare și funcționarea sistemului robotizat. Stația de lucru robotizată este proiectată în scopul orientării și fixării a unui subansamblu de tablă , component al unei caroserii auto, în vererea sudării în puncte a trei elemente diferite. În figura 4.1. se prezintă modelul 3D al subansamblului din tablă, care urmează să fie orientat și fixat respectiv sudat robotizat în stația de lucru. [7], [8], [29]
Fig. 4.1. Modelarea 3D a subansamblului din tablă sudat robotizat în stația de lucru. Vedere izometrică [29]
Primul pas efectuat la proiectarea stației de lucru robotizată, prezentată în cadrul acestui capitol, este alegerea încă din faza de proiectare a două găuri existente în structura tablei în care, vor fi introduse două elemente de centrare, numite în termeni de specialitate bolțuri de centrare sau pini de centrare. Acești pini au rol, atât de ghidare centrare cât și de antirotație și antitranslație. Adâncimea la care pinul de centrare pătrunde în gaură este de aproximativ 5-7 mm, existând și cazuri excepție când aceasta avansează în gaură doar 3 mm.
În figura 4.2. se prezintă modelul 3D al stației de lucru robotizate, având numerotate principalele elementele constructive modulare tipizate.
Fig. 4.2. Modelarea 3D a stației de lucru robotizate, cuprinzând elementele constructive [7], [8], [29]
În figura 4.3. se prezintă modelul 3D al stației de lucru robotizate, având orientată pe elementele de orientare elementul de caroserie din tablă. La gripperele de manipulare diametrul pinului se alege cu 1 mm mai mic, față de diametrul găurii din caroserie.
Din punct de vedere tehnologic pini sunt confecționați, din materiale de calitate superioară OSC 10 STAS 1700-80 care urmează a fi tratate termic prin călire, având la final o duritate cuprinsă între 56-60 HRC.
La alegerea găurilor în care intră pinii de centrare sunt avute în vedere mai multe considerente tehnice și funcționale. Poziționarea acestora pe suportul central al stației de lucru, trebuie să fie în același plan, fiind permisă o abatere de maxim 20.
În cazul în care cele două găuri nu sunt în același plan, există posibilitatea ca diametrul pinului să fie ales în așa fel încât să permită retragerea gripperului după lăsarea tablei.
Fig. 4.3. Modelarea 3D a stației de lucru robotizate cu subansamblul din tablă orientat pe elementele de centrare [7], [8], [29]
Din figurile 4.4 și 4.5 se pot observa mărimile liniare ale cotele de gabarit în cele trei vederi ale stației de lucru robotizate.
Fig. 4.4.Modelarea 3D a stației de lucru robotizate.Vedere din față și vedere de sus [8], [29]
Fig. 4.5. Modelarea 3D a stației de lucru robotizate.Vedere din lateral [7], [8], [29]
4.2. Proiectarea și modelarea 3D, 2D a stației de sudare robotízate și a elementelor de centrare și fixare ale subansamblului
4.2.1. Proiectarea și modelarea 3D a mesei stației de sudare
În figura 4.6. se prezintă modelul 3D al mesei stației de lucru. Masa reprezintă un element de bază, având un rol foarte important deoarece, pe platoul din tablă al mesei urmează a se fixa prin elemente de asamblare cu filet, toate sistemele modular tipizate de centrare, respectiv elementele de fixare ale elementelor din tablă care sunt sudate în stația robotizată.
Fig. 4.6. Modelarea 3D a mesei stației de sudare [7], [8], [29]
În figura 4.7. se prezintă prin două vederi modelate 2D forma și dimensiunile mesei stației de sudare.
Fig. 4.7. Modelarea 2D a mesei stației de sudare.Vedere din față și vedere de sus [29]
Din vederea de sus reiese pozițiile și forma celor două picioare ale mesei, prevăzută cu sisteme de fixare în fundația locației unde lucrează, cât și pozițiile găurilor străpunse și filetate.Conform modelelor 3D ale dispozitivului de orientare și fixare prezentat în figurile 4.8. și 4.9 în placa de bază a dispozitivului stației de sudare robotizată, au fost prelucrate anterior pe mașina de găurit în coordonate o serie de găuri de trecere și găuri filetate, care conform imaginii din figură, sunt utilizate la asamblarea elementelor modulare tipizate mai exact al sistemelor de centrare și al sistemelor de fixare ale tablei în dispozitiv.
Fig. 4.8. Modelarea 3D a dispozitivului de fixare al subansamblului. Vedere izometrică de sus fără elementul de tablă [7], [8], [29]
Fig. 4.9. Modelarea 3D a dispozitivului de fixare al subansamblului. Vedere izometrică de sus cu elementul de tablă [7], [8], [29]
Pentru centrarea subansamblului de tablă al elementului caroseriei, în dispozitivul stației de lucru, sunt utilizate două sisteme de centrare de tip pini de centrare. Conform modelului 3D prezentat în figura 4.10., pinul de centrare din partea dreaptă a imaginii este mobil, acesta centrează tabla perpendicular, iar celălalt pin de centrare este tot mobil, având rol și de rezemare a tablei pe el.
Fig. 4.10. Modelarea sistemului de centrare al tablei în dispozitiv. Vedere izometrică a tablei centrate de cei doi pini [7], [8], [29]
În figura 4.11. este modelat 3D pinul 1 de centrare mobil, reprezentat în două vederi, iar figura 4.12. este prezentat modelul 2D al pinului de centrare mobil 1 în mai multe vederi.
Fig 4.11. Modelarea 3D a pinului 1 de centrare mobil [7], [8], [29]
Fig 4.12. Modelarea 2D a pinului de centrare mobil 1.Vederi și detalii [7], [8], [29]
În figurile 4.13. este modelat 3D pinul de centrare mobil 2, reprezentat în mai multe vederi. Din figurile prezentate mai jos se poate observa că pinul de centrare mobil 2 , este deplasat față de poziția centrală a axei de simetrie, necesitând două tije cilindrice de ghidare, care au rol și de a nu permite rotația tablei în timpul operațiilor de introducere și extragere a tablei în și din dispozitiv.
Fig 4.13. Modelarea 3D a pinului 2 de centrare mobil [7], [8], [29]
În figura 4.14.este prezentat modelul 2D al pinului de centrare mobil 2, prin mai multe vederi și detalii, din care rezultă că pinul centrează tabla excentric față de axa de simetrie a dispozitivului, fapt care necesită ghidarea acestuia cu ajutorul celor două coloane de ghidare.
Fig 4.13. Modelarea 2D a pinului de centrare mobil 2.Vederi și detalii [7], [8], [29]
4.2.2. Proiectarea sistemelor de fixare modulare ale dispozitivului stației de sudare
Elementele modulare de fixare, vin în contact direct cu elementele de tablă și realizează susținerea și fixarea acestora, din acest motiv forma suprafeței de contact a elementelor trebuie să copieze identic forma elementelor de tablă în zona petei de contact.
Copierea profilului se obține prin metode de prelucrare specifice – generare CNC a suprafeței, pornind de la forma electronică a fișierului de tablă, copiere sau în cazuri speciale când suprafața e perfect plană generare prin frezare convențională. Fiindcă sunt elemente a căror poziție v-a determina poziția tablei, această poziție trebuie să poată fi ajustată pentru obținerea preciziei cerute de (în general +/-0.1mm). [7], [8], [29]
În figura 4.14. se prezintă modelul 3D al sistemului de fixare 1, utilizat la fixarea tablei în dispozitiv, din figura de mai jos se poate obsva că sistemul modular tipizat de tip clamp, are un sistem mobil de tip pârghie, acționată pneumatic.Sistemul de fixare 1 este racordat la sistemul energetic și informațional, realizând comanda închis deschis conform unui program, respectiv conform unor informații primite de la senzorii de proximitate și senzorii de poziție cu laser.
Fig 4.14. Modelarea 3D a sistemului de fixare modular 1 [7], [8], [29]
În figura 4.15. este prezentat modelul 2D al sistemului de fixare 1, reprezentat prin trei vederi, din față, de sus și din lateral. Din figură reiese și mărimea unghiulară de 1350, care reprezintă cursa de pivotare a elementului mobil, între pozițiile închis deschis.Pe desen sunt trecute de asemenea cote de montaj și cote de legătură, respectiv se poate observa poziția tablei între cele două sisteme de fixare și poziționarea sistemului senzorial care transmite informații sistemului de conducere privind poziția corectă a tablei în dispozitiv.
Fig. 4.15. Modelarea 2D a sistemului de fixare 1 [7], [8], [29]
Elementele de fixare standard care vin în contact cu tabla, sunt executate din următoare materialele: [14], [15], [29]
Oțel de îmbunătățire OLC 45 STAS 880-80 (călit cu flacără ) – este oțelul cel mai uzual folosit;
Oțel inox (Magnetic Stainless Steel) – folosit pentru elementele “cuprinse” de sudură manuală;
material plastic (Nylatron, Nylatron GSM) – acolo unde există pericolul ca elementul să zgârâie (să lase urme) pe suprafața vizibilă a tablei, nu rezistă la temperaturi ridicate, se va folosi tratare termică pentru adezivi la asamblarea prin lipire.
În figura 4.16 este prezentată modelul 2D a formei constructive al elementului de fixare mobil al sistemului de fixare 1, cuprinzând cotele cele mai importante ale sistemului.
.
Fig. 4.16. Modelarea 2D a elementului mobil de fixare 1 [7], [29]
În figura 4.17 este prezentat modelul 2D al formei constructive pentru elementul fix al sistemului de fixare 1, situat în partea inferioară, din cele două detalii rezultă poziția tablei în zona de contact, fiind trecute pe desen cotele de montaj , cote de legătură și cote de asamblare.
Fig. 4.17. Modelarea 2D a elementului fix de fixare 1, la contact cu elementul de tabla în zona fixării [7], [29]
În continuare în figura 4.18. a), se prezintă modelul 3D, cuprinzând și detalii privind funcționarea sistemului de fixare 2, utilizat la fixarea tablei în dispozitiv în partea laterală dreapta. În figura 4.18. b), se prezintă modelul 2D, al sistemului de fixare 2 cuprinzând două vederi din care se poate observa principiul de funcționare al sistemului de fixare 2, și unghiul de pivotare de 135 0 al sistemului mobil de fixare între pozițiile închis deschis.
a)
b)
Fig. 4.18. a), b) Modelarea 3 D și 2D a sistemului de fixare 2 al tablei în dispozitiv [7], [29]
În figura 4.19 este prezentat modelul 2D al formei constructive al elementului mobil al sistemului de fixare 2, cuprinzând cele mai importante cote.Din desenul prezentat în figură se poate observa poziția și forma elementului de tablă fixat între fălcile sistemului de fixare 2.
Fig. 4.19. Modelarea 2D a formei constructive a elementului mobil al sistemului de fixare 2 [7], [29]
În figura 4.20. este prezentat modelul 2D al formei constructive pentru elementul fix al sistemului de fixare 2, situat în partea inferioară. De asemenea conform cotelor trecute pe desen se poate observa, poziția tablei la contactul cu sistemul de fixare 2, fiind trecute cotele de gabarit, cotele de montaj și cotele de asamblare.
Fig. 4.20. Modelarea 2D a formei constructive a elementului de fixare 2, la contact cu tabla în zona fixării [7], [29]
În figura 4.21. a), b) ,c) se prezintă modelul 3D al sistemului de fixare 3 al tablei, sistem care realizează fixarea semifabricatului, reprezentat în modelul din figura 4.21. cu culoarea mov, reperul este manipulat în poziția programată de către dispozitivul de prehensiune modular, prezentat în capitolul 3. După așezarea reperului în poziția programată, griperul se retrage, fenomen sesizat de sistemul senzorial, al sistemului de conducere și de comandă al sistemului de fixare, primește prin program comanda, realizând în faza imediat următoare pivotarea brațului articulat al sistemului de strângere.
a ) b)
c)
Fig 4.22.a),b),c) Modelarea 3D a sistemului de fixare 3.Vederi izometrice cu elementul de tablă manipulat poziționat și fixat în dispozitiv [7], [29]
În figura 4.23. este modelat 2D sistemul de fixare 3, sunt prezentate trei vederi, ale sistemului de fixare lateral 3, din care reiese unghiul de pivotare al pârghiei sistemului de fixare 1050 . Sunt trecute pe desen cote liniare, cote de reglaj și cote de asamblare, de asemenea este cotată și poziția senzorului de proximitate.
Fig 4.23. Modelarea 2D a sistemului de fixare lateral 3.Vederi ale sistemului de fixare 3 [29]
În figura 4.24.a), b) sunt prezentate modelele 2D ale sistemelor de fixare la contactul cu suprafața tablei, fixate în clampul sistemului de strângere 3.Pe desen sunt trecute atât cotele cât și poziția tablei în contact cu sistemul de fixare.
a)
b)
Fig. 4.24. a), b) Modelarea 2D ale NC sistemului de fixare 3 la contact cu suprafața tablei [29]
4.2.3. Modelarea 3D a sistemului de centrare și fixare al tablei laterale în dispozitivul stației de lucru robotizată
În figura 4.25. a) este prezentat modelul 3D al elementului din tablă care conform programului robotizat al stației de lucru în faza următoare va fi sudat în puncte pe subansamblul fixat în dispozitivul stației de sudare. Efectorul final prezentat în capitolul 3, pe baza unui program aduce spre stația de lucru robotizată, elementul din tablă care urmează să fie manipulat și poziționat în dispozitivul stației. În figurile 4.25. b) și c) sunt prezentate prin două vederi izometrice modelate 3D, efectorul final de tip modular, care manipulează spre dispozitiv reperul din tablă, reprezentat în model cu albastru. [7], [29]
a)
b) c)
Fig. 4.25. a), b), c) Modelarea 3D a reperului și a efectorului final care îl manipulează [29]
Conform figurii 4.26, efectorul final manipulează reperul spre dispozitiv îl menține în poziție de fixare, astfel încât un sistem de centrare mobil, format din doi pini sesizează tabla prin sistemul de senzori, și se deplasează centrând elementul de tablă prin intermediul pinilor de centrare.
Fig. 4.26. Modelarea 3D a manipulării obiectului din tablă.Vedere izometrică [7], [29]
În figura 4.27. se prezintă o vedere izometrică a centrării elementului de tablă de către cei doi pini de centrare mobili.
Fig. 4.27. Modelarea 3D a centrării obiectului din tablă.Vedere izometrică [7], [29]
În figura 4.28 se prezintă modelul 3D al sistemului de centrare lateral, format din doi pini mobili de centrare, care sunt acționați pneumatic.
Fig. 4.28. Sistem lateral de centrare, al tablei laterale [7], [29]
În figura 4.29. este prezentat modelul 3D al operației de fixarea al elementului de tablă, centrat și fixat prin acționarea pârghiei sistemului de fixare lateral 4.
Fig. 4.29. Modelarea 3D a sistemului de fixare lateral 4, din ansamblul dispozitivului [29]
Modelul 3D al sistemului de fixare lateral 4 este prezentat în figura 4.30., din figură se poate observa zona de fixare a elementelor de tablă care se aplică în două zone pe suprafețe diferite.
Fig. 4.30. Modelarea 3D a sistemului de fixare lateral 4. Vedere izometrică [29]
În figura 4.31. este prezentat modelul 2D, al sitemului modular de fixare lateral 4, rezultând din această vedere cotele de reglaj cele mai importante, respectiv unghiul de pivotare al sistemului de închidere deschidere, fiind de 600.
Fig. 4.31. Modelarea 2D a sistemului de fixare lateral 4[7], [29]
4.2.3. Modelarea 3D a fixării elementului de tablă 3 în dispozitivul stației de lucru robotizată
Ultimul element de tablă care se sudează în puncte, pe spatele subansamblului auto de tip lonjeron, este modelat 3D în figura 4.32. Pentru a putea fi observat mult mai bine, în modelul 3D, din figura 4.32. a), elementul de tablă a fost colorat cu mov, iar în figurile 4.32 b) și c), același element este colorat galben. Din cele două figuri, se poate observa sistemul de fixare al piesei prinsă în efectorul final de tip modular. [7], [29]
a)
b) c)
Fig. 4.32. a), b), c) Modelarea 3D a reperului de tablă 3, și a efectorului final de manipulare [7], [29]
În figura, 4.33. sunt prezentate modelele 3D și 2D ale sistemului de fixare utilizate la dispozitivul de fixare din cadrul stației de sudare robotizată, pentru sudarea celui de-al treilea element de tablă. În cazul efectorului final de manipulare, prezentat în capitolul 3 al proiectului, repetabilitatea constă în procesul de verificare a prehensării elementelor manipulate, având ca scop manipularea precisă a unui produs interschimbabil.
Repetabilitatea se execută după efectuarea controlului geometric ca o ultimă etapă înainte de începerea manipulării primelor serii de elemente de caroserie .
Fig. 4.33. Modelarea 3D și 2D a sistemului de fixare al celui de-al treilea element de tablă[7], [29]
4.3. Parametrii sistemelor de fixare tipizate ale efectorului final și a dispozitivului de fixare din cadrul stației de lucru robotizate
Sistemele de fixare a tablelor, presupune echiparea individuală a fiecărui clamp cu câte două repere conjugate numite NC-uri. Aceste repere de contact sunt denumite astfel, datorită faptului că se manufacturează după un program, realizat pe mașini unelte cu comenzi numerice, de tip CNC. În urma prelucrării pe aceste mașini, forma lor geometrică rezultată, reprezintă negativul modelului 3D al elementului caroseriei, în zona de contact.
Reglajul pozițiilor acestor perechi, este foarte important din punct de vedere funcțional, se face prin măsurarea coordonatelor, această procedură presupune o precizie de măsurare înaltă, realizată cu aparate de măsură cu laser.
Proiectantul și constructorul are în vedere accesul cu dispozitivele de măsură pentru punctele de control, indiferent că sunt materializate doar de suprafețe și găuri prelucrate precis.Pentru ca elementele de centrare și fixare ale gripperului, care au contact cu tabla să realizeze o precizie ridicată, vor fi măsurate cu laserul FARO, iar în urma măsurări, se va face reglajul (se adaugă sau se va lua) din pachetul de cale de reglaj.
Pachetul este compus din mai multe cale cu grosimi cuprinse între 0,25 – 20 mm.
Precizia de execuție și montaj a elementelor (și a întregului gripper) se verifică prin intermediul punctelor de control (pentru elementele de fixare și orientare).
Conform graficului din figura 4.44. forța de strângere realizată de un sistem de fixare de tip clamp, este de până la maxim 2500 N, și depinde de valoarea lungimii brațului pârghiei de fixare mm.
Fig. 4.44. Graficul variației forței de strângere realizată de un sistem de fixare modular de tip clamp [8]
Calculul greutății cu care sistemul de fixare de tip clamp din structura unui efector final poate fi încărcat, se face după grafice puse la dispoziție de către producatorul acestora.
În figura 4.45. sunt reprezentate grafic variația masei manipulate de un sistem de fixare modular de tip clamp și a sistemului de compensare a încărcăturii maxime.
Fig. 4.45. Graficul variației masei manipulate în raport compensarea de încărcătură maximă realizată de un sistem de fixare modular de tip clamp [8]
Conform graficului din figura 4.46., forța de fixare este generată de către mecanismul basculant, al pârghiei forța maximă de prindere F.max, este disponibilă doar în poziția finală, când cele două NC- uri fixează elementul de tablă. Forta de fixare este în funcție de unghiul de deschidere al brațului pârghiei X= 50[mm].
Fig. 4.46. Graficul variației forței de fixare funcție de poziția brațului [8]
Consumul de aer comprimat conform reprezentării grafice din figura 4.47.,este în funcție de unghiul de deschidere al elementului mobil al pîrghiei.Timpul necesar pentru comanda și deschidere brațului pârghiei dispozitivului este de o secundă și o secundă pentru închiderea acestuia, la un unghi de deschidere maxim de 105°.
Fig.4.47. Reprezentarea grafică a consumul de aer în funcție de unghiului de deschidere al pârghiei [8]
4.4. Dimensionarea sistemelor pneumatice de fixare ale efectorului final de manipulare
Pentru a afla forța utilă necesară acționării mecanismului cu pârghii al efectorului final de manipulare, se recurge la următorul algoritm de calcul: La mecanismul de strângere al sistemului de fixare al clampului , brațele pârghiilor, notate cu “a” și “b”. [13].Respectă condiția de bază, în cazul dispozitivului cu pârghii acționat pneumatic s-a ales următoarele mărimi liniare:
a = 50 mm = 5cm
b = 50 mm = 5cm
În continuare vom determina prin calcule forța utilă:
dar conform STAS 7779 – 67 Fu = 42daN
Se scrie ecuația:
(4.1)
Unde:
-Forța utilă
– Forța de presiune
-suma forțelor rezistente
(4.2)
unde :
FF1- Forța de frecare 1 dintre cilindru și piston
(4.3)
unde :
P = 5 bari – presiunea din cilindru;
1= 0,08 -coeficientul de frecare dintre garnitura pistonului și cilindru;
D = diametrul cilindrului;
b =o,6 – grosimea garniturii pistonului;
unde :
FF2- Forța de frecare 2 dintre tija pistonului și capac
(4.4)
unde:
dt = diametrul tijei; dt = 0,3D
(4.5)
unde:
PE = presiunea de ieșire a aerului comprimat din camera opusă;
(4.6)
Din ecuațiile de mai sus rezultă o ecuație de gradul doi în “D”.
Din ecuația de mai sus rezultă:
D = 4,70 cm = 47, mm aceste mărimi conform STAS 9732-87 se alege D= 50mm, Din, catalog se alege un sistem clamp cu diametrul pistonului de 50 mm. [8]
4.4.1. Calculul de verificare a șuruburilor care fixează sistemele de prindere pe placa mesei dispozitivului
Șuruburile care fixează sistemele de prindere fixare de tip clamp de masa orizontală a dispozitivului stației de sudare robotizată, sunt șuruburi M8 și fac parte din grupa 6.8.
Aceste șuruburi sunt solicitate la întindere. [3]
Forța de încărcare a șuruburilor, având în vedere că forța de încărcare a dispozitivului nu va fi mai mare de 2000 [N] ne rezultă: [8]
(4.7)
unde:
FN – forța de încărcare a șuruburilor
N – numărul de șuruburi
Relația de verificare pentru solicitarea de întindere este:
(4.8)
în cazul nostru:
Având în vedere că rezistența de rupere la tracțiune a șuruburilor este de 800 [N/mm2] deoarece șuruburile fac parte din grupa 8.8 rezultă că șuruburile vor rezista la solicitările la care sunt supuse.
CAPITOLUL 5
SENZORI UTILIZAȚI LA CONSTRUCȚIA EFECTOARELOR FINALE MODULARE
5.1. Noțiuni privind senzorii utilizați în construcția efectoarelor finale
Senzorii utilizați pentru echiparea dispozitivelor de prehensiune modulare și a stațiilor de sudare robotizate sunt senzori de proximitate, senzori tactili și senzori de alunecare și senzori pneumatici. [8], [20]
Senzori de proximitate sunt destinați percepției stimulilor externi efectorului final, care provin de la distanță mică sau medie, în vederea localizării pieselor, poziționării efectorului final sau evitării obstacolelor în timpul manipulării piesei prehensate.
Principalele forme de energie folosite pentru realizarea senzorilor de proximitate sunt:energia electrică pentru senzori inductivi, capacitivi cu traductoare Hall; energia magnetică pentru senzori magnetici; energia radiantă pentru senzori radiometrici; energia luminoasă pentru senzori optici, energia sonoră pentru senzori cu sunete și ultrasunete și energia pneumatică pentru senzori pneumatici. [20]
Senzorii inductivi se bazează pe un câmp electromagnetic de înaltă frecvență generat în jurul unui bobinaj. La apropierea feței active de un corp metalic se produce amortizarea oscilațiilor (figura.1.1).
Fig. 5.1. Principiul funcționării senzorilor de proximitate inductivi [20]
Semnalul rezultat este prelucrat de etajul electronic de basculare care comandă printr-un amplificator sarcina de tip releu. Distanța utilă de detecție este dependentă de dimensiunile ecranului, de variațiile tensiunii de alimentare și alte temperaturi.
Senzorii capacitivi funcționează pe baza unui circuit RC la care se modifică capacitatea prin apropierea unui element (conductor sau dielectric) de fața sensibilă a sa. Distanța în care pot acționa acești senzori este de 1 mm și 40 mm. avantajul lor principal este că pot detecta orice corp (conductor sau izolator).
Senzorii cu traductor Hall funcționează prin utilizarea unei sonde Hall , a cărui principiu de funcționare este prezentat în figura.5.2.
Fig. 5.2. Principiul de funcționare al senzorului de proximitate cu traductor Hall [20]
La apropierea de un câmp magnetic sonda Hall furnizează o tensiune proporțională cu inducția magnetică.Tensiunea se aplică amplificatorului care produce un semnal liniar compensat cu temperatura, aplicat mai departe unui comparator cu histerezis.Când circuitul este plasat într-un câmp magnetic cu o inductanță ce depășește valoarea pragului de deschidere, comparatorul comandă starea de conducție zero, iar dacă inducția magnetică scade sub valoarea corespunzătoare pragului de blocare, comutatorul revine la poziția inițială.
În figura 5.3 a se prezintă modelarea 3D a poziționării și sizuării în structura stației de sudare, a celor doi senzori de proximitate, utilizați în mod obligatoriu, în zonele tablei unde sistemelor de centrare de tip pini acționează, și vin în contact cu tabla înainte de a acționa sistemelor de fixare din categoria clamp. Proiectantul concepe și echipează gripperul și dispozitivul de fixare al stației cu senzori, rolul acestora este de a sesiza prezenta tablei manipulate și a transmite continuu informații sistemului de comandă și conducere al sistemului robotizat..
Fig 5.3.Captură cu senzori de proximitate, poziționați la contactul cu reperul din tablă [8], [29]
Senzorii folosiți sunt senzori de proximitate iar, numărul lor este ales în funcție de forma și mărimea și greutatea tablei.Dacă construcția modulară a efectorului final și a dispozitivului de fixare al stației de sudare robotizate, permite senzorii vor fi poziționați și fixați cât mai aproape de pini de centrare sau de sistemele de fixare de tip clamp.
Din imaginea prezentată în figura 5.4., printr-o vedere izometrică modelată 3D, a reperului de tablă prins în stația de sudare, se poate observa prin rotirea cu 1800 a acestuia, atât cei doi senzori de proximitate magnetici, cât și cei trei senzori optici.
Fig 5.4. Senzori de proximitate, și senzorii optici poziționați la contactul cu reperul din tablă. Vedere izometrică [8] ,[29]
Senzorii optici utilizați în construcția efectoarelor finale, funcționează pe baza modificării fluxului luminos dintre un generator și un receptor la prezența piesei prehensate.
Principiul de funcționare al unui senzor optic este prezentat în figura 5.5., si se compune dintr-un emițător 1 și un receptor 2 dispuse pe o axă comună pe o distanță de până la 0,1 m sau distanțe mai mari dacă se folosesc lentile colimatoare. [20]
Fig. 5.5. Senzori de proximitate optici cu emițător și receptor pe aceeași axă [20]
Emițătorul este un generator de impulsuri scurte cu frecvențe între 0,1-1kHz și este o diodă cu radiații inflaroșii. Receptorul poate fi fotorezistor, fototranzistor sau fotodiodă.
O altă variantă a unui senzor optic este obținută prin dispunerea emițătorului și receptorului de aceeași parte sub un unghi (de obicei redus) caz în care piesa este detectată prin lumina care se reflectă pe suprafața acesteia. Schema de principiu pentru un astfel de senzor este arătată în figura 5.6. a.
Fig. 5.6. Senzor de proximitate optici cu reflexie [20]
Piesa este detectată în momentul pătrunderii în volumul senzitiv care este volumul realizat de intersecția conurilor focale ale celor două sisteme de lentile.
O variantă mai performantă a unui astfel de senzor este cel cu rază laser (fig.5.6. b) care are o acuratețe de sesizare mai mare.
Pentru includerea în subansambluri de gabarite medii și mici cum sunt multe din efectoarele finale se pot folosii senzori cu fibre optice (fig.5.7 a și b) care pot fi realizați în ambele variante prezentate mai jos.
Fig .5.7. Senzori de proximitate cu fibre optice [20]
În figura 5.8 a), b) , c) , d) , e) și f), sunt prezentate prin mai multe vederi izometrice, modelate 3D, modul cum au fost poziționați și fixații senzorilor de proximitate și senzorii optici, pe structura modular tipizată a efectorului final, care manipulează spre stația de sudare robotizată cele trei repere din tablă, având forme geometrice și mase diferite.
a) b)
c) d) e) f)
Fig. 5.8 a), b) , c) , d) , e) f)Modelarea 3D, a senzorilor de proximitate și optici, pe structura efectorului final. Vederi izometrice [7], [29]
5.2. Concluzii privind studiul funcționării stației de sudură robotitate
Efectoarele finale, realizate din elemente constructive tipizate modulare utilizate în fabricația robotizată a caroseriilor robotizate, performează în operații de manipulare a unor repere și subansamble din componența unei caroserii auto.
Concepția și execuția unor astfel de dispozitive de prehensiune de tip grippere de manipulare este absolut necesară la intrarea în producția de serie a unui nou model de caroserie, contribuind prin performanțele tehnice obținute, la eliminarea din circuitul de manipulare a acestor repere a operatorului uman. Sarcina de a urmării ciclul robotizat de preluare și manipulare a reperelor din tablă efectuată de roboți spre stațiile de sudare robotizate, aparține unui program de conducere și comandă al sistemului de lucru robotizat. Un staf tehnic format din specialiști, urmărește procesul derulat în stația de sudare și au acces continuu la informații privind verificarea calității subansamblului auto procesat astfel încât să corespundă specificațiilor de calitate cerute.Greutatea efectorului final, modelat 3D și realizat din elemente modulare tipizate, împreună cu subansamblul de table manipulate, nu trebuie să depășească greutatea pe care robotul ales o poate manipula. Pentru aceasta se fac încă din faza de proiectare calcule, utilizând un program conceput de o firmă de specialitate cu tradiție în domeniu precum Kuka Load Calculation.
Utilizarea la proiectarea stației de sudare robotizată a programului de proiectare Catia 5, a determinat o serie de avantaje constând în, reducerea substanțială a timpului aferent unui proiect. De asemenea utilizarea la construcția efectorului final și a stației robotizate de sudare a majorității elemntelor constructive de tipul celor modulare, duce la reducerea substanțială a costurilor.Productivitatea stațiilor de sudare robotizate, concepute pentru sudarea subansamblelor caroseriilor auto, a determinat ca roboții industriali să fie utilizați la o scară foarte largă în industra automativă.Sistemul robotizat al stației de sudare, prin proiectarea și modelarea 3D și 2D, a ansamblului și subansamblelor efectorului final și al dispozitivului de sudare al stației, permite o simulare a funcționării sistemelor de centrare și fixare a elementelor din tablă care sunt manipulate și fixate în sistemul robotizat.
De asemenea prelucrarea și reglarea sistemelor de fixare a NC- urilor se face pe mașini cu comenzii numerice, informațiile privind forma geometrică și dimensiunile sistemelor de fixare, care acționează în zone diferite ale subansamblului, sunt transmise la calculatorul mașini unelte direct de la calculatorul proiectantului. În concluzie, contribuția mea la elaborarea proiectului de diplomă a constat în documentarea privind proiectarea și modelarea 3D sistemelor de sudare robotizate, urmărirea și descrierea funcționării unui astfel de sistem, analizând și prezentând modelul 3D al ansamblului efectorului final cât și modelul 3D al stației de sudare robotizată.
Bibliografie
[1.] – Asimov I.: "Eu, robotul"- Ed. Teora, București, 1994;
[2.] – Blaga, F. : "Modelarea și simularea sistemelor tehnice".Editura Universității din Oradea 2004;
[3.] – Bratu, I. : "Mecanisme și organe de mașini " – Editura Universității din Oradea 2004;
[4.] – *** "Catalog Industrieroboter Kuka";
[5.] – *** "Catalog SCIAKI" – Franța;
[6.] – *** "Catalog FESTO Pneumatic, Automatizarea cu ajutorul pneumaticii. 2013;
[7.] – *** "Catalog TUNKERS CLAMPS 2013;
[8.] – *** "Catalog NORGREN TOOLING 2013;
[9.] *** Carte tehnică Interferometru laser FARO 2010
[10.] – Dolga, V. : "Traductoare și senzori" – Ed. Facla, Timișoara, 1996.
[11.] – Ispas, V. : „Roboți pentru aplicații speciale”, Ed. Dacia, Cluj- Napoca, 1999
[12.] – Kovacs, F., Varga Ș., Pau V. : "Introducere în robotică" – Ed. Printech 2000, București, 2000.
[13.] – Kovacs F., Tripe Vidican, A. Țarcă, R .C, Blaga, F. : "Sisteme de fabricație flexibile, Editura Universității din Oradea 1999;
[14.] – Pater S, M: "Toleranțe și control dimensional ", Editura Universității din Oradea 2000.
[15.] – Polojințef Corbu, N: "Tehnologia Materialelor vol I, II ", Editura Universității din Oradea 2000.
[16.] -Tocuț, P. D, Aspects regarding the design of the grippers in robotic handling operationsused of auto bodywork subanssemblies ANNUAL SESSION of SCIENTIFIC PAPERS I.M.T of the ORADEA UNIVERSITY 2012, ISSN 1583-0691,CNCSIS,,Clasa B+,, CD ROM VOLUME XI (XXI), ,2012 pag 3.17.
[17.] -Tocuț, P, D. Dispozitive de prehensiune vacuumatice.Optimizare constructiv funcțională .Universitatea din Oradea 2008.
[18.] – Tripe Vidican ,A. : "Construcția sistemului mecanic al roboților industriali.Notițe de curs 2014.
[19.] – Țarcă, R ,C .Introducere în robotică. Editura Universității din Oradea 2008.
[20.] – Țarcă, R .C .Senzori și traductoare. Editura Universității din Oradea 2005.
[21.] – Vesselenyi, T. Comanda și conducerea roboților industriali. Editura Universității din Oradea 2007.
[22.] – http://www.youtube.com/watch?v=W49Z67WRszg. Accesat în 28.05. 2014.
[23.] -http://www.youtube.com/watch?v=IRLVcmqfJeQ. Accesat 25.05. 2014.
[24.]. -http://storage0.dms.mpinteractiv.ro/media/w6192.jpg.Accesat în 2.05. 2014.
[25.] – http://www.ttonline.ro/sites/default/files /articole/roboti2.jpg. Accesat în 11.04. 2014.
[26.] -http://www.ttonline.ro/sites/default/files /articole/roboti_1.jpg. Accesat în 11.04. 2014.
[27.] -http://infohale.ro/wp-content/uploads/2012/12/robotics.jpg. Accesat în 27.02. 2014.
[28.] -http://www.ttonline.ro/sites/default/files/imagecache/large/articole/roboti_1.jpg.Accesat în 19.03. 2014.
[29.] – *** Program de proiectare Catia 5
[30.] – *** Program de proiectare AutoCAD 2011
Bibliografie
[1.] – Asimov I.: "Eu, robotul"- Ed. Teora, București, 1994;
[2.] – Blaga, F. : "Modelarea și simularea sistemelor tehnice".Editura Universității din Oradea 2004;
[3.] – Bratu, I. : "Mecanisme și organe de mașini " – Editura Universității din Oradea 2004;
[4.] – *** "Catalog Industrieroboter Kuka";
[5.] – *** "Catalog SCIAKI" – Franța;
[6.] – *** "Catalog FESTO Pneumatic, Automatizarea cu ajutorul pneumaticii. 2013;
[7.] – *** "Catalog TUNKERS CLAMPS 2013;
[8.] – *** "Catalog NORGREN TOOLING 2013;
[9.] *** Carte tehnică Interferometru laser FARO 2010
[10.] – Dolga, V. : "Traductoare și senzori" – Ed. Facla, Timișoara, 1996.
[11.] – Ispas, V. : „Roboți pentru aplicații speciale”, Ed. Dacia, Cluj- Napoca, 1999
[12.] – Kovacs, F., Varga Ș., Pau V. : "Introducere în robotică" – Ed. Printech 2000, București, 2000.
[13.] – Kovacs F., Tripe Vidican, A. Țarcă, R .C, Blaga, F. : "Sisteme de fabricație flexibile, Editura Universității din Oradea 1999;
[14.] – Pater S, M: "Toleranțe și control dimensional ", Editura Universității din Oradea 2000.
[15.] – Polojințef Corbu, N: "Tehnologia Materialelor vol I, II ", Editura Universității din Oradea 2000.
[16.] -Tocuț, P. D, Aspects regarding the design of the grippers in robotic handling operationsused of auto bodywork subanssemblies ANNUAL SESSION of SCIENTIFIC PAPERS I.M.T of the ORADEA UNIVERSITY 2012, ISSN 1583-0691,CNCSIS,,Clasa B+,, CD ROM VOLUME XI (XXI), ,2012 pag 3.17.
[17.] -Tocuț, P, D. Dispozitive de prehensiune vacuumatice.Optimizare constructiv funcțională .Universitatea din Oradea 2008.
[18.] – Tripe Vidican ,A. : "Construcția sistemului mecanic al roboților industriali.Notițe de curs 2014.
[19.] – Țarcă, R ,C .Introducere în robotică. Editura Universității din Oradea 2008.
[20.] – Țarcă, R .C .Senzori și traductoare. Editura Universității din Oradea 2005.
[21.] – Vesselenyi, T. Comanda și conducerea roboților industriali. Editura Universității din Oradea 2007.
[22.] – http://www.youtube.com/watch?v=W49Z67WRszg. Accesat în 28.05. 2014.
[23.] -http://www.youtube.com/watch?v=IRLVcmqfJeQ. Accesat 25.05. 2014.
[24.]. -http://storage0.dms.mpinteractiv.ro/media/w6192.jpg.Accesat în 2.05. 2014.
[25.] – http://www.ttonline.ro/sites/default/files /articole/roboti2.jpg. Accesat în 11.04. 2014.
[26.] -http://www.ttonline.ro/sites/default/files /articole/roboti_1.jpg. Accesat în 11.04. 2014.
[27.] -http://infohale.ro/wp-content/uploads/2012/12/robotics.jpg. Accesat în 27.02. 2014.
[28.] -http://www.ttonline.ro/sites/default/files/imagecache/large/articole/roboti_1.jpg.Accesat în 19.03. 2014.
[29.] – *** Program de proiectare Catia 5
[30.] – *** Program de proiectare AutoCAD 2011
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Proiectarea Si Studiul Functionarii Unei Statii de Lucru Robotizate (ID: 163144)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.