Universitatea Politehnica din București

Facultatea de Ingineria și Managementul Sistemelor Tehnologice

Încercarea și recepția Roboților Industriali

Student: Liliana Stan

Grupa: 641BB

2014-2015

Cuprins

Capitolul 1.............................................................................................................................................3

Generalitati privind tema de proiect.................................................................................................3

Prezentarea structurii si caracteristicilor generale ale robotului ABB IRB 4600-40/2.55 integrat in aplicație.............................................................................................................................................5

Capitolul 2.............................................................................................................................................8

Prezentarea celulei de fabricatie flexibila..........................................................................................8

Prezentarea procedurilor de calcul privind masurarea parametrilor robotului industrial integrat in aplicatie. Generalitati. Conditii de incercare......................................................................................9

Schema cinematica structurala a robotului.....................................................................................10

Prezentarea si justificarea parametrilor functionali si procedura de calcul pentru determinarea fiecarui parametru...........................................................................................................................10

2

Capitolul 1Generalitati privind tema de proiect

Procesul de așchiere este ansamblul fenomenelor fizico-mecanice prin care se produce transformarea adaosului de prelucrare în așchii și se generează o suprafață prelucrată. Procesul de așchiere implică existența factorilor care determină îndepărtarea adaosului și crearea suprafeței prelucrate: semifabricatul, dispozitivul de prindere al acestuia, robotul industrial, cinematica adecvată, scula așchietoare și dispozitivul de prindere al acesteia. Toate acestea formează sistemul tehnologic pentru prelucrarea prin așchiere.

Frezarea este operația de așchiere la care îndepărtarea adaosului de prelucrare se face cu ajutorul unei scule cu mai mulți dinți numită freză, care execută o mișcare principală de rotație și o mișcare de avans radial (de regulă). La această operație dinții nu sunt în contact permanent cu semifabricatul astfel că vom avea o detașare discontinuă a așchiei.

Această operație mecanică de prelucrare pentru îndepartarea bavurilor sau a materialului de adaos, se face ținand cont de factori precum natura materialului piesei (metal, plastic sau compozit ), dimensiunea si complexitatea piesei, rolul tehnologic al acesteia și de caracterul producției piesei . Astfel, o piesă poate necesita operații de finisare, teșire sau ascuțire și debabavurare.

Operația de debavurare reușită trebuie să îndeplineasca 3 condiții:

- Îndepartarea completă a bavurilor;

- Suprafața trebuie să rămână fără vibrații si fără zimțuiri sau urme de feston;

- Nu trebuie îndepartat alte cantități de material din piesa, ci numai bavuri.

Procesul de debavurare conține toate operațiile de înlăturare a bavurilor, de la simpla operație de debavurare manuală, până la operații de debavurare mai complexe, precum debavurarea robotizată.

Pentru ca un sistem tehnologic să fie capabil să își îndeplinească sarcinile de lucru pentru care este destinat, acesta trebuie să fie încă de la început conceput în acord cu cerințele funcționale impuse în exploatarea curentă a acestuia și să corespundă prin parametrii funcționali proprii specificului proceselor tehnologice pe care le are de realizat pe întreaga perioadă de utilizare.

Astfel, atât structura aplicațiilor robotizate, caracteristicile constructiv - funcționale ale roboților industriali utilizați în cadrul acestora, cât și respectiv echiparea tehnologică specifică a acestora, trebuie selectate în concordanță cu ansamblul factorilor de influență caracteristici unor astfel de aplicații.

Procesul de debavurare robotizată, din punct de vedere al echipării robotului, se poate realiza în trei moduri, în funcție de mărimea și complexitatea piesei, astfel:

Robotul industrial este echipat cu scula așchietoare și efectuează operația de debavurare în timp ce semifabricatul este fixat pe un sistem special de fixare. [Fig. 1.1.]

3

Fig. 1 R.I. echipat cu sculă așchietoare realizează operația de debavurare.

Primul caz este întâlnit atunci când piesa are dimensiuni mari, ceea ce îngreunează posibilitatea de manevrare a acesteia. Un dezavantaj îl prezintă necesitatea schimbării tipului de sculă așchietoare, ceea ce duce la creșterea timpului de realizare a operației de debavurare.

Robotul industrial este cel care manevrează piesa după direcția de debavurare în fața unei scule așchietoare montate fie pe un sistem auxiliar. [Fig. 1.2.]

Fig. 2 R.I. manevrează piesa după direcția de debavurare în fața unei perii rotative.

În cel de-al doilea caz, faptul ca piesa are dimensiuni mici și poate fi manevrată reprezintă un avantaj deoarece în afară de operația de debavurare, robotul poate face și o operație încărcare/descărcare a piesei în continuarea procesului de fabricație. De asemenea, scula așchietoare (indiferent de tipul acesteia), poate fi mai mare, ceea ce reduce timpul de debavurare.

4

În schimb, un dezavantaj îl constituie faptul că datorită complexității piesei, uneori este imposibil să fie prelucrată întreaga suprafața a piesei.

Sunt folosiți doi roboți industriali, ce lucrează în tandem, unde unul este echipat cu scula așchietoare în timp ce cel de-al doilea manevrează piesa. [Fig. 1.3.]

Fig. 3 R.I. (stânga) manevrează piesa în timp ce R.I.(dreapta) realizează operația de debavurare.

Pentru cel de-al treilea caz, folosirea unui robot de tip braț articulat pentru a manevra și poziționa piesa în vederea realizării operației de debavurare de un al doilea robot de tip braț articulat, are ca principal avantaj reducerea timpului necesar realizării operației.

Specificul aplicațiilor robotizate de realizare a operațiilor de prelucrare prin așchiere cu scule cu antrenare proprie permite identificarea ca prim factor major de influență, nivelul solicitărilor induse de procesul tehnologic asupra efectorului RI si respectiv unității operaționale a RI integrat în aplicația respectivă.

Aplicația robotizată din cadrul temei de proiect este definită în cadrul operațiilor tehnologice de prelucrare (debavurare) ce necesită puteri mici de așchiere (sub 800 W). Este utilizat un RI cu arhitectură generală de tip braț articulat echipat cu un efector vacuumatic monofuncțional pentru manipularea reperului de prelucrat și cu o sculă cu antrenare proprie cu complianță radială (acționată pneumatic), în timp ce pentru schimbarea rapidă a efectorilor este folosit un sistem de cuplare – decuplare automat.

5

Fig. 4 Schema de principiu a celulei robotizate pentru debavurare repere din plastic, din cadrul temei.

6

Prezentarea structurii si caracteristicilor generale ale robotului ABB IRB 4600-40/2.55 integrat in aplicație

Robotul are un număr de 6 axe și posibilitatea de a manevra o sarcină portantă de 40 kg. Raza maximă este de 2550 mm iar repetabilitatea in poziționare este de ±0.05 mm.

Alte aplicații în care poate fi folosit: sudare cu arc, asamblare, paletizare, măsurare, finisare, ambalare și etichetare, îndepartare de material.

Tabelul 1 Specificații tehnice RI IRB 4600-40/2.55

IRB 4600 -40/2.55

Nr. de axe 6

Sarcina portantă (kg) 40

Raza maximă (mm) 2550

Repetabilitatea (mm ) ± 0.05

Deplasarea pe axe (°)

Axa1 ±180

Axa2 +150 / -90

Axa3 +75 / -180

Axa4 ± 400

Axa5 +120 / -125

Axa6 ± 400

Viteza de mișcare pe axe(°/s )

Axa1 175

Axa2 175

Axa3 175

Axa4 250

Axa5 250

Axa6 360

Modul de instalare

Sol / suspendat / inclinat

Masa Robotului (kg) 432

Posibil a fi folosit

într-o operație de manipulare și debavurare

Da

7

Fig. 5 Spațiul de lucru al RI ABB IRB 4600

Fig. 6 Caracteristici dimensionale ale RI ABB IRB 4600

8

Fig. 7 Dispunerea sarcinei maxime portante

9

Capitolul 2Prezentarea celulei de fabricație flexibila

Fig. 8 Imagine de ansamblu a celulei flexibile de fabricație robotizate pentru debavurarea pieselor din masă plastică.

Fig. 9 Vedere frontală a celulei robotizate.

10

Fig. 10 Vedere din partea dreaptă a celulei robotizate.

Fig. 11 Vedere de sus a celulei robotizate și identificarea componentelor majore.

11

Fig. 12 Piesa din plastic, obținută printr-o operație de matrițare, ce prezintă bavuri care necesită a fi îndepărtate(a) și dimensiunile de gabarit ale piesei (b)

a) b)

Fig. 13 Conveior EBS80-D1 de intrare/ ieșire folosit în cadrul aplicației.

12

Fig. 14 Specificațiile tehnice ale conveiorului EBS80-D1, componente și dimensiuni.

13

Fig. 15 Masa de centrare gravitațională folosită în cadrul aplicației pentru a realiza orientarea și poziționarea piesei.

Fig. 16 Conveior de evacuare a bavurilor obținute în urma procesului de debavurare robotizată a pieselor din masă plastică.

Fig. 17 Sistem exhaustor pentru evacuarea particulelor de praf obținute în urma procesului de debavurare robotizată a pieselor din masă plastică.

14

Fig. 18 Sistem de protecție a sculei cu antrenare proprie cu deschidere/închidere automată a capacului protector.

Fig. 19 Grup de preparare al aerului de la firma Schmalz folosit pentru instalația pneumatică pentru alimentarea sculei cu antrenare proprie, respectiv a sistemului de prindere a piesei și a efectorului vacuumatic monofuncțional

15

Fig. 20 Controller IRC5 al RI ABB IRB4600

Fig. 21 Sistem video pentru îmbunătățirea procesului robotizat, prin urmărirea centrării piesei și compararea imaginii comparate cu o imagine de referință

16

Fig. 22 R.I. ABB IRB 4600 utilizând un sistem de cuplare – decuplare automat pentru schimbarea efectorilor, fiind posibil echiparea unei scule cu antrenare proprie cu complianță radială (a) și un efector pentru manipulare vacuumatic,

monofuncțional (b).

Efectorul ales de la firma ATI este Flexdeburr RC 300 (Fig.3.4), sculă pentru debavurare cu antrenare proprie și complianță radială, de mare viteză, concepută special pentru debavurare repere din aluminiu, plastic sau oțel. Design-ul flexibil al acesteia permite să fie utilizată într-o gamă largă de aplicații.

Este controlată pneumatic, iar complianța radială a acesteia îi permite sa urmeze profilul cu neregularități a semifabricatelor și să mențină în același timp o forță constantă, reglabilă și este susținută de presiunea aerului aplicată la arborele unității. Acest lucru permite avansuri mari, cu o calitate uniformă în orice orientare.

17

Fig. 23 Sculă cu antrenare proprie Flexdeburr RC 300.

Tabelul 3.1 Specificații tehnice Flexdeburr RC 300.

Greutate [kg] 1.2

Complianța maximă [mm] ± 8

Complianța recomandată – la 1.4-4.1 bar [mm] ± 4

Forța de complianță – 0.3-4.1 bar [N] 12.7 – 42.3

Viteza – 0.7-4.1 bar [rpm] 30,000

Consumul de aer [l/s] 2.8 – 10.2

Conexiunea pneumatică pentru arbore ⌀ 3/8

Conexiunea pneumatică pentru complianță ⌀ 5/32

Putere [W] 300

Sistemul de fixare Flanșă de fixare laterală

Fig. 24 Conexiunea pneumatică (a) și schema pneumatică (b) a sculei cu antrenare proprie Flexdeburr RC 300.

18

Fig. 25 Dimensiunile sculei cu antrenare proprie Flexdeburr RC 300.

După alegerea sculei cu antrenare proprie ce va fi folosită în cadrul aplicației, tot de la firma ATI a fost ales și sistemul de cuplare – decuplare automată în funcție de specificațiile necesare funcționării corecte, QC-41.

Pentru QC-41 (Fig.23.), noua tehnologie de blocare permite pană la 3 mm de separare de placa de blocare. Mecanismul de siguranță al blocării se face prin acționarea pneumatică a unui piston. Toate componentele pentru efectuarea blocării sunt din oțel. [17]

Tabelul 3.2 Specificații tehnice QC – 41.

Sarcina maximă recomandată [kg] 50 Sarcini mai mari posibile o data cu micșorarea momentului

Forța de blocare [N] 4500 Mecanismul de siguranță este folosit atunci când sarcina depașește forța de blocare

Capacitate moment static - axele X, Y [Nm] 160 Capacitatea momentului dinamic este de 3 ori mai mare decat capacitatea momentului static.Capacitate moment static - axa Z [Nm] 220

Repetabilitatea în poziționare [mm] 0.015 Repetabilitatea este testata la un milion de cicluri

Greutatea [kg] 2.1 Flanșa master – 1.4 iar flanșa tool – 0.7

Distanța maximă între flanșele Master și Tool înainte de cuplare(blocare) [mm]

3.0 Tehnologia de blocare fără atingere permite flanșelor cuplarea

Mărimea porturilor pentru conexiunea pneumatică

(6) 3/8 NPT

(4) 1/8 NPT

Presiunea maximă 7 bar

19

Fig. 26 Sistem de cuplare – decuplare automată QC – 41.

Fig. 27 Dimensiunile flanșelor Master și Tool pentru QC – 41.

Componentele de vid permit o manipulare sigură și eficientă a pieselor în procese automatizate. In mod frecvent se utilizeaza si in aplicatii robotizate. Pentru realizarea proceselor de productie automatizate Schmalz ofera o gama larga de componente pentru vacuum, de la ventuze de suctiune si grippere speciale pana la generatoare de vacuum si senzori.

20

Fig. 28 Efectorul pentru manipulare vacuumatic, monofuncțional, folosit în cadrul aplicației.

21

Prezentarea procedurilor de calcul privind masurarea parametrilor robotului industrial integrat in aplicatie. Generalitati. Conditii de incercare.

Mărimi de încercat

Aplicații

Vopsire Sudare electrică prin puncte

Manipulare încărcare/

descărcareAmbalare Inspecție

Prelucrare Debavurare/

Şlefuire/Strunjire

Sudare cu arc electric

Etanșare cu adeziv

Precizia poziționării unidirecționale X X X X X X X

Repetabilitatea poziționării unidirecționale

X XX X X X X

Variația multidirecțională a preciziei poziționării

X X X X X

Precizia distanței X(3) X(3) X(3) X(3) X(3) X(3)Repetabilitatea distanței X(3) X(3) X(3) X(3) X(3) X(3)Timpul de stabilizare a poziționării X X X X X XDepășirea poziționării X X X X X XAbaterea caracteristicilor poziționării X X X X X X XPrecizia traiectoriei X X X XRepetabilitatea traiectoriei X X X X X XAbateri la colț X X X X XLungimea traiectoriei de stabilizare X X X X XPrecizia vitezei pe traiectorie X X X XRepetabilitatea vitezei pe traiectorie X X X XFluctuația vitezei pe traiectorie X X X XTimpul de poziționare minim X X X X X X XComplianța statică X X X X X X

(1) - Aplicație unde se folosește comanda poziționare cu poziționare;

(2) - Aplicație unde se folosește comanda de traiectorie continuă;

(3) - Numai in cazul programării analitice.

22

Schema cinematica structurala a robotului

Prezentarea si justificarea parametrilor functionali si procedura de calcul pentru determinarea fiecarui parametru

Înainte de efectuarea încercărilor este important ca instrumentele de măsurat folosite să fie calibrate și în același timp să se țină seama de erorile acestora (erori sistematice asociate metodei de măsurare folosite și erori datorate metodei de calcul).

Repetabilitatea traiectoriei – exprimă concordanța între traiectoriile atinse pentru aceiași traiectorie comandată, repetată de n ori. Valoarea maximă a repetabilității traiectoriei este reprezentată de raza cercului al cărui centru este pe linia baricentrelor și căruia îi corespunde coordonata zi de pe axa Z și maximul dispersiei unghiulare în jurul valorii medii la diferite poziții pe zi.

Rezultatele urmărite sunt pentru:

repetabilitatea traiectoriei și repetabilitatea traiectoriei de orientare pe +Z repetabilitatea traiectoriei și repetabilitatea traiectoriei de orientare pe –Z

Repetabilitatea traiectoriei se obține din formula 1.1.

RT=maxi=1m [ li+3 Sli ] (1.1)

unde:

li=1n∑j=1

n

lij

Sli=√∑j=1n

(lij−li)2

n−1

lij=√ (x ij−x i )2+( y ij− yi )

2

Repetabilitatea traiectoriei de orientare se obține din formula 1.2, 1.3 și 1.4.

RT a=maxi=1m [3√∑j=1

n

(aij−a j )2

n−1 ] (1.2)

RTb=maxi=1m [3√∑j=1

n

(bij−b j )2

n−1 ] (1.3)

23

RT c=maxi=1m [3√∑j=1

n

(c ij−c j )2

n−1 ] (1.4)

Abateri la colț & Lungimea traiectoriei de stabilizare

Abateri la colț – reprezintă abateri între o traiectorie comandată și traiectoria efectivă atunci când traiectoria comandată constă din două drepte perpendiculare între ele.

Abaterea datorită racordări la colț – reprezintă distanța minimă între punctul de colț și traiectoria atinsă.

Depășirea la colț – reprezintă abaterea maximă de la traiectoria comandată după ce robotul a pornit pe a două traiectorie fără timp de repaus și fără modificarea vitezei programate pe traiectorie. Se poate calcula prin măsurarea abaterii între punctul de colț și fiecare traiectorie măsurată.

Depășirea medie la colț se calculează ca medie aritmetică a tuturor depășirilor la colț înregistrate pe parcursul a trei cicluri.

Lungimea de stabilizare a traiectoriei reprezintă distanța dintre punctul de colț și punctul de pe a doua traiectorie comandată, de la care precizia și repetabilitatea RI se încadrează în toleranțele indicate.

CR – abaterea datorită racordării la colț, se calculează cu formula 1.5:

CR j=mini=1m (√ (x i−xe )2+ ( y i− ye )2+( zi−ze)

2) (1.5)

unde:

m – numărul punctelor de măsurare

xe,ye, ze – coordonatele punctului de colț

xi, yi, zi – coordonatele poziționării traiectoriei atinse corespunzătoare punctului i.

24

CO – depășirea la colț, se calculează cu formula 1.6:

CO=max i=1m (√(x i−xci )

2+ ( y i− yci )2) (1.6)

unde:

xci,yci – coordonatele punctului traiectoriei comandate pentru punctul zci

xi, yi – coordonatele punctului traiectoriei comandate pentru punctul zi

SPL – lungimea traiectoriei de stabilizare, calculează cu formula 1.7:

SPL=zc−zg (1.7)

unde:

zc – coordonata z pentru punctul de colț

zg – coordonata de la care performanța RI se încadrează în caracteristicile traiectoriei indicate.

Precizia vitezei pe traiectorie – reprezintă abaterea între viteza comandată și media vitezelor atinse, obținute în timpul a n deplasări repetate în lungul traiectoriei.

Se calculează cu formula 1.8:

AV=v−vcvc

×100 (1.8)

unde vc - viteza comandată

v j=1m∑i=1

m

v ji (1.9)

vji - viteza atinsă pentru a i-a măsurare și al j-lea ciclu

m - numărul de măsurări în lungul traiectoriei

Se exprimă în procente din viteza comandată.

Precizia traiectoriei și caracteristicile vitezei pe traiectorie sunt încercate pe aceeași traiectorie liniară.

Repetabilitatea vitezei pe traiectorie – reprezintă o măsură a concordanței între vitezele atinse pentru aceeași viteză comandată.

Se calculează cu formula 1.10:

RV=±( 3Svvc ×100) (1.10)

unde:

25

Sv=√∑j=1n

(v j−v )2

n−1

(1.11)

Repetabilitatea vitezei pe traiectorie și măsurarea preciziei vitezei pe traiectorie sunt determinate folosind aceeași procedură de încercare.

Fluctuația vitezei pe traiectorie – reprezintă abaterea maximă a vitezelor atinse pe o traiectorie de la aceeași viteză comandată.

Se calculează cu formula 1.12:

FV=max j=1n [maxi=1m (v ji)−mini=1

m (v ji) ] (1.12)

Fluctuația vitezei pe traiectorie și măsurarea preciziei vitezei pe traiectorie sunt determinate folosindu-se aceeași procedură de încercare.

Timpul de poziționare minim – reprezintă timpul necesar pentru parcurgerea (sub comanda punct cu punct) unei distanțe și/sau unui unghi predeterminat, între două stări staționare.

Timpul de poziționare depinde de distanța parcursă și contribuie la determinarea întregului timp de ciclu.

26