cap8 aplicatiile robotilor industriali

212 Aplicaţiile roboţilor industriali

CAPITOLUL 8 APLICAŢIILE ROBOŢILOR INDUSTRIALI

8.1. Probleme generale Roboţii industriali şi-au găsit locul într-o gamă largă de procese tehnologice, în care înlocuiesc operatorul uman în executarea unor operaţii auxiliare sau de bază. Cele mai importante aplicaţii se regăsesc în următoarele domenii: - În procese de prelucrare mecanică prin aşchiere, pentru alimentarea automată cu piese, scule sau dispozitive a maşinilor-unelte sau pentru executarea unor operaţii de găurire sau rectificare; - În procese tehnologice de asamblare automată, în care robotul manipulează piesele de asamblat sau scule utilizate în acest scop; - În procese tehnologice de forjare-presare, pentru deservirea cuptoarelor de încălzire sau a preselor şi ştanţelor; - În procese tehnologice de sudare prin puncte sau sudare continuă cu arc, în care robotul manipulează capul de sudură prin puncte sau electrodul de material la sudarea cu arc; - În procese tehnologice de turnare, pentru manipularea ramelor de formare, pentru dezbaterea formelor, pentru montarea miezurilor, pentru curăţirea pieselor turnate sau pentru alimentarea automată a maşinilor de turnare sub presiune; - În procese tehnologice de acoperiri superficiale, în care manipulează pistoale de vopsit sau piesele ce sunt scufundate în băi de acoperire, de decapare etc.; - În procese tehnologice de tratament termic, în care manipulează piesele la încălzirea în cuptoare sau la scufundarea în băi de tratament; - În realizarea operaţiilor de control automat al dimensiunilor şi formei pieselor; - La încărcarea-descărcarea conveioarelor şi în operaţii de stivuire, transport sau înmagazinare. Avînd în vedere condiţiile de lucru din mediul în care se desfăşoară tehnologia asistată de robotul industrial, acestea pot fi: - medii cu praf sau cu temperaturi înalte; - spaţii înguste, greu accesibile; - medii toxice sau radioactive; - medii cu atmosferă umedă; - medii cu atmosferă rău mirositoare; - medii cu pericol de explozie; - medii cu caracteristici normale. Aplicaţiile roboţilor industriali în procese tehnologice se pot realiza în două situaţii distincte: 1. Într-un proces tehnologic existent, neautomatizat, care funcţionează după un mod de organizare oarecare; 2. Într-un proces tehnologic nou, care urmează să fie conceput şi realizat în variantă robotizată. În primul caz, trebuie rezolvate o serie de probleme cu consecinţe nefavorabile, cum ar fi: - oprirea procesului tehnologic în vederea reorganizării şi reamplasării utilajelor, ceea ce determină pierderi de producţie şi cheltuieli suplimentare; - necesitatea unor modificări în sistemul de comandă al utilajelor pentru a fi compatibile cu sistemul de comandă al robotului adoptat; - necesitatea unor elemente suplimentare de periferie a robotului (depozite, mecanisme de orientare, mecanisme de separare etc.); - eliminarea operatorului uman din proces, ceea ce poate crea probleme sociale delicate.

Robotică industrială 213

Faţă de aceste inconveniente, cea de a doua situaţie este mai favorabilă, putându-se realiza cu costuri mai mici, este mai comodă, nu determină probleme sociale, toate soluţiile fiind gândite din faza de concepţie pentru varianta robotizată. În orice caz, la realizarea aplicaţiilor trebuie asigurată condiţia ca robotul industrial să nu apară ca un corp străin în proces, iar caracteristicile sale să corespundă pe deplin caracteristicilor procesului tehnologic, astfel încît să nu fie influenţate, prin reacţie, obiectul produs, mijloacele de producţie sau tehnologia. 8.2. Condiţii de realizare a aplicaţiilor cu roboţi industriali Realizarea aplicaţiilor industriale ale roboţilor presupune o analiză atentă a variabilităţii mediului sau procesului tehnologic, pentru a stabili astfel gradul de flexibilitate ce trebuie să-l asigure robotul din punct de vedere mecanic, al sistemului de comandă şi programare, precum şi gradul de flexibilitate al elementelor periferice şi de interfaţă. Se poate defini mediul periferic al robotului ca fiind totalitatea subsistemelor fizice şi informaţionale cu care acesta intră în interacţiune pe toată durata îndeplinirii sarcinii sale în procesul tehnologic pe care îl asistă. Acest mediu se prezintă ca un mediu dinamic, în care diferitele componente ale sale îşi schimbă poziţia, dimensiunile şi caracteristicile, iar aceste schimbări pot avea loc cu frecvenţă constantă sau variabilă. Ca urmare, în proiectarea aplicaţiilor cu roboţi industriali, trebuie să avem în vedere următoarele tipuri de variabilităţi: 1. Variabilitatea poziţională; 2. Variabilitatea de formă, dimensională şi de masă; 3. Variabilitatea de timp; 4. Variabilitatea operaţională; 5. Variabilitatea generală de mediu. Variabilitatea poziţională se poate referi la piesă, la dispozitivul de centrare-fixare a piesei sau la maşină, care îşi pot schimba poziţia în spaţiu sau orientarea. Variablitatea de formă, dimensiuni şi masă se referă la piesă. Variabilitatea de timp se poate referi la durata ciclului de prelucrare a piesei, la durata ciclului de manipulare sau la maşină (frecvenţa şi durata întreruperilor). Variabilitatea operaţională se referă la operaţiile de prelucrare a pieselor ca urmare a modificării sarcinilor de lucru. Variabilitatea generală de mediu se referă la variaţia diferiţilor parametri ai acestuia (temperatură, umiditate, praf, radioactivitate etc.). 8.2.1. Variabilitatea pieselor prelucrate şi manipulate Având în vedere orientarea piesei, putem avea trei tipuri de orientări: - orientare oarecare (liberă); - orientare determinată de proces; - orientare forţată, obţinută prin intermediul unor sisteme de orientare corespunzătoare. Poziţia piesei trebuie determinată în raport cu sistemul de coordonate în care lucrează robotul, starea piesei în spaţiul de lucru al robotului putând fi de repaus sau de mişcare. La ieşirea de pe un post de lucru din sistemul robotizat, piesa este orientată de dispozitivul de centrare şi fixare (orientare de proces). Ea poate fi preluată de robot în această stare, dar în cazul în care de pe maşină cade într-un buncăr, atunci îşi pierde orientarea (orientare liberă). Pentru a aduce o piesă în poziţia necesară (orientarea forţată), trebuie să fie realizate activităţi suplimentare, cum ar fi: - separarea bucată cu bucată a pieselor; - determinarea orientării piesei şi compararea poziţiei obţinute cu poziţia prescrisă.


Aceste activităţi pot fi realizate în două moduri: - utilizând dispozitive specializate care echipează sistemul robotizat; - utilizând roboţi industriali din generaţia a II-a (roboţi automaţi adaptivi), care sunt dotaţi cu senzori de vedere sau senzori tactili şi sisteme de prelucrare a informaţiilor furnizate de aceştia şi de comandă corespunzătoare. Adoptarea uneia sau alteia dintre cele două soluţii trebuie să urmeze unei analize detaliate a situaţiei reale din proces şi determinării costurilor aferente. Astfel, prima soluţie va necesita un robot cu sistem mecanic mai puţin flexibil, iar comanda ciclului de lucru al acestuia este, de asemenea, mai simplu. Pe de altă parte, problema realizării unor dispozitive specializate de orientare se complică cu cât piesele manipulate vor diferi mai mult ca formă şi dimensiuni. În acest caz, este necesar să realizăm un studiu al asemănării pieselor şi gruparea acestora după criterii care să permită simplificarea construcţiei dispozitivului de orientare, acesta trebuind să prezinte posibilităţi de reglare (să fie flexibil). De asemenea, putem realiza mai multe dispozitive de orientare care să fie schimbabile la trecerea de la o piesă la alta. Trebuie subliniat faptul că se recomandă păstrarea orientării de proces chiar şi în cazul utilizării roboţilor din generaţia a II-a sau a III-a, aceasta în scopul scurtării ciclului de manipulare a piesei şi al utilizării mai raţionale a performanţelor robotului. Variabilitatea de formă, dimensională, de masă sau de rigiditate a piesei se manifestă în cazurile când roboţii se utilizează în sisteme flexibile de fabricaţie, în care se execută, se controlează sau se asamblează piese aparţinând unei familii, cu asemănări mai mari sau mai mici. Acest gen de variabilitate determină: - concepţia generală a dispozitivului de apucare (de prehensiune); - flexibilitatea geometrică necesară a dispozitivului de apucare şi a sistemului de poziţionare-orientare; - sarcina maximă de manipulat de către robot; - forţa de strângere a obiectului manipulat; - cerinţe pentru optimizarea comenzilor. Rezolvarea problemelor de mai sus este uşurată prin clasificarea pieselor orientată spre cerinţele manipulării acestora cu ajutorul roboţilor, clasificare din care rezultă moduri posibile de apucare, deplasare şi poziţionare a piesei cu precizia impusă. 8.2.2. Variabilitatea dispozitivului sau maşinii Acest gen de variabilitate se referă, de asemenea, la poziţia acestora. Astfel, poziţia dispozitivului de centrare-fixare a piesei poate fi analizată din punct de vedere al cerinţelor procesului de lucru şi al modului cum este organizat acesta. La procesele de prelucrare mecanică, de presare, de forjare, poziţia dispozitivelor şi maşinilor este fixă sau se poate schimba, dar poziţiile sunt, totuşi, bine determinate. În cazul când, însă, robotul execută operaţii tehnologice care presupun să manipuleze o maşină sau o sculă (polizare, găurire, sudare, acoperiri superficiale metalice sau prin vopsire etc.), poziţia este variabilă. În aceste situaţii, variabilitatea se defineşte în raport cu piesa şi asfel trebuie determinate funcţiile robotului.

8.2.3. Variabilitatea duratelor de timp şi operaţională Se pot distinge variabilitatea duratelor de prelucrare şi variabilitatea duratelor de manipulare. Durata de prelucrare se consideră intervalul de timp scurs între momentul introducerii piesei în dispozitivul de centrare-fixare şi momentul eliberării şi preluării ei de către manipulator. Durata de manipulare reprezintă suma timpilor necesari pentru apucarea obiectului, deplasarea în spaţiu după traiectoria impusă, orientarea şi eliberarea obiectului manipulat.


Variabilitatea duratelor de prelucrare se poate stabili în momentul elaborării procesului de lucru şi al determinării parametrilor acestuia. Variabilitatea duratelor de manipulare este determinată de lungimea traiectoriilor, de viteza de deplasare, de modelul de mişcare, de sarcină şi de precizia dorită. Această variabilitate este impusă şi de variabilitatea duratelor tehnologice, fiind necesare intercondiţionări între perioadele de proces şi de manipulare. Din acest motiv, organizarea proceselor de fabricaţie asistate de roboţi trebuie făcută în condiţia realizării ciclului total de durată maximă, aceasta prin organizarea în aşa fel a secvenţelor încât să se respecte principiile fundamentale ale economiei de mişcare şi de timp. Variabilitatea operaţională este dată de modificarea sarcinilor de prelucrare, ceea ce determină de fapt variabilităţile de mai sus. Aceasta conduce la necesitatea modificării programului de comenzi al sistemului flexibil robotizat. Variabilitatea sarcinilor de prelucrare impune necesitatea introducerii funcţiei de recunoaştere a piesei ce trebuie manipulată la un moment dat, ceea ce se poate realiza pe mai multe căi: - după forma piesei; - cu un purtător de cod al piesei, ataşat direct pe piesă sau pe dispozitivele însoţitoare (palete, mandrine, casete etc.).

8.3. Funcţii de manipulare posibile în sistemele de fabricaţie robotizate În realizarea unui sistem de fabricaţie robotizat, integrarea funcţiei de manipulare automată este esenţială, putând apare situaţia ca în sistemul respectiv să fie integrate mai multe operaţii de manipulare automată. Funcţiile de manipulare posibile într-un sistem robotizat rezultă din fig.8.1, pentru fiecare dintre aceste operaţii putând fi necesar câte un robot de construcţie adecvată şi cu ciclu de lucru

corespunzător sau acelaşi robot poate îndeplini două sau trei funcţii.


Funcţia de manipulare a piesei este necesară pentru alimentarea automată cu piese a maşinilor-unelte, aceasta putându-se referi la: - transferul unei palete cu piesa fixată pe masa maşinii-unelte şi apoi în sens invers, după prelucrare; - schimbarea poziţiei piesei pe paleta fixată pe masa maşinii, în cazul când prelucrarea piesei pe aceeaşi maşină se face din mai multe prinderi; - transferul unei piese de revoluţie dintr-un magazin de piese în sistemul de fixare al maşinii şi în sens invers; Manipularea sculei în cadrul unui sistem robotizat se referă la transferul automat al sculelor individuale sau al grupelor de scule din depozitul de scule sau de cutii multiaxe al maşinii pe maşina-unealtă şi în sens invers; în alte cazuri, manipulatorul acţionează direct scula de lucru: la debavurarea automată, la montajul automat, la sudarea automată, la vopsire, la găurire etc. În cazul când controlul piesei se face direct pe maşina-unealtă şi, în special, când se măsoară mai multe dimensiuni, sunt necesare mai multe traductoare de control. Acestea pot fi transferate pe maşină cu un manipulator special. Un exemplu în acest sens poate fi vârful de măsurare care se aplică pe axul principal al maşinii-unelte, prin care se controlează poziţia de instalare a piesei în sistemul de fixare al maşinii, în funcţie de rezultatul acestui control determinându-se automat originea de prelucrare. Manipularea automată pe un sistem robotizat de prelucrare se poate referi şi la dispozitivul de fixare a piesei sau la dispozitivul de apucare al robotului manipulator. Ca exemple în acest sens, se poate menţiona schimbarea unei mandrine sau numai a bacurilor mandrinelor pentru instalarea şi fixarea pieselor de revoluţie; schimbarea dispozitivului de apucare sau numai a bacurilor acestuia este necesară pentru a asigura flexibilitatea manipulării unor obiecte cu dimensiuni foarte diferite. În afara robotului manipulator, exercitarea funcţiei de manipulare automată mai reclamă şi existenţa unui magazin pentru depozitarea obiectelor ce trebuie manipulate (magazine de palete port-piese, magazine de piese individuale de revoluţie, magazine de scule, de cutii multiaxe sau de magazine de scule, magazine de dispozitive, magazine de vârfuri de control etc.). Asupra operaţiei de manipulare va influenţa nu numai forma geometrică a obiectului ce trebuie manipulat ci şi poziţia acestuia în magazin (orientate sau în poziţie oarecare). Pentru identificarea poziţiei şi formei pieselor neorientate, apare necesitatea manipulării unor senzori vizuali, iar pentru identificarea codului unei piese sau scule, robotul trebuie să manipuleze un cap de citire a codului. De asemenea, în sistemele de fabricaţie prin aşchiere, trebuie realizată manipularea automată a unor duze pentru aer comprimat sau pentru apă în scopul curăţirii dispozitivelor sau al spălării pieselor în posturile de spălare-curăţire automată. Trebuie reţinut faptul că, într-un sistem de fabricaţie robotizat, funcţia de manipulare automată se realizează şi pentru alte operaţii decât cele din fig.8.1, şi anume:

- manipularea automată a paletelor portpiese în magaziile centrale în vederea trecerii acestora pe sistemul de transport şi în sens invers;

- manipularea automată a pieselor de revoluţie în scopul încărcării magazinelor de piese pentru transportul acestora în posturile de lucru;

- manipularea automată a paletelor goale în posturile de încărcare-descărcare a paletelor;

- transferul sculelor dintr-un magazin central fix în magazinele proprii ale posturilor de lucru şi al sculelor uzate în sens invers;

- transferul sculelor din magazine de scule amplasate pe robocare în magazinele proprii ale posturilor de lucru şi invers;

- transportul pieselor sau paletelor din magazii intermediare în posturile de lucru folosind roboţi industriali mobili.


Manipulatoarele şi roboţii care realizează funcţiile de manipulare automată în cadrul sistemelor robotizate trebuie să îndeplinească o serie de condiţii importante:

- adaptarea la caracteristicile obiectelor manipulate (dimensiuni, formă geometrică, greutate, stabilitate în diferite poziţii, material);

- construcţia roboţilor să nu depindă decât într-o mică măsură de obiectele pe care le manipulează şi de maşinile pe care le deservesc, având un grad de flexibilitate suficient de mare, corespunzător întregii game de obiecte manipulate; flexibilitatea acestora poate fi asigurată prin senzori tactili aplicaţi pe mâna robotului sau prin schimbarea automată a dispozitivului de apucare a obiectului manipulat (eventual numai a bacurilor);

- precizia şi stabilitatea funcţionării roboţilor manipulatori să aibă valori constante, corespunzătoare funcţiei de manipulare pe care o realizează;

- sistemele de manipulare trebuie realizate în aşa fel încât, în cadrul funcţionării alături de utilajele pe care le deservesc, să fie valorificate mai bine performanţele acestor maşini privind precizia, viteza de lucru, flexibilitatea etc.; pe de altă parte, sistemele de manipulare sunt valorificate corect dacă operaţiile de manipulare sunt executate suprapus, la maximum posibil, cu operaţiile de prelucrare pe maşini;

- construcţia sistemelor de manipulare trebuie realizată astfel încât să fie posibilă şi uşoară deplasarea, montarea, reglarea, urmărirea funcţionării şi depanarea rapidă a defecţiunilor, iar în perioadele de nefuncţionare să permită accesul la maşini pentru efectuarea manuală a operaţiilor de manipulare.

8.4. Utilizarea roboţilor industriali în procese de prelucrare prin aşchiere În cazul proceselor tehnologice de prelucrare prin aşchiere, roboţii industriali sunt folosiţi, în special, pentru automatizarea operaţiei de alimentare cu piese a maşinilor-unelte, dar se pot utiliza şi pentru alimentarea automată cu scule şi dispozitive sau pentru spălarea şi curăţirea automată a pieselor şi dispozitivelor.

8.4.1. Particularităţi ale folosirii roboţilor în procese de aşchiere. Particularităţile deosebite ale proceselor de prelucrare mecanică din punctul de vedere al robotizării sunt: 1) timpul relativ mare de prelucrare (de la zeci de secunde pâna la câteva zeci de minute); 2) lipsa temperaturilor înalte de încălzire a semifabricatului; 3) configuraţia semifabricatului şi îndeosebi a piesei finite este suficient de precisă. Nomenclatura pieselor a căror prelucrare este posibilă şi rentabilă în complexele automatizate "maşină-unealtă-robot", este determinată de următorii factori: 1) parametrii constructivi ai piesei; 2) tipul şi starea semifabricatului; 3) cerinţele tehnice privind piesa; 4) dimensiunile de gabarit şi masa piesei. Parametrii constructiv-tehnologici ai pieselor care sunt destinate pentru prelucrarea în sistem "maşină-unealtă-robot", trebuie să fie caracterizaţi astfel: 1) suprafeţe omogene după formă şi distribuţie pentru bazare şi apucare, care permit, fără control suplimentar, a le instala pe maşina-unealtă, unde, pentru centrare şi fixare, sunt utilizate echipamente tehnologice de universalitate largă (centrele, mandrinele universale, menghina pneumatică etc.); 2) sunt clar evidenţiate bazele şi semnele de orientare, care permit organizarea transportului şi a depozitării semifabricatelor lângă maşinile-unelte în poziţie orientată, cu utilizarea utilajului suplimentar standardizat;


3) posibilitatea unificării şi tipizării proceselor de prelucrare şi a tipurilor de echipamente pentru aplicarea metodei de prelucrare în grup. Sistemele tehnologice robotizate se recomandă pentru prelucrarea următoarei nomenclaturi de piese: arbori netezi şi în trepte, cu axa liniară şi excentrici; discurile, flanşele, inelele, cămăşile şi bucşele; piesele plane şi spaţiale de configuraţie simplă (plăcile, capacele, penele, cornierele, piesele tip carcasă etc.). Maşinile-unelte incluse în componenţa sistemelor robotizate trebuie să asigure: strângerea automată şi eliberarea piesei pe maşina-unealtă; bazarea precisă şi sigură a piesei în dispozitivul maşinii-unelte; schimbarea automată a sculei în cadrul ciclului de prelucrare (când e necesar); schimbul de informaţii cu sistemul de comandă al robotului; deplasarea automată a ferestrei de protecţie a maşinii-unelte. Pentru funcţionarea sigură a sistemelor robotizate cu maşini-unelte, este necesară automatizarea fărămiţării aşchiilor în procesul de aşchiere şi îndepărtarea lor din zona de prelucrare, mecanizarea evacuării aşchiilor şi altor deşeuri în afara maşinii-unelte, automatizarea controlului parametrilor de comandă în procesul prelucrării. La crearea sistemelor robotizate pe baza maşinilor-unelte, trebuie să avem în vedere cerinţele specifice ale fiecărui tip de maşină-unealtă: la maşinile-unelte cu mese orizontale şi la strungurile cu arborele principal vertical, este necesar să se automatizeze şi curăţirea suprafeţelor de bazare ale dispozitivelor sau mesei, destinate pentru instalarea piesei; la strungurile cu arborele principal orizontal, trebuie să fie automatizată şi mişcarea de împingere a piesei către suprafaţa frontală a mandrinei; la maşinile-unelte din grupa celor de găurit, frezat, alezat, trebuie să fie automatizat procesul de strângere pe suprafaţa de sprijin a dispozitivului de fixare; maşinile-unelte pentru prelucrarea canelurilor şi rectificarea cilindrică şi frontală trebuie să fie înzestrate cu mandrine cu autocentrare; la maşinile-unelte pentru danturat trebuie să se automatizeze operaţia de bazare a piesei de prelucrat şi deplasarea şi fixarea păpuşii piesei în poziţia de alimentare cu piese. Între echipamentul de comandă al maşinii-unelte şi echipamentul de comandă al robotului industrial trebuie să se realizeze un schimb de informaţii în ambele sensuri: pornirea robotului în vederea preluării piesei prelucrate şi atenţionarea acestuia asupra poziţiei diferitelor subansamble ale maşinii, pe de o parte, şi comanda pornirii programului de prelucrare al maşinii-unelte, pe de altă parte. Sistemele de prelucrare robotizate se pot realiza în diferite variante de compunere: - robotul asistă o singură maşină-unealtă; - robotul poate fi amplasat pe sol, pe maşina-unealtă sau poate fi suspendat (pe portal sau pe punte); - robotul asistă două sau mai multe maşini-unelte, aşezate în cerc, cu robotul central, sau aşezate în linie; - robotul poate realiza numai alimentarea automată cu piese sau realizează şi alimentarea automată cu scule şi dispozitive; - în sistem se prelucrează piese de revoluţie sau piese prismatice (piesele de revoluţie pot fi lungi - axe sau scurte - bucşe, flanşe, discuri, roţi dinţate, iar piesele prismatice pot fi plăci sau de tip carcasă).

8.4.2. Soluţii de compunere a unor sisteme robotizate cu o singură maşină-unealtă

Utilizarea unui robot industrial pentru alimentarea automată cu piese a unei singure maşini-unelte având robotul amplasat pe sol se întâlneşte rar. Aceasta se explică prin faptul că robotul va ocupa în acest caz spaţiul din faţa maşinii-unelte, pe de o parte, dar se şi ocupă prea mult din spaţiul productiv al halei. Asemenea aplicaţii mai curând cu roboţi amplasaţi pe maşina-unealtă (fig.8.2.) sau cu roboţi pe portal (fig.8.3 şi fig.8.4).


Fig. 8.2. Amplasarea roboţilor de alimentare cu piese pe păpuşa fixă a unui strung.

În fig. 8.2, robotul are baza amplasată pe păpuşa fixă a unui strung cu axul principal orizontal, braţul robotului efectuând mişcări în coordonate carteziene. În acest fel, devine posibil transferul pieselor între paleta 3 cu piese şi axul principal AP al strungului. Pentru a aduce diferitele locaţii de depozitare în poziţia de preluare a pieselor de către robot, paleta 3 se amplasează pe masa 4 cu mişcare pas cu pas Tx′; în alte cazuri, masa 4 execută chiar două mişcări pe direcţii perpendiculare. Timpul de schimbare a piesei prelucrate cu un nou semifabricat se scurtează, în acest caz, deoarece robotul este prevăzut cu

un apucător M dublu (g1,g2). Alimentarea unui strung cu ax orizontal cu piese, de asemenea scurte, ca şi în cazul precedent, dar utilizând un robot pe portal cu apucător dublu, este prezentată în fig.8.3. Paleta cu piese de tipul flanşe, roţi dinţate, pistoane, discuri etc.


este amplasată pe masa 4 în coordonate, robotul căutând deci, întotdeauna, aceeaşi poziţie a piesei. Pentru alimentarea strungurilor orizontale cu piese cilindrice lungi, de tip axe sau cilindri, se poate folosi soluţia prezentată în fig.8.4, în care se utilizează un robot pe portal dublu (ambele braţe B1 şi B2 sunt montate pe acelaşi cărucior). Depozitul D de piese se realizează de genul unui transportor pas cu pas P, de tipul cu lanţ, poziţia de preluare aflându-se întotdeauna în prelungirea axei strungului S. Pentru a asigura precizia de apucare a piesei din depozit, în scopul asigurării preciziei de alimentare, este necesar ca piesa din depozitul D adusă în poziţia de preluare să fie tamponată axial până la un reazem fix, poziţionat cu precizie. În felul acesta, robotul va prelua semifabricatul în aceeaşi secţiune transversală.

Fig. 8.4. Alimentarea unui strung cu piese de tip axe cu un robot pe portal Soluţiile de compunere a celulelor robotizate prezentate mai sus se caracterizează şi

prin faptul că depozitul sau magazinul de semifabricate este utilizat şi pentru piesele prelucrate aduse de robot de pe maşină. Este posibil, însă, ca asemenea celule să dispună şi de un al doilea depozit, pentru piesele finite.

8.4.3. Soluţii de sisteme robotizate cu mai multe maşini-unelte Asemenea sisteme pot avea în componenţă un robot şi două sau trei maşini-unelte, de cele mai multe ori maşini pentru prelucrarea pieselor de revoluţie. Aşezarea maşinilor-unelte se face după o circumferinţă, în care caz robotul se amplasează cu baza la sol, în centrul celulei robotizate, sau maşinile se dispun în linie, în care caz ele sunt asistate de un robot industrial cu deplasare pe portal. Un exemplu de sistem robotizat compus din trei strunguri 1 amplasate în cerc şi alimentate de un robot 4 cu baza la sol este prezentat în fig.8.5. Asemenea compunere de sistem de fabricaţie este de tipul "robot-grup de maşini-unelte", în componenţa sa intrând şi transportorul-depozit 3, cu deplasare pas cu pas, aducând noi piese în poziţia de apucare a lor de către robot, piesele prelucrate revenind în poziţiile rămase libere ale depozitului. Capacitatea unui asemenea depozit se stabileşte astfel încât, cunoscând timpul de prelucrare a unei piese, să se realizeze condiţia funcţionării autonome a sistemului pe durata unui schimb de lucru, de exemplu. Dispozitivul de apucare al unui asemenea robot poate fi dublu, dar important este ca el să prezinte un grad înalt de adaptabilitate, ceea ce permite prelucrarea în cadrul sistemului respectiv a unei nomenclaturi destul de largi de piese, în orice succesiune tehnologică posibilă pe cele trei strunguri din componenţa celulei. Piesele prelucrate pe acest sistem sunt de tip axe cu lungime medie.


Pentru prelucrarea axelor lungi, se poate folosi structura din fig.8.6, cu robot pe portal. Axele sunt prelucrate la capete pe o maşină de frezat şi centruit 3 şi, apoi, din două prinderi, sunt supuse operaţiei de strunjire pe strungurile paralele 8. Pentru a elimina timpii de aşteptare ai maşinilor-unelte, fiecare din cele trei maşini este prevăzută cu câte un depozit 1 şi cu câte o poziţie intermediară 2.

Fiecare dintre sistemele

robotizate din fig.8.5 şi 8.6 sunt conduse centralizat de la un microcalculator, care

coordonează funcţionarea tuturor componentelor celulei. Se poate folosi un microcalculator supraordonat echipamentelor de comandă ale maşinilor-unelte, robotului şi depozitului sau microcalculatorul este înglobat în echipamentul de comandă al robotului industrial. Prima situaţie este posibilă numai în cazul când toate componentele sistemului sunt comandate numeric.

În sistemele robotizate cu robot amplasat la sol, se pot prelucra şi piese de formă prismatică. Asemenea piese nu sunt manipulate direct de către robot ci prin intermediul unor palete, pe care piesa se centrează şi fixează, aceste palete având forma exterioară potrivită pentru apucarea de către un robot cu deplasarea paralelă a degetelor în vedere apucării.

Fig. 8.5. Sistem robotizat cu trei maşini-unelte şi robot cu baza la sol

Fig. 8.6. Sistem robotizat cu trei maşini-unelte


Prelucrarea pieselor din această categorie are loc pe centre de prelucrare. Când acestea se amplasează în cerc (centrele de prelucrare CP1...CP3,fig.8.7), robotul industrial RI este amplasat central, cu baza la sol, el având acces şi la depozitul de palete portpiesă DP.

Fig. 8.7. Sistem robotizat pentru prelucrarea pieselor prismatice Alimentarea celulei din fig.8.7 cu palete cu noi semifabricate şi scoaterea din depozitul DP a paletelor cu piesele prelucrate se face cu ajutorul unui robocar, care realizează transportul de la/la depozitul central. Nu este exclusă nici posibilitatea ca într-o poziţie a depozitului DP să se organizeze activitatea de paletizare/depaletizare a pieselor, activitate care trebuie asistată de un operator uman. Condiţia de funcţionare autonomă a sistemului robotizat pe durata unui schimb, cel puţin, trebuie realizată şi în acest caz, dar capacitatea depozitului DP trebuie să fie mult mai mică decât în cazul precedent, deoarece timpul de prelucrare a unei piese prismatice este cu mult mai mare decât în cazul pieselor de revoluţie. Pe de altă parte, centrele de prelucrare CPi care intră în componenţa acestei celule robotizate sunt conduse, obligatoriu, de echipamente de comandă numerică (de obicei, de tipul CNC). În aceste condiţii, coordonarea întregului sistem va fi realizată centralizat, cu un calculator electronic de proces, care înmagazinează şi distribuie echipamentelor locale ale maşinilor şi robotului programele de lucru, care vor diferi de la un tip de piesă la altul.


Fig.8.8. Sisteme robotizate cu mai multe maşini-unel-te

Prelucrarea pieselor prismatice în sisteme robotizate cu centre de prelucrare aşezate în linie necesită

utilizarea unor roboţi mobili cu deplasare la sol (în cazul centrelor de prelucrare cu ax vertical) sau a unor roboţi cu deplasare pe portal (soluţie posibilă numai când centrele de prelucrare sunt cu ax principal orizontal). Compuneri de sisteme robotizate cu mai mult de trei maşini-unelte nu se pot realiza decât cu amplasarea în linie a maşinilor-unelte (fig.8.8). Astfel, în fig.8.8,a, alimentarea automată a maşinilor-unelte cu palete cu piese de formă prismatică se realizează cu trei roboţi 8, cu baza fixă la sol, piesele paletizate în postul 6 fiind dirijate de operatorul 5 pe unul din conveioarele 1, 2 sau 3; depozitul central 4 conţine semifabricate şi piesele finite aduse de la maşinile-unelte de către aceleaşi conveioare. În fig.8.8,b, pentru alimentarea celor patru maşini-unelte 12, se utilizează robotul mobil la sol 11, care se deplasează în lungul liniei pe ghidajele 10.

8.4.4. Utilizarea roboţilor industriali pentru alimentarea automată cu scule şi dispozitive

Aceste funcţii sunt robotizate în cadrul modulelor sau al sistemelor flexibile de fabricaţie în care se prelucrează familii de piese de largă nomenclatură. Asfel, într-un modul flexibil de fabricaţie constituit pe baza unui centru de prelucrare, capacitatea magazinului de scule propriu al maşinii nu satisface necesităţile de prelucrare a unor piese complexe, care necesită un număr mare de scule. Dar, chiar dacă am mări capacitatea magazinului maşinii până la numărul maxim de scule diferite, soluţia nu este practică deoarece nu vor exista în magazin scule dublet necesare în cazul uzurii premature sau al ruperii accidentale a unei scule, situaţie în care va trebui să oprim maşina-unealtă în vederea schimbării sculei.


Fig. 8.9. Sistem de alimentare cu scule folosind un robot Fig. 8.10 Schimbarea automată a mandrinelor pe un strung.

Inconvenientul menţionat mai sus poate fi înlăturat dacă

modulul flexibil (fig.8.9) se prevede cu un depozit suplimentar de scule şi un sistem de transfer al acestora în magazinul propriu al centrului de prelucrare. În fig.8.9, depozitul suplimentar de scule se realizează de forma unui magazin cu lanţ 7, amplasat lingă centrul de prelucrare, asfel încât robotul 8 să poată realiza transferul sculelor între magazinul 7 şi magazinul de scule 5 de pe maşină; acest transfer se realizează în timp ce maşina lucrează, deci nu influenţează asupra productivităţii prelucrării. Necesitatea alimentării automate cu scule a centrului de prelucrare apare cu atât mai evidentă, cu cât modulul dispune de un depozit propriu 1 de palete cu piese, de forma unei mese indexate, care permite funcţionarea autonomă a modulului pe o perioadă limitată. În cazul prelucrării unei nomenclaturi largi de piese de revoluţie, cu variabilitate dimensională mare, poate apărea necesitatea ca, trecând la prelucrarea altei tipodimensiuni de piesă, să fie necesară chiar schimbarea mandrinei de centrare-fixare a piesei pe maşină. O asemenea situaţie este prezentată în fig.8.10, unde, cu ajutorul robotului 3 cu deplasare pe


portalul 2, se realizează transferul mandrinelor 4 între axul principal al strungului şi depozitul M de mandrine realizat de forma unui cap revolver amplasat pe păpuşa fixă a strungului.

8.5. Utilizarea roboţilor industriali la asamblarea automată 8.5.1. Probleme generale

Problema robotizării montajului apare ca un răspuns la cerinţele de creştere a productivităţii prin automatizare flexibilă în condiţiile cînd mediul de asamblare prezintă o variabilitate importantă. Diferitele maşini specializate de asamblare şi montaj sunt un răspuns al variabilităţii mici a mediului, fiind specifice unor operaţii avînd caracter de serie mare. Conceptul cuvîntului montaj este dificil de stabilit sub o formă definitivă, întrucît în practică se constată diferenţe de conţinut de la un produs la altul, de la un producător la altul. Sigur este faptul că montajul este o parte a procesului de producţie, incluzînd operaţii de manipulare, asamblare şi verificare. În anii ‘60-’70, eforturile de raţionalizare a producţiei au fost concentrate, în special, asupra prelucrării pieselor şi a proceselor legate de aceasta. S-au elaborat noi tehnologii, s-au automatizat şi optimizat procesele de prelucrare, urmărindu-se reducerea timpilor principali. În momentul în care s-a atins un nivel înalt în acest domeniu, asfel încît costurile pentru perfecţionări ulterioare au devenit prea ridicate, s-au căutat alte rezerve de raţionalizare. Acestea au fost găsite în domeniul tehnicii de manipulare şi montaj legate mai ales de utilizarea roboţilor. Posibilitatea de programare a roboţilor a făcut posibilă automatizarea multor operaţii de manipulare, astfel încît să poată spori gradul de automatizare, fără a reduce flexibilitatea sistemului. Introducerea roboţilor şi manipulatoarelor în procesele de montaj a fost impusă, în primul rînd, de necesităţile de mecanizare şi automatizare datorită ponderii tot mai ridicate a operaţiilor de montaj în manopera totală a produselor. Asfel, în domeniul aplicaţiilor în serii mici a maşinilor şi utilajelor, în special a celor complexe, pentru industria chimică, extractivă şi metalurgică, montajul consumă 45-70% din manopera totală a produsului; la produsele fabricate în serie, ponderea manoperei de montaj se ridică la 20-30% din manopera totală. Un studiu realizat în industria constructoare de maşini agricole din SUA, arată că 30,2% din cheltuielile de manoperă directă, respectiv 7% din valoarea totală a produselor, reprezintă cheltuieli de manoperă pentru operaţii de montaj; pentru industria constructoare de automobile şi piese de schimb, aceste cifre sunt de 33,4%, respectiv 4,7%.

Montajul este, în comparaţie cu alte operaţii tehnologice, deficitar în privinţa gradului de automatizare chiar şi în industria automobilelor (fig.8.11). Kondoleon a realizat o analiză a sarcinilor de asamblare şi frecvenţa globală a diferitelor sarcini după direcţii/sensuri la mişcarea relativă a pieselor supuse asamblării în industria mecanică (fig.8.12 şi fig.8.13).

Sarcinile de asamblare au fost clasificate în 12 clase de operaţii elementare. Analiza evidenţiază că 1/3 din aceste sarcini se referă la introducerea unui ştift în alezaj şi 1/4 la operaţia de înşurubare. Pe de altă parte, 27% din inserţii se fac pe direcţie verticală, în sensul de sus în jos.


Fig. 8.11. Gradul de automatizare a diferitelor operaţii în industria automobilelor Acelaşi studiu privind asamblarea robotizată arată că sectorul determinant unde aceasta se aplică este în industria automobilelor (35% din aplicaţii). Cantitativ, numărul mediu de piese asamblate este de 20, cu un maxim de 127. Numărul mediu de piese diferite este de 10. Greutatea medie la 80% din piesele asamblate este inferioară la 4 daN şi 70% se înscriu într-un cub cu latura de 10 cm. La 75% din cazuri, timpul necesar asamblării este inferior unui minut. La 20% din cazuri, este necesară o modificare a pieselor pentru a uşura asamblarea robotizată. Utilizarea roboţilor în operaţii de montaj prezintă o serie de avantaje: - programarea permite adaptarea la diferite funcţii de montaj; - roboţii oferă posibilităţi mai variate de manipulare şi aşezare a pieselor; - utilizarea senzorilor permite ca robotul să efectueze şi alte operaţii legate de montaj: încărcarea, sortarea, controlul procesului etc.; - prin implementarea roboţilor, se poate reduce numărul de echipamente periferice necesare în condiţiile în care calitatea montajului creşte; - planificarea producţiei se face mai simplu.


Fig. 8.12. Sistematica sarcinilor de asamblare. A-şift simplu în alezaj; B-împin-ge şi roteşte; C-stift multiplu în alezaj; D-inserţie ştift şi element de reţinere; E-şu-rub; F-ajustaj prin forţă; G-îndepărtare şaibă de localizare; H-răsturnare piesă; I -asi-gură suport temporar; J-fixează cu gheare o placă de metal; K- îndepărtează suport temporar; L-sudează sau lipeşte. Dezavantajele roboţilor industriali aplicaţi la montarea automată sunt legate de: - durata unui ciclu de montaj este mai mare decît cea realizată de automatele specializate; - costul unui robot de montaj este, în general, mai mare decît cel al automatelor specializate acţionate pneumatic sau mecanic.

Fig. 8.13. Frecvenţa diferitelor sarcini de asamblare Domeniul în care utilizarea roboţilor este avantajoasă din punct de vedere economic îl constituie montajul produselor cu circa 20 de repere executate în mai multe variante, cu timpul de tact de 10-30 s. În aceste cazuri, se poate asigura eficienţa în pregătirea pieselor pentru montaj şi pentru manipularea lor. Se consideră că roboţii sunt prea încărcaţi dacă execută 8-10 operaţii diferite. În aceste cazuri, apar greşeli şi defecţiuni frecvente în liniile de producţie.


Se constată că proiectanţii din SUA nu au adaptat concepţia produselor pentru montaj, existînd tendinţa de a construi roboţi cît mai complexi, care să fie capabili să opereze cu piese neadaptate unui montaj automatizat. Se consemnează, de exemplu, un robot ce deserveşte 13 linii de fabricaţie, fiind dotat cu peste 100 de senzori. Este necesar ca şi procesul tehnologic să fie conceput direct prin prisma automatizării. Aceasta a fost tendinţa în Japonia, unde, cu cît un robot este mai simplu, cu atît este mai bun. Produsele sunt direct concepute pentru producţia robotizată, reperele au configuraţii care uşurează procesul de automatizare, în aceste cazuri fiind necesar un număr mai redus de senzori în dotarea robotului.

8.5.2. Caracteristicile constructive ale roboţilor industriali utilizaţi la asamblarea automată

Sistemul mecanic al roboţilor industriali pentru operaţii de asamblare trebuie să dispună de dispozitive de ghidare cu cel puţin 6 grade de libertate. Greutatea pieselor ce pot fi asamblate robotizat nu trebuie să depăşească 5-10 daN, iar precizia de repetabilitate a mişcărilor să fie corelată cu toleranţele poziţiei de asamblare şi cu jocul nominal dintre elementele ce trebuie asamblate. Aplicaţiile industriale ale asamblării robotizate au arătat că structurile clasice 6R (şase cuple de rotaţie), cu lanţ deschis, au patru limitări majore în asamblare: - complexitatea structurii mecanice şi a algoritmilor de control; - mase mari în mişcare; - spaţii de lucru mari, dar în direcţie verticală; - mişcarea de bază de rotaţie creează un amplasament al aplicaţiei dezavantajos şi măreşte timpul total de realizare a ciclului de asamblare. Integrarea asamblării cu procesul de proiectare şi fabricaţie al produselor a condus la structuri de manipulare cu o arhitectură carteziană şi cilindrică, cu un număr de 4 grade de libertate. Un număr mare de aplicaţii de asamblare sunt realizate de roboţii de tip SCARA, PRAGMA şI SIGMA OLIVETI, cu 4 grade de libertate. Un set important de criterii de sinteză pentru roboţii de montaj este furnizat de procesele componente ale asamblării. În procesul tehnologic de asamblare, două sau mai multe repere sunt aduse la configuraţia finală dorită. Deosebit de importantă în acest proces este etapa de inserţie în care se realizează introducerea arborelui în alezaj. Asemenea criterii sunt: a) Caracteristicile geometrice, care se referă la mărimea spaţiului de lucru, în condiţiile unei sarcini utile şi la accesibilitate. În condiţiile unei sarcini utile şi a unor dimensiuni ale elementelor prescrise, se pune problema optimizării structurii mecanice asfel, încît spaţiul de lucru să fie maxim. Datorită faptului că roboţii de montaj cooperează cu un număr mare de dispozitive auxiliare cu poziţie fixă în spaţiul de lucru, arhitecturile specifice de montaj au spaţiul de lucru practic în afara zonei de mişcare a corpului robotului. Accesibilitatea este legată de capacitatea robotului de a lucra în interiorul unor suprafeţe închise sau într-un mediu cu un relief foarte variat. În aceste situaţii, este de multe ori necesar să se programeze nu numai poziţia şi orientarea organului efector, ci să se efectueze şi verificarea detaliată, în fiecare punct al traiectoriei, a evitării coliziunilor dintre corpurile mobile ale robotului şi corpurile din mediul ambiant. b) Caracteristici de mişcare. Implicaţia productivitate-timp de ciclu conduce la limitarea inferioară a vitezelor şi acceleraţiilor maxime de lucru tradusă prin viteze medii la nivelul manipulării reperelor între 0,4 m/s şi 1,5 m/s. În aplicaţiile de asamblare se pot introduce şi roboţi mai puţin precişi, prin folosirea unor dispozitive auxiliare de ghidare şi realizare de mişcări de căutare oscilatorii. În acest mod, s-a realizat asamblarea unei pompe de ulei cu 17 repere, cu doi roboţi tip UEM-2, cu precizie de ±3 mm. Prezenţa dispozitivelor auxiliare scade considerabil flexibilitatea ansamblului, iar procesul de căutare creşte considerabil timpul de ciclu.


În mod curent, precizia roboţilor de montaj variază între ±0,05 mm şi ±0,15 mm, cu repetabilitate de ±0,025 mm pînă la ±0,1 mm. c) Caracteristicile privind forţele de interacţiune în procesul de cuplare. Procesele tehnologice de manipulare de tip "apucă şi aşează", procesele de vopsire, procesele de sudare au avut corespondent în prescrierea unor cerinţe strict cinematice de mişcare şi poziţie pentru corpul condus, funcţionalitatea acestor procese nefiind legată de controlul forţelor de interacţiune între corpul condus şi obiectele exterioare. În cazul proceselor de asamblare, atît etapa de aşezare cît şi inserţia presupun obţinerea unui nivel admisibil al forţelor de interacţiune în vederea evitării deteriorării elementelor din lanţurile de acţionare ale robotului şi a gripajului pieselor asamblate, cu respectarea condiţionărilor geometrice impuse. O posibilitate teoretică de obţinere a unor forţe de interacţiune în domeniul admisibil, fără un control de forţe, este realizarea unei precizii înalte, mai mică decît toleranţele de execuţie ale pieselor asamblate. Această soluţie este dezavantajoasă deoarece obţinerea unor precizii foarte mari de ordinul a 10 um implică structuri rigide, cu echipamente de comandă complexe, costul fiind ridicat. O altă posibilitate este realizarea unor sisteme de control al forţelor cu ajutorul unor senzori tactili sau vizuali sau al unor dispozitive mecanice pasive, în condiţiile unor precizii acceptabile. Calitativ, forţele de interacţiune nedorite apar ca efect al erorilor de poziţie şi mai puţin de viteză, în raport cu valorile de referinţă. Valorile forţelor de interacţiune cresc la mărirea erorilor de poziţie. Situaţia este similară în cazul erorilor inerente de formă ale reperelor asamblate, înscrise în cîmpurile de toleranţe prescrise.

Fig.8.14. Caracteristici pentru roboţii utilizaţi la prelucrare şi montaj O analiză efectuată asupra a 106 posturi de montaj şi a 915 posturi de prelucrare a evidenţiat unele caracteristici necesare roboţilor utilizaţi în acest domeniu (fig.8.14). Se remarcă, în special, valori net diferenţiate pentru unele caracteristici, cum ar fi precizia de poziţionare şi greutatea piesei manipulate. În figură s-a reprezentat cu linie groasă variaţia caracteristicilor pentru roboţii de prelucrare şi cu linie întreruptă pentru cei de montaj. Drept principale caracteristici, s-au analizat:


- greutatea piesei, fig.8.14,a; - precizia de poziţionare, fig.8.14,b;

- numărul de echipări (reglări la schimbarea produsului) raportate la 100 ore de funcţionare, fig.8.14,c; - numărul de piese pe loc de muncă, fig.8.14,d. În toate reprezentările, în ordonată s-a prezentat frecvenţa cumulată în procente. Sistemul de acţionare al roboţilor industriali utilizaţi la asamblarea automată, poate fi electric sau pneumatic, ultimul fiind preferat doar în cazurile cînd mişcările pot fi simple, fără mare precizie şi rapide. Roboţii pentru asemenea aplicaţii pot fi comandaţi şi pe cale manuală, dar, în mod normal, comanda roboţilor de montaj este automată, adaptivă.

8.5.3. Elemente specifice operaţiei de asamblare robotizată În procesul de asamblare robotizată (fig.8.15), elementele ce intervin în proces sunt: dispozitivul de prehensiune (apucătorul) legat la elementul final al robotului, ştiftul, alezajul şi planul de asamblare (suportul piesei alezaj). Poziţia în spaţiu a fiecăruia din aceste elemente este dată prin poziţia relativă a reperelor, care sunt ataşate după cum urmează: - RP(P, xP, yP, zP), pentru dispozitivul de prehensiune; - RA1(A1, xA1, zA1) pentru ştift; - RA2(A2, xA2, yA2, zA2), pentru alezaj; - RS(S, xS, yS, zS), pentru suportul piesei alezaj.

Fig. 8.15. Elemente ce intervin în procesul de asamblare robotizată Erorile de poziţie pot avea origini diferite: - erori de poziţionare a dispozitivului de prehensiune, determinate de construcţia şi

precizia pe care o realizează robotul industrial; - erori la prinderea bolţului în dispozitivul de prehensiune; aceste erori pot fi minimizate utilizînd dispozitive de prindere a căror construcţie este adaptată la forma pieselor; - erori care intervin la poziţionarea piesei alezaj pe planul de asamblare.

Diferitele erori pot fi definite prin următorii vectori: ; ; ; Se constată:

Realizarea corectă a asamblării impune ca vectorul E4 să aibă componentele egale cu zero. Micşorarea componentelor acestui vector este legată de vectorii Ej. După cum s-a arătat, valorile vectorilor E1 şi E3 sunt direct legate de probleme de construcţie, fiind totdeauna posibilă micşorarea acestora prin realizarea de sisteme de prehensiune corespunzătoare şi mecanisme precise de poziţionare a piesei alezaj pe suport.


Vectorul E2 este direct legat de tipul robotului folosit în aplicaţia de asamblare, depinzînd de precizia de poziţionare şi de repetabilitatea acesteia. Componentele vectorului E4 pe planul de asamblare se reduc la componentele laterale X şi Y şi componentele unghiulare α şi β (fig.8.16).

Considerînd planul trecînd prin originile A1 şi A2 şi continuînd axa zA2, se poate recurge la o reprezentare mai simplă, utilizată în mod obişnuit, care pune în evidenţă eroarea de poziţie ∈ şi eroarea unghiulară θ (fig.8.17). Posibilitatea executării unei sarcini de asamblare de către robot va fi dependentă de precizia de poziţionare Pp a robotului şi de toleranţa asamblării Ta. Considerînd diametrul aparent al ştiftului d+2Pp şi diametrul aparent al alezajului D-2Ta, se deduce relaţia pentru aprecierea posibilităţii asamblării, de forma: Realizarea asamblării robotizate este condiţionată de îndeplinirea funcţiei de acomodare. Acomodarea constă în modificări de poziţie ale piesei în raport cu corpul condus al robotului, care să conducă la posibilitatea continuării procesului de îmbinare. Modificările de poziţie apar ca necesare deoarece, în mod uzual, cîmpurile de toleranţe ale pieselor îmbinate sunt mai strînse decît precizia de poziţionare a robotului. În cazul în care deplasările sunt proporţionale cu forţele, funcţia are denumirea de complianţă (fig.8.18). Rouget a formulat din punct de vedere matematic conceptul de complianţă. Dacă F este torsorul forţelor şi momentelor aplicate într-un punct O al dispozitivului şi D torsorul deplasărilor liniare şi unghiulare, atunci: , unde Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz reprezintă proiecţiile forţei, respectiv momentului rezultant, iar unde dx, dy, dz, Ox, Oy, Oz sunt proiecţiile vectorului de deplasare laterală şi vectorului de deplasare unghiulară în reperul OXYZ.

Fig. 8.16. Componentele vectorului E4 pe planul de asamblare

Fig. 8.17. Erorile la asamblare


Fig. 8.18. Complianţa roboţilor de asamblare Această ecuaţie descrie mişcările solidului supus la forţe de inerţie, de frecare vîscoasă şi deplasări de natură elastică, K, B şi I fiind matricile corespunzătoare. Aceste matrici sunt funcţie de D şi O. Funcţie de natura forţelor care apar, Roujet propune o clasificare a diferitelor tipuri de complianţă: - complianţă elastică (clasa 0) - cînd forţele sunt de natură elastică; - complianţă neelastică amortizată (clasa 1) - cînd acţionează forţele de natură vîscoasă; - complianţă neelastică inerţială (clasa 2) - atunci cînd acţionează forţele de inerţie. În general, toate dispozitivele prezintă o combinaţie a celor trei tipuri de complianţă, dar în majoritatea cazurilor complianţa elastică este predominantă. Ca urmare, se poate scrie: Admiţînd că expresia reprezintă o relaţie bijectivă, se poate scrie: unde C(0) - reprezintă matricea de complianţă a dispozitivului (inversa matricii de rigiditate K). Forma acestei matrici depinde de punctul de aplicaţie al torsorului forţelor. Se defineşte centrul de complianţă al unui dispozitiv ca fiind punctul pentru care matricea C0 este diagonală (autonomie între componentele forţelor şi deformaţiilor). În contextul asamblării robotizate, rolul complianţei este de a alinia piesele (compensarea erorilor de poziţie şi de orientare), prin deplasarea relativă a pieselor sub acţiunea forţelor ce apar în punctul de contact ştift-alezaj. Cho, Warnecke şi Gweon propun următoarea clasificare a tehnicilor de acomodare puse în lucru în sistemele de asamblare robotizată: - acomodare pasivă; - acomodare activă; - acomodare mixtă. Acomodarea pasivă compensează erorile între piesele supuse asamblării plecînd de la deformarea unei structuri elastice în prezenţa erorilor ce apar în punctul de contact. Această tehnică utilizează,deci, un dispozitiv de complianţă pasivă, care poate fi ataşat robotului sau poate fi plasat pe masa de lucru. Pentru reuşita inserţiei, alezajul trebuie să fie prevăzut cu sanfren. Acomodarea pasivă include în această clasificare sistemele vibratorii unde eroarea de poziţie este eliminată printr-o mişcare vibratorie pentru realizarea aliniamentului pieselor. Acomodarea activă compensează erorile dintre piese prin efectuarea de mici deplasări pentru aliniere, plecînd de la informaţiile furnizate printr-un sistem de senzori. Mişcările pot fi realizate de către robot, ceea ce impune o precizie de poziţionare ridicată, prin intermediul sistemului de orientare al robotului sau de către masa pe care se fixează una dintre


piese. Din punct de vedere funcţional, acomodarea pasivă este o tehnică care operează "în buclă dechisă", nu există un retur al informaţiilor asupra poziţiei relative între cele două piese. Acomodarea activă însă funcţionează "în buclă închisă". Acomodarea mixtă reprezintă o combinare între cele două moduri prezentate anterior. Sistemele cu acomodare pasivă sunt uşor de implementat, au un preţ de cost scăzut, dar principalul inconvenient îl constituie necesitatea sanfrenului. De asemenea, această soluţie poate fi folosită în cazul unor valori de tact mici (cadenţe scăzute). Sistemele bazate pe acomodarea activă sunt capabile să realizeze inserţia pieselor fără sanfren, în schimb preţul de cost al unui asemenea sistem este mai ridicat. Analiza sistematică a sarcinilor de asamblare evidenţiază faptul că peste 90% din aceste sarcini se referă la introducerea unui ştift într-un alezaj cu sau fără joc, înşurubarea unui şurub sau introducerea unui ştift urmată de rotirea ştiftului (îmbinarea tip baionetă); direcţia preferenţială de apropiere a ştiftului/şurubului este cea verticală, iar sensul preferenţial este de sus în jos. Ca urmare, principala operaţie de montaj se poate asimila unui model de introducere a unui ştift cilindric într-un alezaj cu joc cu axa verticală. Studiul cantitativ şi calitativ al acestui proces a făcut obiectul mai multor cercetări.

Fig. 8.19. Schema inserţiei unui ştift într-un alezaj Inserţia unui ştift cilindric într-un alezaj cu sanfren este prezentată în fig.8.19. Pentru început, se caută alezajul cu ştiftul prins în dispozitivul de prehensiune iar sanfrenul uşurează această căutare. Angajarea ştiftului în alezaj începe prin realizarea contactului în punctul A, apoi în două puncte, A şi B. Poziţia punctului B depinde, la primul contact, de valoarea de orientare a axei ştiftului, măsurată prin unghiul format de acesta cu axa alezajului. Introducerea ştiftului se realizează prin rotirea lui în jurul lui A şi alunecarea punctului de contact B înspre fundul alezajului, unghiul dintre axa ştiftului şi axa alezajului micşorîndu-se pe măsura avansării inserţiei.


Pentru analiza operaţiei de asamblare, se consideră manipulatorul din fig.8.20. Structura mecanică are 6 grade de mobilitate şi este formată din patru corpuri. În figură se prezintă condiţiile iniţiale ale operaţiei de inserţie (bolţul este adus coaxial cu alezajul). Asupra geometriei obiectelor care se inserează se fac următoarele ipoteze:

- bolţul este un cilindru de lungime dm şi diametru 2rm. - alezajul este cilindric de lungime Dm şi diametru 2Rm. - toleranţa la inserţie este: 2Rm-rm); Rm>rm - bolţul se inserează în alezaj pe o lungime h1≤Dm; - contactul mînă robot-bolţ se face într-un plan paralel cu baza bolţului; - centrul de greutate al bolţului si al mîinii robotului sunt

coliniare cu axa gradului de mobilitate numărul şase al robotului;

- contactul mînă robot-bolţ se face la distanţa d1 faţă de ultimul grad de mobilitate al robotului; - distanţa dintre baza bolţului

şi gradul de mobilitate al şaselea al robotului este d2; d2-d1≤dm. În timpul operaţiei de inserţie, bolţul vine în contact cu peretele alezajului, generînd o forţă de reacţiune. Contactul celor două corpuri generează forţe de frecare şi poate duce la blocarea corpurilor în timpul operaţiei de inserare. Contactul între bolţ şi alezaj se poate efectua în mai multe moduri:

- un singur punct de contact între muchia alezajului şi suprafaţa bolţului (fig.8.21); - un singur punct de contact între muchia bolţului şi suprafaţa alezajului (fig.8.22); - două puncte de contact între muchia bolţului şi suprafaţa alezajului (fig.8.23); - o infinitate de puncte de contact de-a lungul generatoarei bolţului şi alezajului

(fig.8.24). Dacă nu are loc nici un contact între bolţ şi alezaj, atunci mişcarea robotului este liberă şi nu apar complicaţiile mişcării de contact. Se începe analiza procesului de inserţie cu contactul bolţ-alezaj realizat într-un singur punct. În fig.8.21-8.24, sunt reprezentate forţele de reacţiune Rk1 şi Rk2, care trebuie determinate prin proiecţiile lor în sistemul fix de referinţă al robotului. Interesante pentru studiul mişcării sunt componentele normale Nk1, Nk2 şi cele tangenţiale Tk1, Tk2. Forţa de frecare care apare la contactul celor două corpuri poate permite alunecarea (A) sau nu permite alunecarea (B).

Fig. 8.20. Aplicatie de asamblare


Coeficientul de frecare μ între bolţ

şi alezaj se consideră cunoscut. Cele două cazuri sunt descrise de următoarele condiţii: Tk1=μNk1

În cazul A, punctul de contact se schimbă, iar viteza liniară tangenţială este în direcţia lui Tki. În cazul B, punctul de contact nu se schimbă şi bolţul poate avea numai o viteză de rotaţie în jurul punctului Ki (acceleraţia liniară este nulă; i=1,2). Componentele normale ale vitezelor liniare sunt zero în modul, dar de sens contrar cu forţa normală Nki. Dacă aceste componente sunt nule, dar de acelaşi sens cu forţa Nki, atunci contactul este numai aparent. Dinamica bolţului este determinată de următoarele forţe: F0 - forţa de inerţie; G0=m0g - forţa de greutate; Ri - forţa cu care mîna robotului acţionează asupra bolţului, iar i=1,2,...,L reprezintă numărul de puncte de contact între mîna robotului şi bolţ; Rki - forţa de reacţiune datorată contactului dintre bolţ şi alezaj.

Ecuaţia echilibrului dinamic al forţelor care acţionează asupra bolţului este:

Asupra centrului de greutate al bolţului acţionează următoarele momente: - momentul forţelor de inerţie M0; - momentul forţelor de contact între mîna robotului şi bolţ; - momentul forţelor de contact între bolţ şi alezaj.

Fig. 8.22.Contact muchie bolţ suprafaţă-alezată

Fig. 8.21. Contact muchie-alezaj suprafaţă-bolţ

Fig. 8.23. Contact bolţ-alezaj prin două puncte

Fig. 8.24. Contact bolţ-alezaj printr-o infinitate de puncte


Ecuaţia de echilibru al momentelor faţă de centrul forţelor de greutate al bolţului are forma: unde rki0 este vectorul care uneşte centrul de greutate al bolţului cu punctul de contact Ki; ri0 (i=1,2,...,L) sunt vectorii care unesc centrul de greutate al bolţului cu punctele de contact mînă robot-bolţ. Ecuaţiile determină dinamica mişcării bolţului cînd se realizează numai un punct de contact între bolţ şi alezaj. Analiza contactului bolţ-alezaj realizat prin două puncte pune în evidenţă următoarele situaţii: a) alunecarea se produce la ambele puncte de contact K1 şi K2, iar bolţul este inserat în alezaj; b) alunecarea nu se produce la punctele de contact, bolţul se blochează în alezaj; c) alunecarea se produce numai la punctul de contact K2, iar bolţul se roteşte în jurul lui K1 (restricţiile geometrice permit acest lucru), pierzînd contactul în K2. Mişcarea de inserare a bolţului în alezaj are loc dacă alunecarea se produce la punctul de contact K2, iar mişcarea de rotaţie în jurul lui K1, altfel bolţul se va bloca în alezaj. Unul din cele trei cazuri a), b), c) rezultă şi din forţele de reacţiune în punctele de contact K1 şi K2. Dacă este îndeplinită condiţia: Tk1<μNk1; Tk2<μNk2, atunci nu se produce alunecarea în punctele K1 şi K2, iar bolţul se blochează în alezaj. Dacă este îndeplinită condiţia: Tk1=μNk1; Tk2=μNk2, atunci are loc mişcarea de alunecare în punctele K1 şi K2, iar bolţul intră în alezaj. Condiţiile pentru cazul c) se pot scrie sub forma: Tk1<μNk1; Tk2=μNk2 sau: Tk1=μNk1; Tk2<μNk2 Dacă rotaţia bolţului este permisă de geometria alezajului, atunci operaţia de inserţie are loc. Dinamica bolţului blocat în alezaj complică mult analiza, deoarece prin deformarea bolţului se introduce un grad de libertate suplimentar. Sistemul de comandă trebuie să compenseze forţele exterioare în aşa fel încît mişcarea de alunecare şi cea de rotaţie permisă de geometrie să se producă, inserînd bolţul în alezaj.


Contactul realizat printr-o infinitate de puncte de-a lungul generatoarei suprafeţelor cilindrice ale bolţului şi alezajului se poate studia în mod similar cu contactul punctiform între cele două suprafeţe. Forţele de contact sunt egale în toate punctele generatoarei şi se pot înlocui cu o forţă echivalentă, acţionînd la jumătatea liniei de contact. Blocarea bolţului are loc dacă componenta tangenţială a forţei nu poate învinge forţa de frecare. În acest caz, sistemul de comandă poate realiza o mişcare de rotaţie a bolţului (funcţie de geometria alezajului), care să producă desprinderea lui de suprafaţa alezajului.

Schema de acţiune a forţelor în cazul operaţiei de inserţie la realizarea contactului în două puncte, este reprezentată în fig.8.25. Asupra ştiftului acţionează forţele de reacţiune şi forţele de frecare. Asupra ştiftului se acţionează cu o forţă ale cărei componente sunt Fx şi Fz, aplicate în punctul C şi cu momentul M0. Dependenţa dintre unghiul θ şi poziţia z a punctului B este exprimată prin relaţia: z= Graficul funcţiei z=z(θ) este prezentat în fig.8.26. Condiţia pătrunderii ştiftului în alezaj după realizarea contactului în două puncte A şi B este: Fz≥μNk2+(μcosθ+sinθ) Nk1 în care: Nk1= Nk2= În cazul în care prima poziţie a punctului B este apropiată de şanfren (z/cosθ<μD), ştiftul se blochează în alezaj (se împănează). În vederea realizării inserţiei, ştiftul trebuie retras şi operaţia trebuie reîncepută cu o eroare de orientare a ştiftului mai mică. Dacă prima poziţie a punctului B este îndepărtată de şanfren (z/cosθ<μD), se produce aşa numita înţepenire. Inserţia poate continua prin împingerea axială a ştiftului şi rotirea în jurul punctului B. În timpul operaţiei de inserţie pot apare următoarele două situaţii cînd este realizat contactul în două puncte şi lungimea de pătrundere a ştiftului este slabă:

Fig. 8.25. Schema de acţionare a forţelor la inserţia ştiftului în alezaj.


- blocajul parţial sau înţepenire (Jamming); - blocajul total sau împănare (Wedging). În cazul blocajului parţial, piesele sunt blocate datorită unui raport necorespunzător între forţele şi momentele care sunt aplicate. Pentru deblocare este suficient a modifica, de exemplu, unghiul forţei de inserţie în raport cu alezajul. La blocajul total apare un fenomen mai dificil de rezolvat, acest blocaj producîndu-se cînd forţele prezente cauzează o deformaţie elastică a pieselor. În vederea realizării inserţiei, operaţia trebuie reîncepută cu o eroare de orientare a ştiftului mai mică.

Fig.8.26. Dependenţa dintre adâncimea de iserţie z şi unghiul de înclinare θ pentru diferite valori ale raportului d/D.

Fig. 8.27. Fig.2.28. Fig.8.27 prezintă sub formă grafică corelaţia necesară între eroarea unghiulară θ şi eroarea de distanţă z, pentru ca angajarea prin sanfren şi autoblocarea ştiftului să fie evitată, iar fig.8.28 reprezintă corelaţia necesară între forţele Fx, Fy, Fz şi M0, pe de o parte, şi geometria ştiftului şi alezajului, pe de altă parte, pentru aprecierea evitării înţepenirii.


8.6. Utilizarea roboţilor industriali în operaţii de sudare 8.6.1. Probleme generale Sudarea este procedeul cel mai răspîndit în industria constructoare de maşini, prin care se obţin îmbinări nedemontabile, pentru executarea operaţiilor de sudare fiind folosit un mare număr de operatori umani. Calitatea sudurilor executate de operatorul uman depinde, în foarte mare măsură, de dexteritatea şi conştiinciozitatea sudorului, care trebuie să execute mişcările necesare operaţiei de sudare cu mare regularitate şi precizie. Pe de altă parte, sudorii lucrează în condiţii de mediu total neprielnic; ei sunt expuşi la radiaţii calorice şi luminoase, inhalează fum, lucrează de multe ori în poziţii foarte dificile, pot fi stropiţi cu metal topit şi trebuie să aibă atenţia concentrată la maximum în permanenţă. Cele prezentate mai sus justifică interesul tot mai crescut al producătorilor de a trece la automatizarea operaţiei de sudare, aceasta şi pentru faptul că operaţiile de sudare executate de operatorul uman sunt foarte scumpe. Dacă în cazul producţiei de serie mare sau masă se cunosc de mai mult timp sisteme pentru sudarea automată sau semiautomată, în producţia de serie mică sau mijlocie executarea automată a operaţiilor de sudare necesită mijloace flexibile, care să permită adaptarea rapidă la variabilitatea produselor. Aceste mijloace sunt roboţii industriali de sudare, instalaţii specifice de alimentare cu material, dispozitive speciale de poziţionare, scule de lucru specifice. Pot fi automatizate cu ajutorul roboţilor industriali operaţiile de sudare în puncte şi de sudare continuă cu arc în mediu de gaz protector. În ambele cazuri, asamblarea prin sudură se realizează din două sau mai multe piese. Sudarea prin presiune în puncte sau prin rulare asistată de roboţi se regăseşte, în special, în celulele şi liniile flexibile pentru asamblarea caroseriilor de autovehicule, permiţînd trecerea uşoară de la fabricarea unui autovehicul la altul. De altfel, Corporaţia General Motors a realizat încă din anul 1969 o linie robotizată de sudare prin puncte, deservită de 38 de roboţi industriali Unimate, pentru sudarea caroseriei autoturismului "Vega". Celulele şi liniile flexibile pentru sudare cu arc asistate de roboţi s-au organizat în special în întreprinderi constructoare de vehicule feroviare, maşini de ridicat şi transportat uzinal, miniere, şantiere navale, urmărindu-se automatizarea sudării unor subansambluri de tip grindă, traversă, cheson etc. Robotizarea operaţiilor de sudare prezintă următoarele avantaje: - uşurarea muncii sudorilor, prin protejarea lor de căldură, gazele/fumul şi radiaţiile emanate în timpul sudării; - intensificarea parametrilor procesului de sudare, operatorul uman fiind îndepărtat de zona de producere a noxelor; - suprapunerea timpului de maşină (de "arc") cu cel auxiliar; - îmbunătăţirea calităţii sudurilor executate (puncte de sudură poziţionate precis, cusături uniforme), reducerea volumului lucrărilor de remaniere. Ca urmare a celor de mai sus, se poate obţine o creştere a productivităţii muncii la instalaţiile de sudare servite de roboţi în medie cu 100%.

8.6.2. Particularităţi ale operaţiilor de sudare executate cu ajutorul roboţilor industriali

În cursul operaţiilor de sudare în puncte, piesele metalice care urmează să fie îmbinate nedemontabil se încălzesc local datorită efectului Joule produs de curentul alternativ de intensitate mare şi tensiune scăzută, care se scurge între electrozii cleştelui de sudare. Aceşti


electrozi ating feţele opuse ale pachetului de piese de îmbinat şi le presează, asfel încît să se obţină atingerea intimă a acestora în zona în care se va realiza îmbinarea. Fazele procesului de sudare prin puncte sunt (duratele fazelor sunt indicate în Hz, pentru curentul alternativ cu frecvenţa 50 Hz): - presarea iniţială a electrozilor, realizîndu-se o presiune de contact de 55-70 bar (7 Hz); - sudarea (curentul de sudare străbate pachetul de piese de îmbinat, 8 Hz); - menţinerea electrozilor în poziţia de presare, în decursul căreia piesele se răcesc şi zonele topite se solidifică (1 Hz, durată ce poate fi redusă prin intensificarea răcirii cu apă a electrozilor); - deschiderea electrozilor, revenirea capului de sudare în poziţia iniţială şi răcirea electrozilor. Se poate aprecia, deci, că durata de execuţie a unui punct de sudură este de cca. 16 Hz (0,32 s). Scula cu care se execută sudarea prin puncte este un cleşte cu doi electrozi, dintre care unul este fix, iar celălalt este mobil, acţionat de obicei hidraulic. Electrozii şi jugul în care sunt montaţi aceştia sunt răciţi cu apă care circulă prin canalele executate în interiorul lor.

Fig. 8.29. Construcţii de cleşti de sudare Două construcţii tipice de cleşti utilizaţi la sudarea prin puncte folosind roboţi industriali sunt prezentate în fig.8.29. Cleştele este alimentat cu energie electrică printr-un cablu de secţiune mare şi cu apă de răcire prin intermediul a două furtunuri. O parte din greutatea cablului şi a furtunurilor, cît şi rigiditatea acestora, adaugă dificultăţi suplimentare la manipularea cleştelui de sudare, care poate necesita exercitarea unor forţe de pînă la 1000 N, ceea ce explică dificultatea poziţionării corecte a cleştelui de către operatorul uman. Pentru a realiza îmbinarea prin sudare în puncte a două obiecte, cleştele de sudare trebuie să execute următoarele mişcări: poziţionarea extremităţii unui electrod în dreptul unui punct de sudare, orientarea axei comune a celor doi electrozi pe o direcţie normală pe suprafaţa pieselor de îmbinat, mutarea extremităţii unui electrod în punctul următor, reorientarea direcţiei axei comune a electrozilor la nevoie, repetarea de atîtea ori a acestor mişcări cîte puncte de sudare există în grupul respectiv de puncte, eventual cu ocolirea unor obstacole locale, mutarea extremităţii unui electrod în dreptul primului punct dintr-un alt grup de puncte (fig.8.30).

Fig. 8.30. Secvenţe de mişcare ale cleştelui de sudare specifice sudării prin puncte. În zona A-A şi B-B cleştele este mutat succesiv de la un punct de sudare vecin; la trecerea de la zona secţiunii A-A la zona secţiunii


A-A la zona secţiunii B-B, cleştele efectuează o deplasare mai mare, schimându-şi înclinarea electrozilor. În vederea executării mişcărilor descrise mai sus, electrodul mobil al cleştelui se va realiza asfel încît, pe lîngă o mişcare de translaţie cu cursă scurtă, în vederea executării operaţiei de sudare în puncte, să poată executa şi o mişcare de translaţie cu cursă lungă, necesară ocolirii obstacolelor locale şi efectuării unor suduri în puncte aşezate în fundul unor cavităţi. Ca urmare a contactelor repetate ale electrozilor cu piesele care urmează a fi sudate, extremităţile lor se uzează, ceea ce conduce la înrăutăţirea procesului. Din acest motiv, forma geometrică a acestor extremităţi trebuie corectată prin frezare. În cazul operaţiei de sudare cu arc în mediu protector, se urmăreşte umplerea cu metal lichid a rostului de sudare dintre două piese metalice, care trebuiesc îmbinate nedemontabil. Îmbinarea se va realiza după solidificarea metalului din rost, formîndu-se ceea ce poartă numele de cordon de sudare. La procedeul MIG, metalul lichid este protejat împotriva oxidării de către o atmosferă de gaz inert insuflat, la procedeul MAG protecţia se realizează cu gazul insuflat peste metalul topit în parte în reacţii chimice dezoxidante, iar la procedeul WIG, electrodul din wolfram nu se topeşte, metalul de adaos de topit este adus în zona de topire sub formă de sîrmă, protecţia realizîndu-se tot prin insuflarea unui gaz inert. Scula utilizată este capul de sudare, care conţine electrodul (electrozii) sub formă de sîrmă, condus (conduşi) în interiorul unei duze prin care se insuflă gazul protector. Între electrod şi piesa care urmează a fi sudată se realizează o diferenţă de potenţial electric de 30-50 V. Sursa de energie electrică asigură alimentarea capului de sudare cu curent, avînd intensitatea de 100-200 A, celălalt pol al sursei ("nulul") fiind legat printr-un dispozitiv cu şurub de una din piesele care urmează a fi sudate. Ca urmare, metalul electrodului, respectiv al sîrmei suplimentare, se topeşte şi umple rostul de sudare. În timpul operaţiei de sudare, capul se deplasează în lungul rostului de sudare, astfel încît acesta din urmă să se umple succesiv şi în mod uniform. În cazul în care rostul de sudare este lat, capul de sudare va primi o mişcare ondulatorie, de "ţesere", compusă din însumarea mişcării de translaţie în lungul rostului cu o mişcare de oscilaţie într-un plan perpendicular pe mişcarea de translaţie.

Fig. 8.31 Variante de traiectorii descrise de extremitatea electrodului.

În fig.8.31 se prezintă variante de traiectorii descrise de extremitatea electrodului în raport cu rostul de sudare. Amorsarea arcului care topeşte electrodul se realizează în urma unui contact iniţial al acestuia cu metalul piesei, urmată de o îndepărtare. Această succesiune de mişcări se va repeta în cazul întreruperii accidentale a arcului în timpul sudării sau la lipirea extremităţii electrodului de piesa de sudat. Electrodul care se topeşte şi sîrma suplimentară utilizate la procedeul WIG sunt avansate în mod automat de un dispozitiv cu comandă adaptivă, parametrul a cărui constanţă se urmăreşte fiind diferenţa de tensiune dintre extremităţile arcului. Sudarea unui cordon se realizează în următoarele secvenţe: 1. extremitatea capului de sudare se poziţionează asfel încît să coincidă cu un punct de pe axa de simetrie a rostului de sudare, la inceputul acestuia, iar axa capului de sudare se orientează de aşa manieră incît să formeze un anumit unghi cu direcţia axei de simetrie a rostului (fig.8.32); 2. gazul de protecţie se scurge pentru izolarea prealabilă a locului de amorsare a arcului;


3. se amorsează arcul, gazul se scurge, electrodul (sîrma) este avansat, extremitatea capului de sudare se deplasează;

4. la capătul cordonului, avansul electrodului (sîrmei) se opreşte, arcul se întrerupe, mişcarea capului se opreşte; 5. gazul de protecţie continuă să se scurgă, realizîndu-se protecţia metalului topit, care se solidifică; 6. se opreşte scurgerea gazului; 7. se mută extremitatea capului de sudare în punctul de începere a unei alte cusături şi se repetă mişcările începînd

de la punctul 1. În timpul executării operaţiei de sudare, în duza capului se poate depune zgură, care obturează scurgerea gazului protector. În vederea eliminării acestui inconvenient, în cavitatea duzei capului de sudare se pulverizează periodic o substanţă chimică antizgură (de obicei, sub formă de soluţie sau ceaţă) sau/şi se curăţă zgura formată prin frezare.

8.6.3. Particularităţi constructive ale roboţilor industriali utilizaţi în operaţii de sudare

Sistemul mecanic al unui robot utilizat în operaţii de sudare trebuie să permită o cît mai mare varietate de posibilităţi de poziţionare relativă a cleştelui/ capului de sudare în raport cu obiectul de lucru, astfel încît să fie realizabile mişcările indicate anterior. În industria constructoare de automobile se utilizează roboţi şi în operaţii de sudare electrică prin presiune cu role. În acest caz, sistemul mecanic al roboţilor trebuie să asigure conducerea rolelor de sudare în lungul cusăturii de executat. În vederea realizării performanţelor amintite, mecanismul generator de traiectorie al robotului trebuie să aibă trei grade de mobilitate, iar mecanismul de orientare două sau trei grade de mobilitate. Pentru sudarea în puncte, punctul caracteristic este punctul de intersecţie dintre axa unui electrod şi suprafaţa de contact al acestuia, iar dreapta caracteristică este axa electrodului. Pentru sudarea cu arc, punctul caracteristic este punctul de intersecţie a axei capului de sudare cu axa rostului de sudare, iar dreapta caracteristică este axa capului de sudare. Cum la sudarea cu arc în mediu protector capul de sudare trebuie deplasat cu viteze mici (0,01-1,5 m/min), unii constructori de roboţi industriali preferă, pentru asemenea aplicaţii, dispozitive de ghidare care au la bază scheme cinematice numai cu cuple cinematice de rotaţie, întrucît cuplele de translaţie realizate cu frecare de alunecare pot prezenta fenomenul de "stik-slip". Dispozitivele de prehensiune ale roboţilor industriali utilizaţi pentru operaţii de sudare sunt dispozitive specializate, reducîndu-se la îmbinări care să asigure solidarizarea cleştelui/capului de sudare cu un element al dispozitivului de ghidare. La roboţii mai evoluaţi, dispozitivele de prehensiune specializate trebuie să asigure şi solidarizarea unor senzori tactili/video cu un element al dispozitivului de ghidare. În unele cazuri, cleştele este suspendat pe o consolă fixă prin intermediul unui cablu de susţinere, lanţ sau arc care preia greutatea lui, robotul executînd doar poziţionarea cleştelui, fără a prelua sarcina gravitaţională (fig.8.33).

Fig. 8.32. Poziţionarea capului de sudură în raport cu axa de simetrie a rostului


Fig. 8.33. Cleşte de sudare în puncte suspendat de o consolă Sistemul mecanic al roboţilor industriali utilizaţi în operaţii de sudare mai prazintă unele particularităţi constructive, astfel:

1. Dacă robotul execută operaţii de sudură în puncte, sursa de sudare poate fi: - amplasată separat - o consolă fixă susţine cablul de alimentare cu energie electrică (curent de intensitate mare) şi conductele de alimentare cu apă a cleştelui (fig.8.34); - înglobată în cleşte - robotul poartă cablul de alimentare cu energie electrică (curent de intensitate mică) şi conductele pentru circulaţia apei de răcire (fig.8.35); - înglobată în braţul robotului - acesta purtînd şi cablul de alimentare cu energie electrică şi conductele de alimentare cu apă de răcire (fig.8.36). 2. Dacă robotul execută operaţii de sudare cu arc în mediu protector, sursa de sudare se amplasează într-o unitate separată. Capul de sudare se alimentează cu energie electrică printr-un cablu, cu gaz protector printr-o conductă şi cu sîrmă electrod, care este avansat în mod adaptiv la tensiunea în arc de către un dispozitiv adecvat, amplasat la rîndul său separat. Cablul, conducta de gaz şi sîrma electrod sunt susţinute de o consolă fixă (fig.8.37). În unele cazuri, sîrma electrod este condusă în interiorul conductei de gaz protector, ceea ce simplifică construcţia consolei şi a racordului la capul de sudare. Acesta mai poate fi prevăzut cu un dispozitiv pentru amorsarea arcului, alimentat cu curent de înaltă frecvenţă şi cu un dispozitiv pentru împroşcarea de soluţie sau ceaţă antizgură în cavitatea duzei capului de sudare. În lipsa ultimului dispozitiv, în periferia robotului se va prevedea un cap de curăţire prin frezare a capului de sudare. Pentru roboţi utilizaţi în operaţii de sudare în puncte, în periferia robotului se va amplasa un cap de frezarea a extremităţilor electrozilor cleştelui.

Fig. 8.34. Sursă de sudare amplasată separat


Fig. 8.35. Transformatorul de sudare este înglobat în cleşte

Fig. 8.36. Transformatorul de sudare este înglobat în braţul robotului; Cl-cleş-te; T- transformator. Sistemul de acţionare a roboţilor industriali utilizaţi pentru operaţii de sudare, este electric sau hidraulic.

Fig. 8.37. Sudarea cu arc în mediu protector: SCo-sistem de comandă; CS-cap de sudare; S-sursa de sudare; DAE-dispozitiv de avans adaptiv al electrodului; BGP- butelie gaz protector; Co-conductă; Se-sârmă electrod. Sistemul de comandă automată trebuie să asigure un program punct cu punct pentru sudarea în puncte, iar pentru sudarea cu arc un program multipunct sau de traiectorie continuă. Unii roboţi destinaţi operaţiilor de sudare conţin în sistemul lor de comandă


programe pentru descrierea de către punctul caracteristic a unor segmente drepte sau arce de cerc. În aceste cazuri, este suficient să se programeze parcurgerea succesivă a unor puncte aflate pe axa rostului de sudare, între aceste puncte robotul conducînd punctul caracteristic pe segmente drepte sau arce de cerc, echipamentul realizînd interpolarea liniară sau circulară. La sudarea cu arc care se execută cu "ţesere", mişcarea oscilatorie a punctului caracteristic poate fi comandată de sistemul de comandă al robotului sau poate fi realizată cu ajutorul unui dispozitiv suplimentar, cu un singur grad de libertate (micromişcare de rotaţie) ataşat dispozitivului de ghidare. Sistemul de comandă automată al roboţilor utilizaţi pentru sudarea cu arc trebuie să conţină facilităţi în vederea realizării, la nevoie, a mai multor treceri ale capului de sudare în lungul cusăturii de sudură. Programarea roboţilor utilizaţi în operaţii de sudare, se realizează prin instruire cu telecomandă, folosind în acest scop panouri de programare cu butoane şi întrerupătoare ("Teach pendant"). În decursul fazei de instruire, robotul execută operaţia de sudare în regim de instalaţie de teleoperare comandată manual. Sudurile executate în decursul fazei de instruire pot fi deficitare, rebutându-se obiectele de lucru. Din acest motiv, programarea prin instruire a robotului industrial se poate realiza şi numai prin mişcarea cleştelui, respectiv a capului de sudare în lungul unei benzi de hîrtie pe care sunt marcate punctele de sudură, respectiv segmentele şi arcele pe care trebuie să se deplaseze punctul caracteristic aferent capului de sudare. Gradul de inteligenţă artificială al sistemului de comandă al robotului utilizat în operaţii de sudare depinde, în mare măsură, de caracterul mai mult sau mai puţin organizat al periferiei. În cazul utilizării unor dispozitive periferice precise şi al unor abateri mici ale pieselor care urmează să fie asamblate prin sudură, robotul poate repeta la fiecare operaţie

mişcările programate prin instruire. Dacă se utilizează dispozitive periferice mai puţin precise, respectiv se asamblează piese pregătite cu abateri dimensionale mari, mişcările programate în prealabil se cer corectate adaptiv, sistemul de comandă utilizînd în "buclă închisă" informaţiile unor senzori.

În fig.8.38 se prezintă un grup de senzori de proximitate inductivi, optoelectronici sau pneumatici pentru poziţionarea adaptivă a capului de sudare pentru executarea unei suduri în V. Senzorii de proximitate optoelectronici sesizează lumina arcului reflectată de obiect. În fig.8.39 este prezentat un senzor inductiv cu contact pentru urmărirea rostului de sudare. El este purtat de dispozitivul de

prehensiune al robotului la o anumită distanţă înaintea capului de sudare şi sesizează geometria reală a rostului

Fig. 8.38. Grup de senzori de proximitate folosiţi pentru pozi-ţionarea adaptivă a capului de sudare

Fig. 8.39. Senzor inductiv cu contract (a); robotul conduce capul de sudare şi senzorul în lungul rostului (b).


de sudare. Informaţiile culese de senzor sunt memorate de sistemul de comandă al robotului, care modifică, în consecinţă, mişcarea capului de sudare. Căutarea poziţiei rostului de sudare se poate realiza şi cu ajutorul dispozitivului de oscilare a capului de sudare, măsurîndu-se analogic rezistenţa electrică a arcului de sudare. Metoda prezintă dezavantajul că operaţia de căutare poate avea loc doar în condiţiile în care arcul de sudare este amorsat. Figura 8.40 conţine schema urmăririi operaţiei de sudare cu arc cu ajutorul unui senzor video, încadrat într-un dispozitiv de recunoaştere a formei/poziţiei obiectelor.

Fig. 8. 40.Urmărirea execuţiei operaţiei de sudare cu ajutorul unui senzor video; CS -capul de sudare; Ca-senzor video (cameră de luat vederi) o-obiect În fig.8.41 se prezintă schema de principiu a unui senzor video cu fascicul laser. Senzorul este susţinut de dispozitivul de prehensiune al robotului în aşa fel încît planul măturat de fasciculul laser să fie perpendicular pe axa rostului, la cca. 50 mm înaintea capului de

sudare. Fasciculul laser este dirijat asupra obiectului prin intermediul unei oglinzi fixate pe un arbore antrenat de un motor electric şi a cărei poziţie este detectată de un traductor de poziţie. Lumina difuză reflectată de obiectul de lucru este dirijată de o altă oglindă oscilantă şi detectată de o linie de fotodiode, obţinîndu-se pe această cale informaţii asupra profilului de sudare. Sistemul de comandă al robotului dirijează mişcarea capului de sudare în funcţie de

informaţia obţinută cu ajutorul senzorului. Fig. 8.41. Senzor video cu laser utilizat pentru urmărirea rostului de sudare Roboţii industriali cu senzori îşi pot corecta adaptiv mişcările programate în prealabil şi în funcţie de deformările elastice şi termice ale pieselor care se asamblează prin sudare.

Comanda roboţilor utilizaţi în operaţii de sudare poate fi şi mixtă. În acest caz, operatorul uman urmăreşte executarea punctelor sau cusăturii sudate, avînd posibilitatea de a deplasa după o direcţie orizontală sau verticală cleştele sau capul de sudare în raport cu poziţia programată, în funcţie de abaterile constatate ale pieselor care se asamblează.

8.6.4. Dispozitive suplimentare de poziţionare a obiectului supus sudării În foarte multe cazuri pot fi îmbinate prin sudare piese de configuraţii foarte complexe, pentru care şirurile de puncte (la sudarea prin puncte) sau cusătura de sudură sunt curbe strîmbe în spaţiu. Urmărirea unor asemenea traiectorii numai prin mişcările robotului ar conduce la necesitatea ca acesta să dispună de un mare număr de grade de libertate, ceea ce, mai ales cînd sarcinile manipulate sunt mari, este de nedorit.


Numărul de grade de libertate ale robotului poate să fie mai mic, iar precizia de realizare a sudurii este mai mare dacă obiectul ce trebuie sudat se amplasează pe dispozitive speciale de poziţionare, cu diferite grade de libertate şi realizate pentru a suporta încărcări de valori diferite. În fig.8.42 se prezintă un număr de cinci modele de dispozitive de poziţionare pentru operaţii de sudare, utilizate în special la sudarea continuă cu arc. Masele şi dimensiunile de gabarit ale pieselor de sudat pentru care sunt realizate aceste dispozitive de manipulare sunt: - masa - 500 daN şi diametrul maxim al piesei - 1460 mm (fig.8.42,a); - masa - 160 daN şi diametrul maxim - 1150 mm (fig.8.42,b,c şi d); - masa - 500 daN şi acelaşi diametru (fig.8.42,e). Rotirile diferitelor subansamble ale dispozitivelor prezentate se realizează la unghiuri cuprinse între 90 şi 360 de grade, la precizii foarte ridicate ale mişcării de rotaţie, de cca.5 s. Comanda mişcărilor dispozitivelor prezentate se poate realiza separat de robot, într-un ciclu de lucru propriu, dar sincronizat cu ciclul de lucru al robotului. În alte cazuri, toate mişcările componentelor celulei de sudare sunt comandate de către echipamentul de comandă cu microprocesor al robotului. În cazul liniilor flexibile de sudare, în special la sudarea prin puncte a caroseriilor de autovehicule, locul dispozitivelor de poziţionare este preluat de conveioare speciale pentru deplasarea caroseriei dintr-un post de sudare în altul. Un exemplu de compunere a unor asemenea linii este prezentat în fig.8.43. Trebuie subliniat faptul că şi în acest caz trebuie să existe dispozitive de poziţionare a caroseriei pe conveiorul de transport pas cu pas, care, obişnuit, sunt fixe (pentru centrare/fixare), dar se pot realiza şi mişcări de poziţionare ca în cazul precedent. De asemenea, trebuie subliniat faptul că se poate obţine o creştere considerabilă a productivităţii muncii dacă sudarea se poate realiza în timp ce obiectul (caroseria de autovehicul, de exemplu) se poate deplasa cu ajutorul conveiorului, mişcare controlată de sistemul de comandă al liniei (în cazul sudării caroseriilor de autovehicul, comanda se realizează în mod obligatoriu centralizat, cu un calculator de proces).


Fig. 8.42. Dispozitiv de poziţionare pentru operaţii de sudare.


În al treilea rînd, la sudarea pieselor de gabarite foarte mari (de exemplu, în industria

navală, la fabricarea unor containere mari din tablă etc.), robotul de sudură trebuie să se deplaseze pe distanţe mari. În asemenea cazuri, se pot utiliza roboţi instalaţi pe cărucioare cu deplasare pe căi cu şine. Asemenea robocare pot realiza deplasări de pîna la 30 m şi mai mult, la viteze de lucru de pînă la 50 m/min, cu precizie de poziţionare în punctele necesare de 0,1 mm. 8.7. Utilizarea roboţilor industriali în controlul automat 8.7.1. Introducere Funcţionarea autonomă a unui sistem flexibil de fabricaţie se poate obţine numai dacă, pe lîngă celelalte funcţii ale sistemului, se automatizează şi funcţia de control al pieselor prelucrate. După momentul cînd se realizează controlul automat, se deosebesc trei metode de control al pieselor: - controlul înainte de prelucrare; - controlul în timpul prelucrării; - controlul efectuat după prelucrarea piesei pe un post de lucru sau după prelucrarea finală. Controlul înainte de prelucrare se face asupra semifabricatului şi este necesar pentru asigurarea lucrului fără întrerupere al utilajului, prin măsurarea prealabilă a acestuia, deoarece semifabricatele cu abateri dimensionale mari pot conduce la ruperea sculelor sau la solicitarea puternică a dispozitivului de centrare/fixare.

Fig. 8.43. Linia flexibilă pentru sudarea caroseriei autovehiculelor


Controlul în timpul procesului de prelucrare se realizează urmărind evoluţia dimensiunii piesei în prelucrare şi comandînd oprirea mişcării de avans al sculei atunci cînd s-a atins dimensiunea prescrisă. Controlul automat după prelucrarea piesei se realizează fie direct pe maşină, fie în afara ei, eventual pe maşini automate de măsurat. Rezultatele unei asemenea măsurări pot valida precizia impusă piesei sau pot indica ieşirea dimensiunii piesei din limitele impuse prin câmpul de toleranţă. În acest al doilea caz, sunt posibile două modalităţi de corecţie a cauzei care a determinat abaterea neadmisă a piesei: - executarea unei corectări a poziţiei relative dintre sculă şi piesă, asfel că prelucrarea următoarelor piese se va face cu precizia cerută; - efectuarea unei corecţii în programul numeric de prelucrare a piesei (în cazul maşinilor-unelte cu comandă numerică), prin introducerea unei corecţii de sculă (pentru scula care a prelucrat suprafaţa măsurată), aceasta cunoscînd că factorul determinant în producerea erorilor de prelucrare este uzura sculelor aşchietoare. Mijloacele tehnice utilizate pentru efectuarea controlului semifabricatelor şi pieselor prelucrate sunt foarte variate şi specifice, într-o oarecare măsură, metodei de măsurare. Măsurarea se poate realiza cu sisteme de măsurare staţionare sau mobile, cu sisteme înglobate în construcţia maşinii-unelte sau cu sisteme exterioare. Sistemele staţionare de măsurare înglobate în construcţia maşinii se întîlnesc, în special, în cazul măsurării în timpul procesului de prelucrare. Ele au ca element principal traductorul de control, care poate fi: electric inductiv, electric capacitiv, electric cu contacte, fotoelectric, pneumatic etc., care furnizează la ieşire un semnal proporţional cu dimensiunea prelucrată sau cu eroarea la această dimensiune. Pentru controlul semifabricatului instalat pe maşina-unealtă se folosesc capete de măsurat (palpatoare), care pot fi instalate fie în magazinul de scule al centrului de prelucrare sau într-un depozit de capete de măsurat şi care este transferat în axul principal al maşinii cu ajutorul unui robot. Ciclul de măsurare este conţinut în programul de comandă numerică, conform căruia se verifică precizia instalării semifabricatului în dispozitivul tip paletă, precum şi precizia instalării paletei pe masa maşinii (a centrului de prelucrare). Semnalul de eroare constatat prin măsurare se transmite echipamentului de comandă numerică în scopul corectării punctului de nul al prelucrării (originea de prelucrare) sau pentru modificarea numărului de treceri în cazul cînd s-ar constata că dimensiunea semifabricatului diferă mult faţă de cea considerată la programare. Pentru măsurarea după prelucrare, se utilizează maşini universale de măsurat automate, care funcţionează după program de măsurare numeric. Ele sunt dotate cu sisteme de palpare care permit schimbarea automată a palpatorului, în care scop trebuie să existe un magazin de capete de măsurat şi un robot care să realizeze schimbarea acestor capete, conform programului de măsurare. Există, actualmente, un număr însemnat de sisteme automate de control al pieselor în sistemele de fabricaţie la care capetele de măsurat sunt purtate de chiar dispozitivul de apucare al roboţilor industriali, constituindu-se astfel posturi de control robotizate sau chiar module flexibile de control şi măsurare. Un exemplu în acest sens este prezentat în fig.8.44, unde cei doi roboţi de control, dotaţi cu capete de măsurare corespunzătoare, efectuează măsurări asupra piesei amplasate pe paletă. Piesele sunt aduse în postul de măsurare cu ajutorul unui conveior. Pentru a avea acces la toate suprafeţele piesei care trebuie controlate, corpul celor doi roboţi are posibilitatea de deplasare în lungul liniei, iar numărul gradelor de mobilitate ale robotului trebuie să-i confere acestuia flexibilitatea necesară accesului capetelor de măsurat manipulate la toate suprafeţele piesei controlate. 8.7.2. Elemente caracteristice ale roboţilor industriali pentru măsurare


Roboţii de măsurare sunt roboţi industriali cu ajutorul cărora se efectuează controlul total al pieselor prelucrate în timp real, asigurîndu-se nu numai controlul dimensiunilor dar şi controlul formei şi poziţiei reciproce a suprafeţelor. Aceşti roboţi dispun de viteză de lucru ridicată, însă precizia de măsurare este mai mică decît în cazul maşinilor automate de măsurare. Spre deosebire de sistemele de control activ pe maşini-unelte, utilizate în producţia de serie mare şi masă (în industria de rulmenţi, de exemplu), roboţii de măsurare sunt destinaţi utilizării, în special, în producţia de serii mijlocii şi mici. Cerinţa principală a robotului de măsură destinat pentru încorporarea în linii automate sau SFF este uşurinţa implementării, compatibilitatea mecanică şi a sistemului de comandă ale robotului cu sistemul general al liniei sau SFF. Roboţii de măsură se caracterizează, mai întîi de toate, prin eroarea de măsurare (μm), care este dată de o funcţie liniară de mărimea deplasării L (mm) a manipulatorului cu traductor de măsurare la capăt. Dispersia mărimii este determinată de construcţia şi calitatea execuţiei robotului, de mărimea maximă a deplasării, de gradul de precizie, de existenţa (sau lipsa) compensării programate a erorii. Manipulatoarele tuturor roboţilor de măsură cunoscuţi, de destinaţie generală, au trei grade de mobilitate în coordonate rectangulare. Pentru piesele de gabarit mic şi mijlociu, există o masă rotativă indexată, de obicei pentru 72 şi 120 poziţii fixate, care realizează al patrulea grad de mobilitate, cu comandă de la programul comun de măsurare. Cînd este necesar să se execute măsurări în zonele greu accesibile ale pieselor, la capătul manipulatorului se instalează subansamblul de rotire cu senzor; în acest fel, numărul gradelor de mobilitate al robotului creşte pînă la 4-5. Aceasta permite efectuarea controlului după 5 feţe ale piesei dintr-o singură instalare a acesteia. În afară de aceasta, multe execuţii de roboţi de măsură au cîte două manipulatoare programate independent, ceea ce permite ridicarea productivităţii de măsurare şi a numărului de suprafeţe măsurate. Majoritatea roboţilor de măsură au construcţie modulară. La execuţia în consolă a manipulatorului, se asigură diferite combinări ale lui în dependenţă de configuraţia piesei de măsurat: cu orientarea verticală sau orizontală a axei manipulatorului; cu diferite curse după axele X,Y,Z; cu manipulatoare instalate pe o parte sau de ambele părţi ale piesei măsurate etc. Pentru controlul pieselor mari, de exemplu al caroseriei autoturismelor, se utilizează roboţi de măsură cu portal sau cu cadru, ceea ce măreşte fiabilitatea lor. Acţionarea roboţilor se efectuează de la servomotoare de curent continuu, care, de obicei, au conducere (directă) de la microprocesorul de rang inferior. Mişcarea se transmite la perechea şurub-piuliţă prin reductor, realizîndu-se astfel deplasarea sub controlul traductorului de tip inductosin sau fotoelectric liniar de precizie mijlocie. În acest fel, poziţionarea se efectuează cu o eroare absolută care atinge 0,1 mm. Senzorii capetelor de măsurare, care indică eroarea relativă, de regulă, au scări optice de precizie.


Organul de lucru al roboţilor de măsură este capul de măsurare (fig.8.45), care are posibilitatea rotirii în două plane şi este prevăzut cu palpatoare de măsurare. Fig. 8.44. Modul flexibil de control robotizat Palpatoarele cu contact au construcţie diferită şi sunt executate din corund sau rubin.

Schimbarea palpatoarelor în corespondenţă cu suprafaţa de măsurare (pînă la 10 bucăţi) se efectuează automat; de obicei, palpatoarele de schimb sunt instalate pe un cap revolver sau magazin, care se amplasează în apropierea robotului de măsură, în partea opusă faţă de poziţia de încărcăre/descărcare a pieselor, fără a împiedica această operaţie.

Roboţii de măsură cu o singură coloană au o compunere asemănătoare centrelor de prelucrare, ceea ce permite a-i include cu uşurinţă în sistemul de transport existent al secţiei şi alimentarea cu piese de controlat pe aceleaşi dispozitive paletă. Unii roboţi de măsură au compunerea centrelor de prelucrare, inclusiv masa rotativă, care poate fi alimentată cu ajutorul alimentatorului liniar, subansamblul de fixare a plăcii de transport, 2-3 încărcătoare a acestora racordate cu sistemul de transport al SFF. Operaţia de măsurare se efectuează exact la fel ca orice operaţie de prelucrare. Diferenţa constă numai în faptul că, în cazul de faţă, poziţiile sunt înzestrate nu cu scule de aşchiere

ci cu scule de măsurare. Semifabricatele şi piesele de măsurat se aduc la roboţii de măsură cu robocare sau căi transportoare cu role de antrenare, ele aflîndu-se pe palete. Robotul de măsurare are o construcţie termică simetrică şi se dotează cu dispozitive de compensare automată a deformaţiilor termice. Pentru măsurare, piesa trebuie să aibă aceeaşi strîngere ca şi pe maşina-unealtă în timpul prelucrării. Arborele de control poate avea poziţie orizontală sau verticală, ca şi arborii principali de la majoritatea centrelor de prelucrare. Piesele se controlează direct pe dispozitivele paletă. Robotul de măsurare trebuie să aibă dispozitive standardizate pentru identificare, încărcare şi fixare şi pentru transmiterea rezultatelor măsurărilor în sistemul de comandă.

Fig. 8.45. Construcţii tipice de cap de măsurare cu palpator


O cerinţă importantă de funcţionare este flexibilitatea, care permite reglarea rapidă pentru controlul diferitelor piese şi pentru diferite cicluri de măsurare. În procesul măsurării unui lot de piese, poate fi prevăzută adaptarea automată a ciclului la volumul măsurărilor. Pentru piesa etalon şi primele piese prelucrate, de obicei, se execută un ciclu detaliat de măsurări. Dacă se observă o abatere stabilă de la dimensiunile de bază ale piesei, care rămîn în limitele toleranţei date, atunci volumul măsurărilor poate fi micşorat automat, ceea ce se programează cu metode împrumutate din sistemele expert. La abateri considerabile, volumul de măsurări se măreşte din nou şi se dă semnalul pentru schimbarea programului. Roboţii de măsură trebuie să asigure o viteză de lucru mare, cu păstrarea preciziei de măsurare satisfăcător de înaltă. Aceasta se obţine prin compensarea erorilor geometrice (statice şi dinamice) după cele trei coordonate. Sistemul de comandă al robotului de măsură are o arhitectură de calcul cu mai multe nivele. Calculatorul de nivel superior transmite comenzile la sistemul multiprocesoare, care comandă acţionările simultane pe 6 coordonate de translaţie şi 4 de rotaţie. Calculatorul de nivel superior poate să prelucreze concomitent semnale de la cîteva palpatoare de măsurare. Comanda deplasărilor manipulatoarelor de măsurare se efectuează nemijlocit de către microprocesoare, iar pe nivelul superior al sistemului ierarhic de comandă se află un minicalculator care conduce concomitent toate microprocesoarele de nivel inferior. Acest sistem conduce concomitent patru manipulatoare de măsurare diferite. El nu numai că micşorează durata măsurărilor, dar şi eliberează calculatorul central de lansarea (primirea) semnalelor pentru deplasarea manipulatoarelor şi prelucrarea semnalelor individuale de la senzori, permiţîndu-i să îndeplinească prelucrările mai complexe ale datelor, de exemplu statistice, cu adresare la memoria calculatorului. În afară de aceasta, calculatorul comandă utilajul de încărcare, poziţionare şi descărcare a pieselor şi, în sfîrşit, poate dialoga cu alte subsisteme de prelucrare a datelor, de exemplu CAD/CAM, primind de la ele programele de măsurare, poate să efectueze programe test şi să poarte dialog cu operatorul; poate realiza, de asemenea, şi legătura cu maşinile-unelte şi dispozitivele de apucare. Sistemul de comandă al robotului de măsură are două nivele de apreciere a calităţii pieselor şi anume: - aprecierea calităţii unei piese separate; dacă ea corespunde toleranţei, se aprinde lampa de semnalizare, dar dacă cel puţin una din dimensiuni iese dintre limitele cîmpului de toleranţă, piesa este rebutată, ceea ce se semnalizează prin aprinderea unei alte lămpi; aceste date pot fi scoase la imprimantă pentru tipărire; - analiza centralizată a datelor măsurărilor pe o staţie separată, care funcţionează sub comanda programului, în scopul prelucrării statistice a datelor separate, a descoperirii tendinţelor de schimbare a dimensiunilor şi controlul lor pe parcursul duratei de timp date. Dacă una din mărimile controlate depăşeşte valoarea programată, sistemul va da automat semnalul de avarie mai înainte de apariţia piesei rebut, ceea ce permite operatorului să întreprindă măsurările necesare pentru înlăturarea acestei situaţii. Robotul de măsurare este o maşină al cărei principiu de funcţionare este bazat pe posibilitatea măsurării deplasării capului de măsurare faţă de piesa de măsurat, în sistemul dat de coordonate. Robotul de măsurare se prezintă ca o varietate de roboţi industriali şi se utilizează la operaţiile de măsurare şi control al pieselor şi subansamblelor maşinii. Rolul robotului de măsură în industrie creşte şi mai mult avînd în vedere dezvoltarea SFF. În dezvoltarea robotului de măsură se pot evidenţia trei direcţii de bază: - crearea robotului de măsură antropomorf, cu proprietăţi bune de manipulare şi, de asemenea, utilizarea în calitate de roboţi de măsură a roboţilor industriali universali, înzestraţi cu capete de măsurare; - crearea roboţilor de măsură simpli constructiv, cu ghidaje rectilinii (asemenea roboţi, cu toate că nu posedă proprietăţi înalte de manipulare ca roboţii antropomorfi, permit măsurarea cu succes a pieselor complexe prin acţiunea concomitentă a cîtorva roboţi într-o singură instalaţie de măsurare);


- crearea roboţilor de măsură cu combinarea unei maşini automate de măsurat tradiţionale şi cu proprietăţi mărite de manipulare, pe calea măririi numărului coordonatelor comandate pînă la 5...6, de exemplu prin încorporarea capetelor de măsurare comandate după cîteva coordonate.

8.7.3. Clasificarea roboţilor de măsurare Actualmente, există un număr însemnat de modele de roboţi industriali de control, care se fabrică deja în serie şi care se deosebesc după destinaţia lor, după principiul de funcţionare, după construcţie, după gradul de precizie realizat şi după gradul de automatizare. Dintre criteriile mai importante de clasificare a roboţilor de măsură (importante pentru operaţia de măsurare), două sunt mai importante: - metoda după care se realizează măsurarea; - principiul de comandă a mişcărilor capului de măsură. În fig.8.46, se prezintă schema de clasificare luînd în considerare criteriile de mai sus. Se observă că măsurarea automată folosind roboţii de măsurare, ca şi la maşinile automate de măsurat de altfel, se poate realiza după trei metode, care se referă de fapt la diferitele moduri de comparare a rezultatului măsurării cu dimensiunea prescrisă a suprafeţei măsurate: - metoda de măsurare diferenţială; - metoda de măsurare de nul; - metode de măsurare prin contrapunere. În cazul metodei diferenţiale de comparare (roboţii din grupele 1.1 şi 2.1, fig.8.46), pentru automatizarea citirii rezultatelor măsurătorilor, se utilizează capete de măsurare la ieşirea cărora se captează un semnal proporţional cu abaterea palpatorului de măsurare faţă de corpul capului. Realizarea practică a metodei diferenţiale de măsurare cu roboţi de control constă în faptul că compararea dimensiunii (formei) reale a piesei cu cea prescrisă se efectuează direct pe robotul de măsură în formă analogică. Conducerea robotului se efectuează asfel încît


ansamblul de execuţie al lui, care poartă capul de măsurat, să descrie o traiectorie care corespunde conturului nominal al piesei. Abaterile dimensionale sau de formă sunt preluate de capul de măsură. În cazul metodei de comparare de nul (roboţii de măsură din grupele 1.2 şi 2.2, fig.8.46), se utilizează capete de măsurare de nul, care lucrează în regimul indicaţiei de nul; la ieşirea capului de măsură se emit semnale impuls prin care se redă poziţia corpului capului de măsură în sistemul de coordonate al robotului de măsurare. Datele privind poziţia corpului capului de măsurare se transmit la calculatorul care realizează prelucrarea informaţiei, acesta comparînd coordonatele reale cu cele prescrise ale suprafeţei măsurate şi se determină eroarea (abaterea) piesei măsurate. În cazul metodei de comparare prin contrapunere (roboţii de măsură din grupele 1.3 şi 2.3, fig.8.46), se utilizează capete de măsurare cu deviere. La ieşirea capului de măsurare se obţin concomitent informaţiile privind poziţia corpului capului de măsură în sistemele de coordonate al robotului de măsură şi informaţiile privind poziţia palpatorului de măsurare faţă de corpul capului de măsurare. Comanda mişcării subansamblului de execuţie al roboţilor de măsurare care poartă capul de măsurare, poate fi realizată prin două metode: - la prima metodă (roboţii de măsurare din grupele 1.1, 1.2 şi 1.3), conducerea mişcărilor apucătorului robotului de măsurare se efectuează de la echipamentul de comandă numerică în conformitate cu programul de comandă. Relaţia de interdependenţă a mişcărilor după coordonate se realizează de către blocul de interpolare al echipamentului de comandă numerică; - la a doua metodă de comandă (roboţii din grupele 2.1, 2.2 şi 2.3), legătura reciprocă a mişcărilor după coordonate se efectuează cu ajutorul unui sistem de urmărire (de copiere) al robotului de măsură, în calitate de şablon folosindu-se suprafaţa piesei de măsurare sau o piesă etalon. În cazul roboţilor de măsurare, al maşinilor automate de măsurat şi pe maşinile-unelte se utilizează mult măsurătorile în coordonate, care se bazează şi pe metoda comparării cu măsura. În conformitate cu această metodă, robotul de măsurare poate fi prezentat ca un aparat pe care se pot compara două mărimi, una din ele fiind dimensiunea măsurată (poziţia palpatorului capului de măsurare care se află în contact cu piesa) şi a doua mărime care caracterizează poziţia corpului capului de măsurare, în sistemul de coordonate al robotului. Ca informaţie pentru comparare servesc semnalul capului de măsură şi valorile coordonatelor corpului capului preluate concomitent de către sistemul de prelucrare a informaţiilor. Compararea mărimilor menţionate poate fi efectuată după una din cele trei metode: de zero, diferenţială şi a contrapunerii. Trebuie menţionat faptul că pentru determinarea dimensiunii, de exemplu liniară, este necesar să se măsoare coordonatele a cel puţin două puncte ale piesei, unul dintre ele putînd fi considerat de bază. Metodele ce se examinează se ilustrează prin măsurarea unei coordonate. Convenţional, se consideră că unul dintre puncte coincide cu originea scării traductorului deplasărilor după coordonata respectivă. Schemele de interacţiune a traductoarelor de deplasare a capului de măsurare la realizarea pe roboţii de măsură a diferitelor metode de comparare cu măsura sunt prezentate în fig.8.47. Sunt prezentate scheme pentru roboţi cu sistem de coordonate carteziene (coordonata x). În cazul construcţiei antropomorfe a robotului, este necesar să recalculăm coordonatele generalizate ale robotului: α1,..., αn, unde n - numărul de coordonate generalizate ale robotului, în coordonatele carteziene xa, ya, za ale apucătorului.


Fig. 8.47. Scheme de măsurare a coordonatei prin diferite metode Se menţionează faptul că la realizarea metodei de nul pot fi utilizate atît capurile de măsurare de nul (fig.8.47,a) cît şi capurile cu deviere (cu abatere) - fig.8.47,b, iar la metoda diferenţială (fig.8.47,c) şi metoda contrapunerii (fig.8.47,d) se utilizează numai capurile cu abatere. A. În cazul metodei de măsurare de nul cu utilizarea capului de nul (fig.8.47,a), la măsurarea dimensiunii liniare A, paralelă cu axa de coordonate x, capul de măsurare 3, instalat pe elementul mobil 4, se deplasează pîna la contactul palpatorului 2 cu suprafaţa piesei de măsurat 1 (se anulează jocul dintre palpator şi suprafaţa de măsurare). În momentul contactului, capul de nul emite semnalul de comandă conform căruia se scot indicaţiile xa ale traductorului de deplasare 5 al roboţilor de măsurare. Dimensiunea măsurată A este egală cu xa, iar abaterea ei de la valoarea nominală se determină după formula δ=A-AN, unde AN - dimensiunea nominală. Pentru exemplificarea redată în fig.8.47,a, AN=100 mm, A=100,2 mm, δ=0,2 mm. B. În cazul metodei de nul cu utilizarea capului de măsurare cu deviere (fig.8.47,b), în procesul de măsurare, capul cu abatere 3, care lucrează în regimul de indicator-nul, se deplasează în lungul axei de coordonate x pînă cînd indicaţiile traductorului 6 vor deveni nule (xr=0). În acest moment, după comanda capului se citesc indicaţiile traductorului de deplasare al robotului de măsură şi valoarea măsurată A se determină ca A=xa=100,2, iar δ=0,2 mm. Neluând în considerare productivitatea comparativ mică (necesitatea temporizării acţionărilor de urmărire ale robotului pentru asigurarea lui xr=0), această metodă este utilizată mult la roboţii de măsură cu precesie şi asigură precizia înaltă a măsurătorilor. C. În cazul metodei diferenţiale (fig.8.47,c), compararea cu măsura se reduce la citirea indicaţiilor capului de abatere după comanda traductorului deplasărilor robotului de măsură, în momentul atingerii de către acesta a poziţiei care corespunde poziţiei nominale, dată de


valoarea coordonatei. Indicaţiile capului de măsură caracterizează direct abaterea dimensiunii măsurate a piesei de la valoarea nominală. În procesul măsurării, corpul capului de măsurare este instalat la dimensiunea nominală dată xa=An=100,0 mm şi după traductorul 6 se determină abaterea δ a dimensiunii măsurate A a piesei de la valoarea nominală AN. În cazul de faţă, δ=xr=0,2 mm, A=AN+δ=100,2 mm. Această metodă de măsurare se mai numeşte şi metoda traiectoriei model (etalon) D. În cazul metodei contrapunerii, se efectuează citirea concomitentă a indicaţiilor traductorului de deplasare. Este foarte important numai ca, în momentul citirii indicaţiilor, capul de măsurare să se afle în intervalul său de lucru. Dimensiunea măsurată se determină prin sumarea indicaţiilor traductorului de deplasare şi a capului de măsurare. În cazul utilizării metodei contrapunerii (fig.8.47,d), mărimea măsurată şi mărimea reprodusă de măsură (de traductorul de deplasare al robotului) acţionează concomitent asupra robotului de măsurare. Corelaţia dintre valorile acestor mărimi se caracterizează ca indicaţie a abaterii capului xr (mărimea măsurată A acţionează palpatorul 2 al capului, iar cea cunoscută xa corpul său) şi valoarea mărimii măsurate A=xa+xr=100,1+0,1=100,2 mm; δ=0,2 mm. Cînd roboţii de măsurare lucrează după metoda contrapunerii, măsurătorile se efectuează în regim dinamic, la deplasarea reciprocă a palpatorului de măsurare şi a suprafeţei de măsurare. Metoda contrapunerii are posibilităţi largi şi îşi găseşte utilizare la măsurarea prin coordonate. La metodele de nul şi de contrapunere, greutatea principală constă, de regulă, în prelucrarea rezultatelor măsurătorilor. Dimpotrivă, la utilizarea metodei deiferenţiale, dificultatea constă în pregătirea informaţiei pentru a realiza procesul de măsurare (în elaborarea programului de comandă) şi realizarea traseului etalon în procesul măsurării.

8.7.4. Construcţia capurilor de măsurare utilizate la roboţii de măsură Capul de măsurare, fiind unul din elementele de bază ale roboţilor de măsură, are o influenţă directă asupra metodei de măsurare utilizate, asupra structurii subansamblului de comandă al robotului de măsură şi asupra gradului de automatizare a procesului de măsurare. Capurile de măsurare pot fi utilizate la roboţii industriali ca o parte din înzestrarea acestora cu scule, ceea ce permite ca, alături de problemele directe de măsurare ce trebuie rezolvate, să se rezolve şi problemele "legăturii" robotului cu utilajul tehnologic. Într-o serie de cazuri, la utilizarea roboţilor industriali în complexele robotizate, în condiţiile SFF, este necesară legătura sistemului de coordonate al robotului cu sistemul de coordonate al utilajului tehnologic. Această problemă se poate rezolva pe calea efectuării măsurării coordonatelor suprafeţelor de bază ale utilajului tehnologic cu ajutorul robotului industrial înzestrat cu cap de măsurare. Înzestrarea robotului cu cap de măsurare şi efectuarea măsurării coordonatelor la piesa etalon simplifică, de asemenea, rezolvarea problemei de ridicare a preciziei de lucru a robotului în regimul programării analitice, deoarece prin procedura prezentată se pot preciza parametrii geometrici ai robotului - modelul matematic (lungimile şi distribuirea relativă a elementelor robotului), utilizat în procedura programării analitice. În cele ce urmează, sunt prezentate caracteristicile tipurilor de bază ale capurilor de măsurare, sunt analizate posibilităţile lor funcţionale la utilizarea la roboţii de măsură şi sunt examinate schemele de interacţiune ale subansablurilor de bază ale robotului în cazul dotării cu capuri de măsurare de diferite tipuri. În funcţie de principiul de funcţionare, capurile de măsurare se împart în două grupe mari (fig.8.48) :


- capurile de nul, care lucrează în regim de trigger; ele emit un semnal impuls în cazul unei deplasări mici, de pînă la cîţiva micrometri ale palpatorului de măsurare faţă de corpul capului; - capurile cu abatere, care măsoară deplasarea palpatorului faţă de corpul capului.

Fig. 8.48. Tipurile de bază ale capurilor de măsurare. Capurile cu abatere, la rîndul lor, se împart în:

a) capuri modul (semnalul primit de la cap este proporţional cu modulul de deplasare a palpatorului faţă de punctul de nul fixat);

b) capuri pe componente (semnalele de la ieşirea capului sunt proporţionale cu componentele deplasării palpatorului faţă de punctul de nul fixat în sistemul de coordonate al capului).

În afară de aceasta, după modul de interacţiune cu suprafaţa de măsurare şi principiul de funcţionare, capurile de măsurare se împart în două grupe: cu contact şi fără contact faţă de suprafaţa de măsurare (mecanice, cu contacte electrice, optice, pneumatice,etc.). Trebuie evidenţiată şi împărţirea în capuri de măsurare în două şi trei coordonate, ele putînd efectua măsurători în 2D, în 2,5D şi 3D. Capurile de nul (cu deviere) au o construcţie simplă, se încorporează uşor în construcţia roboţilor şi asigură precizia de măsurare suficient de înaltă. Pentru exemplificare, în fig.8.49, a este prezentată schema capului cu electrocontact, de nul, al firmei "Renishaw" - Anglia şi o vedere exterioară a lui. Capul este prevăzut cu trei grupe de contacte distribuite simetric, fiecare dintre ele incluzând două bile 1 şi cilindrul 2, montate corespunzător pe corp şi pe pîrghia de măsurare 3. La orice deplasare a palpatorului se deschide cel puţin unul din cele şase puncte de contact incluse succesiv în circuitul electric comun şi se emite semnalul de comandă. Cinematica capului asigură reîntoarcerea stabilă a pîrghiei de măsurare cu palpatorul în poziţia de nul în momentul îndepărtării capului de suprafaţa piesei măsurate.


Fig. 8.49. Capul de măsurare de nul (cu deviere) Neajunsul principal al schemei cu trei suporţi al capului de nul îl constituie variaţia forţei de măsurare (aproximativ de 2 ori) în funcţie de direcţia de măsurare şi orientarea capului faţă de verticală, ceea ce duce la erori suplimentare. Forţa de măsurare variază mai puţin la capurile care utilizează o singură gru-pă de contacte (patru în loc de trei), trei bile pe corp şi o bilă pe pîrgia de măsurat 1 (fig.8.49,b), care este legată cu corpul 3 cu ajutorul suspensiei elastice cu arc plan 2. Capurile de nul cu contacte electrice constituite după schema cu trei grupe de contacte au diferite execuţii constructive (fig.8.50). La capul de nul TF-6 al firmei DEA (Italia), fiecare grupă de contacte 4 (fig.8.50,a) constă dintr-o bilă şi doi cilindri. Forţa de măsurare se reglează cu arcul 3. La acţionarea capului se aprinde lampa de semnalizare 2. Capul este înzestrat cu un set de palpatoare de măsurare de schimb 5. Corpul 1 al capului îndeplineşte funcţia de fus pentru montarea pe robotul de măsurare. Schema constructivă a capului BV-6160 (US) este prezentată în fig.8.50,b. Pîrghia de măsurare 2 poartă la un capăt palpatorul de măsurare 1, iar la celălalt o roată de mână. Bazarea roţii de mână în corpul 3 se efectuează cu ajutorul a trei grupe de contacte, fiecare dintre ele constînd din perechea 4,9 (bilă-prismă). Fiecare prismă este executată din două părţi izolate electric. Bilele sunt fixate pe suprafaţa de jos a roţii de mînă, iar prismale sunt amplasate pe flanşa corpului. Roata de mînă este împinsă spre flanşă cu arcurile 6 şi 7. La poziţia centrală (de nul) a pîrghiei de măsurare, bilele cuplează toate părţile prismei într-un circuit electric. La deplasarea pîrghiei de măsurare din poziţia zero, se elimină contactul unei bile oarecare cu prismele, circuitul se întrerupe, se emite comanda la robotul de măsurare pentru citirea coordonatelor, se aprinde lampa 5 şi se dă semnalul acustic. După reîntoarcerea palpatorului în poziţia de nul, capul este disponibil pentru următoarea măsurare. Capurile de nul BV sunt construite după schema tradiţională cu trei grupe de contacte, fiecare dintre ele fiind executată de forma unui cilindru amplasat pe roata de mînă şi două bile care interacţionează cu acesta, distribuite pe corp. Capul de măsurare are legătură optică, fără contact, cu blocul electronic şi elaborează două semnale: de măsurare şi de avarie. Aceste capuri se deosebesc prin deplasarea liberă mare a palpatorului (15 mm). Limitele erorilor admisibile ale capului sunt ±2μm.


Interacţiunea elementelor de bază ale roboţilor de măsură la funcţionarea cu cap de nul este prezentată în fig.8.51. Deplasarea corpului capului de măsurare 1 faţă de piesa de măsurat 4 se execută, de exemplu, după program, de la sistemul NC, cu ajutorul unui sistem de urmărire, care conţine traductorul de deplasare 3. La contactarea palpatorului de măsurare 2 cu piesa de măsurat 4, capul de nul emite semnalul impuls de comandă la blocul de indicare numerică BIN pentru scoaterea valorii coordonatei corpului capului de măsurare în sistemul de coordonate al robotului, care este legat direct cu coordonata xϕ a suprafeţei de măsurare prin raza palpatorului de măsurare. Abaterea δd a dimensiunii piesei de măsurat de la cea nominală xN este: δd=xϕ-xN Precizia capului de nul este determinată, în primul rînd, de dimensiunile zonei nesenzibilizate a lui şi de precizia reîntoarcerii palpatorului de măsurare în poziţia zero. Prin zona de nesensibilitate a capului de nul se înţelege valoarea deplasării palpatorului din momentul contactului geometric cu suprafaţa piesei pînă în momentul elaborării de către cap a semnalului impuls de comandă. Dimensiunile zonei de nesensibilitate depind mult de direcţia de măsurare, ceea ce duce la erori substanţiale de măsurare care nu pot fi compensate. Comportarea erorii sistematice în funcţie de direcţia de măsurare este redată de fig.8.52, în care este prezentată curba de dependenţă a erorii sistematice a capului de nul al firmei "Renishaw" de direcţia de măsurare în plan (fig.8.52,a - măsurarea suprafeţei interioare, fig.8.52,b - măsurarea suprafeţei exterioare) cînd lungimea pîrghiei de măsurare este egală cu 20 mm. Fig. 8.50. Exemple de capete de măsurare de nul

Această configuraţie este tipică pentru construcţia dată a capurilor de nul. Forma cu trei lobi a erorii se datoreşte construcţiei cu trei reazeme a subansamblului de bazare a palpatorului de măsurare în corpul capului.


Fig. 8.51. Schema de interacţiune a elementelor roboţilor de măsurare cu cap de nul. Valoarea maximă a erorii sistematice este de 12μm, iar cea minimă 8um. Pentru lucrul

capului pe un robot de măsurare, o importanţă deosebită are numai diferenţa între valorile maxime şi minime ale erorii sistematice (4 μm). Componenta constantă a erorii sistematice poate fi compensată prin calibrarea pe robotul de măsură a diametrului palpatorului de măsurare, iar componenta întîmplătoare a erorii depinde de diracţia de măsurare. Cîmpul maxim de dispersie pentru capul reprezentat nu depăşeşte 1,8 μm. Caracteristicile de precizie examinate ale capului de nul corespund lucrului în regim static. La utilizarea capului de nul în componenţa roboţilor de măsură, apare eroarea de măsurare determinată de întîrzierea trecerii semnalului impuls din momentul formării lui pînă în momentul citirii informaţiei. La capurile firmei "Renishaw", timpul de întîrziere este 100 μs. În această condiţie, în intervalul vitezelor de apropiere a palpatorului de piesa de măsurat 0...50 mm/min, câmpul de dispersie este 1,8 μm, în intervalul 100...600 mm/min este 5,4 μm, iar în intervalul 600...1000 mm/min este 9 μm. În afară de aceasta, în timpul lucrului capului de nul apare aşa numita "vibrare" a palpatorului de măsurare în momentul atingerii lui cu piesa de măsurat. Urmările negative ale "vibrării" sunt acţionarea greşită a capului şi uzura mărită a perechilor în contact. Influenţa negativă a "vibrării" asupra procesului de măsurare poate fi evitată prin alegerea proprietăţilor corespunzătoare de amortizare ale capului, a vitezei de apropiere de suprafaţa de măsurare şi prin construcţia specială a schemei electronice de formare a semnalului impuls.

Fig. 8.52. Dependenţa erorii sistematice a capului de nul de direcţia de măsurare: a şi b pentru firma Renishaw, c capul realizat la ENIMS; 1- suprafaţa de contact geometric cu piesa; 2-limita erorii medii; δmax- valoarea maximă a erorii; δmax NK- componenta maximă necompensată a erorii Capurile de nul sunt foarte simple, avînd în vedere construcţia lor şi pot fi încorporate uşor în roboţii de măsură. Totuşi, trebuie menţionat faptul că, utilizînd capurile de nul, se poate măsura suprafaţa numai în unele puncte ale ei şi, de asemenea, au posibilităţi limitate de


precizie. Pentru măsurătorile care necesită ocolirea continuă a conturului, se utilizează capurile de măsurare cu abatere. Capurile cu abatere (deviere) modulare se deosebesc prin prezenţa mecanismului de transformare modulară care asigură transformarea oricărei deplasări a palpatorului în plan (spaţiu) în deplasare pe o axă oarecare. Măsurarea cu capul modul se efectuează totdeauna pe normala la profilul real, adică direcţia forţei de măsurare coincide cu normala, fără a lua în consideraţie eroarea determinată de frecarea palpatorului de piesă şi frecarea în mecanismele capului; acestă eroare constituie, de regulă, o parte neînsemnată în eroarea sumată a capului de măsurare. Pentru exemplificare, se prezintă capul cu deviere la care este utilizat mecanismul de transformare modul de tipul cuib conic-bilă-cilindru (fig.8.53,a). Orice abatere radială a palpatorului de măsurare 1 se transformă în deplasare verticală a manşonului 5 a sesizorului inductiv.

Fig. 8.53. Capete de măsurare modulare:a-cuib conic-bilă cilindru; b- de tip cuib; c-cu membrană.

Construcţia capului modular cu roată de mînă este prezentată în fig.8.54. Centrarea roţii de mînă 3 în corpul 2 se efectuează cu ajutorul membranei 4, prin corelaţia dimensiunilor căreia şi forma deschizăturilor efectuate în ea asigurîndu-se forţa de măsurare constantă în planul deplasărilor radiale ale palpatorului. Deplasarea centrului roţii de mînă este preluată de traductorul inductiv 1. Cursa palpatorului de măsurare în acest plan este de 0,5 mm. Capurile cu deviere, indiferent de faptul că sunt modulare sau combinate, interacţionează cu elementele şi sistemele robotului de măsură la fel. Schema de interacţiune a subansamblelor de bază ale robotului cu capul de deviere, în procesul măsurării după metoda diferenţială de comparare cu măsura, este mult mai răspândită pentru capurile modulare şi este prezentată în fig.8.55. Deplasarea corpului 1 al capului relativ cu piesa de măsurat 2 se efectuează după program transmis de la sistemul NC cu ajutorul, de exemplu, al acţionării de urmărire. Corpul capului de măsurare se deplasează relativ cu piesa după traseul "etalon" (nominal), faţă de care se scot abaterile conturului piesei de măsurat. Semnalul xr luat de pe capul de măsurare caracterizează eroarea conturului piesei: δg=xa+xr-xN=(xa-xN)+xr


unde xa - coordonata apucătorului robotului; xr - indicaţiile capului; xN - coordonata nominală a apucătorului; (xr-xN) - semnalul care comandă lucrul acţionărilor de urmărire.

La acestă schemă de interacţiune a capului de măsurare şi a subansamblelor de bază ale robotului, erorile acţionărilor de urmărire micşorează precizia măsurătorilor şi regimurile de ocolire a conturului trebuiesc alese în aşa fel, încît să se realizeze condiţia: xa-xN≈0 Pentru înlăturarea influenţei negative a erorilor acţionărilor de urmărire asupra preciziei măsurătorilor, se propune să se efectueze corecţia indicaţiilor capului în concordanţă cu erorile dinamice ale acţionărilor de urmărire.

Capurile pe componente, în comparaţie cu cele modulare, permit să se obţină informaţia mai completă despre abaterea măsurată şi sunt cele mai precise. Încorporaţi în cap, sesizorii pe componente dau informaţia asupra componentelor vectorului de deviere a palpatorului de la poziţia zero, după care se poate determina modulul şi orientarea vectorului de deviaţie. La capul pe componente, subansamblul de creare a forţei de măsurare şi orientare a palpatorului şi subansamblul de măsurare sunt executate separat, spre deosebire de capul modular la care aceste subansamble sunt unite în mecanismul traductor modul. Ca rezultat, subansamblul de creare a forţei de măsurare nu influenţează asupra preciziei de lucru a subansamblului de măsurare. Constructiv, capurile pe componente sunt mai complete decît cele modulare. În fig.8.56,a, este prezentată schema capului de măsură cu două componente, construit pe baza schemei capului modular (vezi fig.8.53,b). Mecanismul 1 îndeplineşte aici funcţia de creare a forţei de măsurare. Poziţia palpatorului 3 este determinată de doi traductori pe componente ortogonale 2 şi 4. Acest cap poate fi asociat la capurile cu autoaşezare, deoarece mecanismul cu cuiburi de transformare modulară instalează totdeauna palpatorul după normala la profilul real.

Fig. 8.55. Schema de interacţiune a subansamblelor robotului cu capul cu deviere în procesul de

Fig. 8.54. Construcţia capului modular


măsurare prin metoda diferenţei. Fig. 8.56. Cap de mă-surare pe componente

Schema constructivă a capului pe trei componente, cu autoaşezare, este prezentată în fig.8.56,b. Pîrghia de măsurare 2 poartă pe un capăt palpatorul 1 şi pe al doilea miezurile 5, 8 şi 10, unite cu suportul 7 al celor trei traductoare inductive 6, 9 şi 11 distribuite ortogonal. Pîrghia de măsurare 2 este montată în corpul 4 pe o suspensie cu arc, executată sub forma a două membrane inelare cu tăieturi profilate, distribuite paralel. Dispozitivul de susţinere are rigiditate uniformă şi îndeplineşte funcţiile subansamblului de creare a forţei de măsurare. Rigiditatea membranelor şi distanţa dintre ele sunt alese în aşa fel, încît palpatorul de măsurare să se instaleze pe normala la suprafaţa de măsurare, iar de la ieşirea capului se emit semnale proporţionale cu componentele vectorului de deviere faţă de normală:

δ={Δx, Δy, ΔzŢ Intervalul de lucru al capului este: x,y=±100 μm şi z=±100 μm. Eroarea capului nu depăşeşte 0,5 um. Totuşi, parametrii de precizie ai capului depind în mare măsură de lungimea pârghiei de măsurare şi tipul palpatorului utilizat. Pentru fiecare tip de palpator este necesară ajustarea suspensiei cu membrane a capului. Este posibil ca, din cauza acestui neajuns, deşi capul are o construcţie foarte simplă, el nu are o utilizare largă la roboţii de măsură.


Cele mai coplexe din punct de vedere constructiv sunt capurile pe componente comandate, la care forţa de măsurare poate varia atît ca valoare, cît şi ca direcţie, după comenzile primite de la sistemul de comandă al robotului. Palpatorul de măsurare la aceste capuri este suspendat, de obicei, de corp, cu ajutorul sistemelor de ghidare după singura coordonată instalată consecutiv (fig.8.57,a). Capurile de măsură pe componente construite după asemenea schemă posedă parametri de precizie înalţi şi au valori mari ale cursei de lucru, ceea ce se explică prin însuşirea corectă a fabricării sistemelor liniare de măsurare. Schema constructivă a capului de măsurare electronic cu trei componente al firmei "Opton" (Germania) este prezentată în fig.8.57,b. Capul constă din trei sisteme de ghidare 3, 5 şi 6, amplasate

succesiv şi reciproc perpendiculare, executate în formă de paralelograme tensionate. Aceste ghidaje formează un sistem spaţial de coordonate. Suportul 2, la care sunt fixate palpatoarele de măsurare 1, este legat cu corpul capului prin paralelogramul tensionat 3, rotit la 90 grade în plan orizontal, paralelogramul tensionat 5 rotit la 90 grade faţă de planul vertical şi paralelogramul tensionat 6. În sistemul de coordonate format în acest fel, paralelogramul 3 asigură deplasarea în lungul axei y, paralelogramul 5 şi 6 în lungul axelor z şi x, toate cele trei paralelograme asigurînd împreună deplasarea suportului de palpatoare în lungul celor trei axe x, y şi z. Sistemul de creare a forţei de măsurare conţine trei bobine mobile 8, cu miezuri magnetice fixe în formă de inel 9. Sistemul bobină 8-magnetul 9 crează o forţă în direcţia axei y, sistemul 8' - 9' în direcţia axei x, iar a treia bobină şi magnetul în direcţia axei z. Curentul din fiecare bobină se reglează cu blocul electronic instalat în subansamblul de comandă al robotului de măsură, ceea ce permite să se aleagă forţa de măsurare necesară. Deplasarea bobinelor este transmisă prin pîrghia 7 la suportul palpatoarelor 2. Capul are sistemul de echilibrare a palpatoarelor de măsurare, care include motorul 10, şurubul 11, piuliţa 12 şi arcul 13. La fiecare dintre paralelogramele tensionate 3, 5 şi 6, există un traductor inductiv de poziţie. La o poziţie determinată a paralelogramului tensionat (de exemplu, a suportului de palpatoare 2 şi a plăcii 4), indicaţiile traductorului sunt egale cu zero. Această poziţie determină nulul "electric" al sistemului dat, iar toate cele trei puncte de nul determină punctul nul comun al sistemului spaţial de coordonate al capului de măsurare.

Fig. 8.57. Cap de măsurare în trei coordonate


Poziţia punctului de nul al fiecărei coordonate se reglează cu ajutorul acţionării lui, comandată de semnalele traductorului. Semnalele traductoarelor pe intervalul ±0,2 mm pot fi utilizate pentru găsirea valorii abaterii palpatorului de la punctul zero. Capul asigură precizie înaltă de măsurare în condiţiile de producţie. Cercetările asupra capurilor de măsurare au arătat că repetabilitatea la ieşirea capului într-o poziţie dată constituie ±0,3 mm, eroarea cursei inverse ("cursa moartă") - 0,2 um.

Fig. 58. Schema de interacţiune a elementelor robotului de măsurare cu capul de deviere. Capurile pe componente descrise se evidenţiază prin următoarea particularitate: la deplasarea capului pe o coordonată oarecare, după comanda sistemului de comandă al robotului, palpatoarele de măsurare pot înainta în direcţia mişcării la o distanţă de pînă la 3 mm (prin funcţionarea acţionării coordonatei corespunzătoare). La atingerea palpatorului cu suprafaţa de măsurat a piesei, începe schimbarea semnalului sesizorului corespunzător, ceea ce permite elaborarea comenzii de frânare a robotului şi trecere a punctului zero cu o viteză mică sau la oprirea deplină; ca rezultat, creşte precizia de măsurare. Interacţiunea elementelor şi sistemelor robotului de măsurare cu capul de deviere, la funcţionarea după metoda contrapunerii, se efectuează după schema în conformitate cu care compararea dimensiunii măsurate şi a celei nominale se execută de calculator (fig.8.58). Comanda deplasării capului de măsurare faţă de piesă poate fi efectuată fie de la sistemul NC, fie de la sistemul de urmărire după suprafaţa de măsurare. Eroarea dimensiunii măsurate se determină după formula: δd=xa+xr-xN, unde xa - coordonata apucătorului robotului; xN - coordonata nominală a apucătorului; xr - indicaţiile capului de deviere. Capurile fără contact. Utilizarea capurilor bazate pe metodele de măsurare fără contact la roboţii de măsură este de perspectivă. La măsurarea fără contact lipseşte frecarea şi uzura în mecanismele capului, oscilaţiile şi regimurile de şoc la interacţiunea cu piesa, caracteristice pentru metodele de măsurare prin contact, ceea ce permite să se ridice viteza şi precizia de lucru ale robotului de măsură. La capurile de măsurare fără contact pot fi utilizate diferite principii de măsurare: acustic, optic, electromagnetic etc. În baza sesizorului fără contact pentru o singură coordonată, se pot crea capuri pe componente completînd sesizorul cu subansamblul de orientare în spaţiu. Capurile de măsurare optice şi opto-electronice se potrivesc cel mai bine pentru încorporarea în roboţi de măsură. Intervalul de măsurare cu asemenea capuri poate să atingă cîţiva milimetri, iar eroarea, de regulă, nu depăşeşte cîţiva micrometri. La capurile de măsurare optice se pot utiliza surse obişnuite de lumină sau lasere. În metrologie se cunosc un număr mare de metode optice şi opto-electronice de măsurare a


dimensiunilor liniare. Pentru capurile de măsurare ale roboţilor de măsurare, cea mai potrivită poate fi considerată metoda reflectării de pe suprafaţa piesei a fluxului de lumină concentrat în focar. În acest caz, parametrul de informaţie este intensitatea luminii reflectate sau distribuirea ei în spaţiu. În cele ce urmează, sunt examinate variantele de bază ale utilizării acestei metode la capurile cu diverse numere de surse şi receptoare de radiaţie. Capurile de măsură cu o singură sursă şi un receptor permit să se determine distanţa pînă la suprafaţa de măsurare după o direcţie oarecare. În funcţie de faptul dacă axele razelor de lumină incidente şi ale celor reflectate corespund sau nu, se deosebesc schemele de concentrare longitudinală şi transversală în focar. Capurile de măsurare cu două surse şi un receptor permit determinarea mai precisă a distanţei pînă la suprafaţa piesei, iar utilizarea a două receptoare suplimentare dă posibilitatea de a găsi direcţia normalei la suprafaţa de măsurare.

În fig.8.59 se prezintă schema cu focalizare transversală. Raza de lumină radiată de sursa 1 se concentrează în focar pe suprafaţa piesei de măsurat. Pata de lumină are forma unui punct mic sau a unei linii înguste. Poziţia unei pete în spaţiu se determină de către sistemul optic cu receptor de radiaţie sensibil după coordonate (P), de exemplu fotoelemente secţionate. Schimbarea distanţei de la cap la suprafaţă cu mărimea l duce la deplasarea proporţională a petei de lumină cu mărimea ln, lungimea căreia se măsoară. Capul de măsurare construit după o asemenea schemă cu sursă de radiaţie laser are intervalul de măsurare de 130 μm şi eroarea de măsurare de cca. 1,5 μm.

Fig. 8.60. Cap de măsurare optic cu focalizare longitudinală a- schema capului; b-forma semnalului de ieşire La capul de măsurare cu focalizare longitudinală (fig.8.60,a), raza de lumină emisă de laserul 5, trecînd prin

colimatorul 4, oglinda semitransparentă 3 şi lentila 2, se concentrează în focar pe suprafaţa piesei de măsurat 1. Raza reflectată trece prin diafragma oscilantă 6 (acţionată), excitată de generatorul 7 şi ajunge pe receptorul fotoelectric 8. Dacă centrul de oscilaţie al diafragmei coincide cu cea mai mică secţiune a razei de lumină, atunci la ieşirea receptorului fotoelectric lipseşte semnalul cu frecvenţa egală cu frecvenţa de oscilare a diafragmei. Această situaţie corespunde distanţei nominale pînă la piesă. La schimbarea distanţei de la cap pînă la suprafaţă, are loc deconcentrarea razei reflectate, secţiunea ei minimă se deplasează faţă de centrul de oscilaţie al diafragmei şi la ieşirea receptorului fotoelectric apare semnalul cu frecvenţa oscilaţiilor diafragmei. Trecînd prin amplificatorul 9 şi detectorul sincronizat 10,

Fig. 8.59. Schema optică a capu-lui de măsurare cu focalizare transversală.


semnalul se înregistrează în blocul de prelucrare a datelor. Semnalul de ieşire al detectorului sincronizat este prezentat în fig.8.60,b. Intervalul de măsurare în acest caz este 1mm, eroarea de măsurare 2 μm, iar frecvenţa de oscilaţie a diafragmei este 525 Hz. Capurile de măsurare opto-electronice cu două surse de radiaţie se caracterizează prin interval mult mai mare de măsurare. În fig.8.61 este prezentată schema capului cu interval de măsurare de 5 mm şi eroarea 7,5 μm. Două surse laser de radiaţie I1 şi I2 trimit raze de lumină care se întîlnesc în punctul A atunci cînd distanţa de la cap pînă la suprafaţă este cea nominală. La deplasarea suprafeţei la distanţa x, razele de lumină ajung în punctele B şi C ale suprafeţei, distanţa dintre ele fiind egală cu S. La reflectarea de pe suprafaţă, lumina dispersează (1 şi 2 - diagramele de distribuire în spaţiu a intensităţii radiaţiei reflectate corespunzător de la sursele I1 şi I2). În direcţia receptorului P, de la petele de lumină, acţionează fluxurile ϕ1x şi ϕ2x. În receptorul de radiaţie există un sistem de lentile şi un dispozitiv optic de scanare care asigură supravegherea suprafeţei şi elaborează două impulsuri, atunci cînd petele de lumină F1x şi F2x se găsesc în câmpul lui de vedere. Intervalul de timp între impulsuri este proporţional cu distanţa dintre pete S=2x/tgθ.

Fig. 8.61. Cap demăsurare opto-electronic cu două surse de radiaţie. Capul de măsurare care determină distanţa pînă la suprafaţa piesei şi poziţia normalei pe ea conţine două surse şi trei receptoare de radiaţie şi măsoară intensitatea luminii reflectate (fig.8.62). Schema elementelor capului care participă la determinarea distanţei, este pre-zentată în fig.8.62,a, iar în fig.8.62,b, cele ce participă la determinarea poziţiei normalei. Razele de lumină de la sursele I1 şi I2 se întîlnesc în punctul A, atunci cînd distanţa de la capul de măsurare pînă la suprafaţă este normală. În direcţia receptorului P, acţionează fluxul sumat de radiaţie ϕ0=ϕ10+ϕ20. La deplasarea

suprafeţei de măsurare la distanţa x, razele de lumină ajung în punctele B şi C ale suprafeţei şi fluxul sumat în direcţia receptorului P în acest caz va fi ϕx=ϕ1x+ϕ2x. Diferenţa dintre cele două fluxuri ϕx=ϕ0+ϕx caracterizează valoarea deplasării x.


Fig. 8.62. Schema de lucru a capetelor de măsurare optice cu două surse, când : a-axa capului este normală la suprafaţa piesei; b-poziţia suprafeţei piesei este înclinată. Receptoarele laterale suplimentare de radiaţie P1 şi P2 (fig.8.62,b) sunt utilizate pentru determinarea poziţiei normalei la suprafaţă. La orientarea axei capului după normală, intensitatea luminii reflectate în direcţia receptoarelor P1 şi P2 va fi aceeaşi. Înclinarea suprafeţei duce la inegalitatea acestor fluxuri, iar diferenţa lor caracterizează unghiul de înclinare α.

8.8. Utilizarea roboţilor industriali în operaţii de vopsire automată

8.8.1. Probleme generale Vopsirea, împreună cu grunduirea şi emailarea, reprezintă operaţii cu o pondere însemnată în realizarea unor straturi de protecţie sau de finisare a suprafeţelor produselor în toate ramurile industriale şi, în mod deosebit, în industria construcţiilor de maşini. Ca şi operaţia de sudură, şi aceste operaţii ocupă un număr mare de operatori, care lucrează în atmosferă neprielnică acestora. Pe de altă parte, munca vopsitorilor manuali este dificilă din cauza mişcărilor de mare amplitudine şi a poziţiilor incomode pe care aceştia trebuie să le execute, manipulînd o sarcină relativ mare, din cauza atmosferei nocive în care ei lucrează şi a concentrării mari a atenţiei cu care ei efectuează operaţiile de vopsire. Activitatea în atelierele şi boxele de vopsire prezintă, în acelaşi timp, un înalt grad de periculozitate, din cauza posibilităţilor de producere a unor explozii. Din motivele prezentate mai sus, în ţările avansate din punct de vedere industrial, există preocupări intense pentru automatizarea proceselor de vopsire. În condiţiile unei fabricaţii de serie mijlocie şi mică se utilizează, în acest scop, manipulatoare şi roboţi industriali funcţionând în cadrul unor celule de fabricaţie flexibilă, care mai conţin şi scule, utilaje auxiliare şi dispozitive de lucru specifice. Celulele flexibile de vopsire servite de roboţi industriali s-au organizat începând din anul 1965, când întreprinderea Trallfa din Byrne (Norvegia), specializată atunci în fabricaţia maşinilor agricole, a construit primul robot pentru vopsirea unor roţi. În 1967, întreprinderea Trallfa, devenită fabrică de roboţi industriali, vinde primii roboţi industriali de vopsire unei întreprinderi suedeze din Gustavsburg. Celulele flexibile de vopsire servite de manipulatoare şi roboţi se utilizează în special în industria constructoare de vehicule (automobile, motociclete, biciclete, vagoane etc.), de


bunuri de larg consum electromenajere (maşini de spălat, frigidere etc.), de obiecte sanitare, în industria mobilei etc. Robotizarea operaţiilor de vopsire prezintă următoarele avantaje: - uşurarea muncii omului (a vopsitorilor) prin protejarea lor de mediul toxic şi exploziv, prin diminuarea eforturilor lor fizice; - suprapunerea timpului de vopsire cu timpul auxiliar; - îmbunătăţirea calităţii suprafeţelor vopsite datorită depunerii mai uniforme a straturilor de vopsea, reducerea operaţiilor de corectare ulterioară; - creşterea productivităţii muncii de vopsire cu 20-50% ca urmare a celor de mai sus; - realizarea unor economii de vopsele, micşorarea densităţii "ceţii de vopsea" în atelierele şi boxele de vopsire.

8.8.2. Particularităţi ale operaţiilor de vopsire în cazul utilizării roboţilor industriali

Procesul tehnologic de vopsire începe cu pregătirea pentru vopsire a suprafeţelor de finisat, acoperirea lor cu unul sau mai multe straturi de vopsea şi, în sfîrşit, la unele sorturi de vopsea, uscarea suprafeţelor vopsite. Pregătirea suprafeţelor care vor fi supuse vopsirii se realizează prin curăţire, degresare şi depasivare. Aceste operaţii se fac prin imersare în băi de spălare/degresare/depasivare, prin împroşcare cu jeturi de apă sau lichid de degresare/depasivare, utilizînd în acest scop pistoale de stropit sau prin sablare.

Fig. 8.63. Schema constructivă a unui pistol de vopsire cu aer condiţionat. Acoperirea cu straturi de vopsea se realizează, în cazul vopsirii cu roboţi industriali, prin pulverizarea vopselei cu ajutorul aerului comprimat sau prin presiune ("airless"). Pulverizarea vopselei se realizează cu ajutorul unui pistol manevrat de mîna operatorului uman sau de dispozitivul de apucare al robotului utilizat. Dacă se foloseşte aer comprimat, în pistol se realizează pulverizarea cu aer a vopselei, amestecarea particulelor de vopsea cu curentul de aer, expulzarea amestecului sub forma unui jet dirijat. În fig.8.63 se prezintă schema constructivă a unui pistol de vopsire cu aer comprimat. Alimentarea cu vopsea a pistolului se poate realiza pe cale gravitaţională (fig.8.64,a), prin fenomenul de ejecţie (fig.8.64,b) sau cu ajutorul unei pompe centrale (fig.8.64,c).

Fig. 8.64. Modalităţi de alimentare cu vopsea a pistoalelor de vopsire


Pistolul de pulverizat prin presiune realizează acest lucru cu ajutorul unei duze adecvate. Vopseaua este comprimată într-un recipient şi adusă la pistol printr-o conductă (fig.8.65).

Fig. 8.65. Principiul vopsirii prin pulverizare La ambele procedee de pulverizare se poate diminua vîscozitatea vopselei prin preîncălzire, obţinîndu-se pe această cale o pulverizare mai fină. În fig.8.66 se prezintă o instalaţie de vopsire prevăzută cu un

dispozitiv de preîncălzire a vopselei. În cele ce urmează, se denumeşte axă a pistolului de vopsire axa duzei prin care se emite jetul de amestec aer-vopsea sau jetul de particule de vopsea. Volumul jetului emis de pistol este aproximativ egal cu cel al unui con, a cărui axă corespunde cu axa pistolului. Această axă trebuie să fie normală pe suprafaţa care urmează a fi vopsită. În cazul în care suprafaţa respectivă este plană, vopseaua va acoperi o porţiune circulară de diametru D (fig.8.67). D=2d tgα/2 unde: d - distanţa de la gura duzei pînă la suprafaţa vopsită şi α - unghiul la vîrf al trunchiului de con al duzei. Distanţa d se alege în funcţie de natura vopselei (dimensiunile particulelor de vopsea) şi calitatea stratului de vopsea care se doreşte să se obţină. Densitatea pe unitatea de suprafaţă a particulelor de vopsea care lovesc suprafaţa vopsită scade de la centrul spre periferia cercului.

Fig. 8.66. Instalaţie de vopsire cu preîncălzire a vopselelor Randamentul vopsirii poate fi îmbunătăţit prin încărcarea electrostatică a particulelor de vopsea şi a obiectului care urmează să fie vopsit. Metoda poate fi aplicată atît la procedeul de pulverizare a vopselei cu aer comprimat, cît şi la cea de pulverizare prin presiune. La ambele procedee corpul pistolului se leagă la polul negativ, iar obiectul care urmează să fie vopsit la polul pozitiv al

unei surse de energie electrică de înaltă frecvenţă. Contactul cu polul negativ al sursei de energie ionizează particulele de vopsea fie direct, fie prin intermediul curentului de aer. Ca urmare, particulele de vopsea sunt atrase de câmpul electrostatic pe obiectul de vopsit, se ataşează acestuia, inclusiv pe suprafeţele greu accesibile, spre exemplu pe suprafeţele interioare ale unor cavităţi.

Fig. 8.67. Volumul jetului de vopsea - dimensiunile principale.


8.8.3. Particularităţi constructive ale manipulatoarelor şi roboţilor utilizaţi în operaţii de vopsire

Manipulatoarele şi roboţii industriali utilizaţi pentru operaţii de vopsire trebuie să manipuleze pistolul de vopsit sau de curăţit cu jet de apă / lichid de degresare într-un mod similar cu cel în care omul îl manipulează prin mişcările mîinii, braţului, antebraţului, umărului, trunchiului şi şoldului. Mişcarea respectivă trebuie să asigure ca, în timpul operaţiei de vopsire sau de curăţire, un punct al axei pistolului (spre exemplu, cel de la intersecţia acesteia cu suprafaţa frontală a duzei) - punctul caracteristic - să se deplaseze pe o suprafaţă echidistantă suprafeţei de vopsit (sau de curăţat), iar axa pistolului - dreapta caracteristică - să fie normală la această suprafaţă. Suprafaţa echidistantă trebuie să fie conţinută integral în spaţiul de lucru al robotului, iar unghiul de serviciu al acestuia trebuie să fie mai mare decît cel mai mare unghi diedru format de suprafeţele care urmează să fie vopsite (curăţite). Pentru a răspunde la cerinţele sus-amintite, dispozitivul de ghidare al robotului trebuie să aibă, în cazul general, un mecanism generator de traiectorie cu 3 grade de mobilitate şi unul de orientare cu 2-3 grade de mobilitate. De preferinţă, se utilizează dispozitive de ghidare care au la bază lanţuri cinematice parţial deschise sau închise, cu cuple de rotaţie. Pentru exemplificare, se prezintă schemele cinematice ale dispozitivelor de ghidare ale robotului industrial Trallfa (fig.8.68) şi Nordson-Painter (fig.8.69).

Dispozitivul de prehensiune al robotului industrial se reduce la o flanşă pentru prinderea pistolului de vopsire (şi eventual, a dispozitivului de programare),de ultimul element al dispozitivului de ghidare. În cazuri frecvente, suprafaţa de vopsit (de curăţat) sau o porţiune importantă a acesteia este o suprafaţă plană. Ca urmare, şi suprafaţa echidistantă este tot o suprafaţă plană, iar axa pistolului trebuie să rămînă paralelă cu ea însăşi în toate poziţiile ei. O asemenea cerinţă poate fi

realizată de un mecanism generator de traiectorie care realizează un spaţiu de lucru plan, iar mecanismul de orientare poate lipsi. Manipulatoarele de vopsire îndeplinesc funcţia de vopsire automată ca mai sus. Fig. 8.70. Schema cinematică a dispozitivului de ghidare al unui manipulator oscilator

Fig. 8.68. Schema cinematică a dispozitivului de ghidare al robotului industrial Nordson-Painter

Fig. 8.69. Schema cinematică a dispoziti-vului de ghidare al robotului industrial Nordson- Painter


Unele manipulatoare de vopsire imprimă pistolului o mişcare oscilantă în jurul unui punct fix. Soluţia prezintă dezavantajul că axa pistolului nu rămîne normală pe suprafaţa care urmează să fie vopsită. Pentru a corecta acest dezavantaj, se limitează amplitudinea unghiului de oscilaţie a axei pistolului. Pentru vopsirea unei suprafeţe de o amumită lăţime, se realizează un manipulator cu mai multe pistoale cu axe paralele, cărora un mecanism cu camă şi paralelograme articulate le imprimă o mişcare oscilantă (fig.8.70). O asemenea instalaţie poartă numele de manipulator-oscilator.

În fig.8.71 se prezintă schema cinematică a unui manipulator de vopsire la care pistoalele se fixează pe un cadru care execută o mişcare de translaţie. Direcţia acestei mişcări poate fi verticală (în majoritatea cazurilor) sau orizontală (mai rar). Asemenea manipulatoare poartă denumirea de manipulatoare-reciprocatoare. Cadrul pe care sunt fixate pistoalele de vopsire poate forma un plan care conţine direcţia de translaţie (fig.8.72) sau un plan perpendicular pe această direcţie (fig.8.73). În primul caz, între cursa h a manipulatorului-reciprocator, pasul p de dispunere şi numărul pistoalelor n, înălţimea H a suprafeţelor de vopsit, diametrul D al cercului vopsit pe suprafaţa de vopsit de jetul emis de un pistol există inegalităţile:

h≥p-D H≥nh+D

Lăţimea suprafeţei este: L≤D

Fig. 8.73. Planul cadrului este perpendicular pe direcţia de translaţie.

În cazul în care se urmăreşte vopsirea unei suprafeţe de lăţime mai mare, manipulatorul-reciprocator poate avea pistoale dispuse pe două cadre paralele,

distanţate cu δ (fig.8.74).

Fig. 8.71. Schema cinematică a dispozi-tivului de ghidare al unui manipulator reciprocator Fig. 8.72. Planul cadrului conţine direcţia de

translaţie


Fig. 8.74. Relaţii între parametrii geometrici ai reciprocatorului şi ai suprafeţei plane de vopsit. Dacă planul format de cadru este perpendicular pe direcţia de translaţie a manipulatorului, suprafaţa de vopsit poate avea o formă uşor diferită de o suprafaţă plană. În acest caz, suprafaţa echidistantă suprafeţei de vopsit se generează prin dispunerea adecvată a pistoalelor şi reglarea corespunzătoare a cursei manipulatorului-reciprocator (fig.8.75).

Fig. 8.75. Vopsirea unei suprafeţe de formă uşor diferită de un plan Sistemul de acţionare al manipulatoarelor şi roboţilor industriali de vopsire trebuie să asigure protecţia antiexplozivă a instalaţiei. Din acest motiv, nu se utilizează acţionarea electrică (pericol de scântei). În majoritatea cazurilor, manipulatoarele şi roboţii utilizaţi pentru operaţii de vopsire sunt cu acţionare hidraulică. Hidromotoarele utilizate sunt fie liniare (spre exemplu, robotul industrial Trallfa), fie oscilante (spre exemplu, robotul industrial Nordson-Painter). Manipulatoarele-reciprocatoare se pot construi şi cu acţionare pneumatică, utilizînd pneumomotoare liniare. Comanda manipulatoarelor-reciprocatoare se realizează prin intermediul unor sisteme simple secvenţiale. La variante constructive avansate, există posibilitatea schimbării continue a cursei, ocolirea unor goluri (spre exemplu, ferestre în pereţi) etc. Manipulatoarele de vopsire sunt puse în funcţiune la începutul operaţiei de vopsire şi oprite la terminarea acesteia de către operatorul uman. Comanda roboţilor industriali de vopsire trebuie să asigure conducerea acestora după programe de traiectorie continuă (sau multipunct). Programarea roboţilor industriali de vopsire se realizează prin instruire, prin conducere directă sau prin telecomandă.


În timpul instruirii prin conducere directă, un vopsitor execută operaţia de vopsire care urmează a fi programată cu ajutorul pistolului fixat pe flanşa de prehensiune a robotului industrial, punând în mişcare dispozitivul de ghidare al acestuia. Semnalele emise de traductoarele de poziţie în conformitate cu mişcarea relativă a elementelor cuplelor cinematice conducătoare se memorează. Pentru instruire directă, robotul industrial se prevede cu un cap de instruire cu două braţe (fig.8.76). Unul dintre aceste braţe este constituit din mânerul pistolului de vopsire, care va fi manevrat de mâna dreaptă a vopsitorului-instructor. Cel de-al

doilea braţ al capului conţine butoanele de comandă a memoriei mişcărilor pentru înregistrarea acestora. În cazul în care programarea robotului industrial se realizează prin instruirea prin conducere directă, hidromotoarele sistemului de acţionare trebuie trecute într-o stare în care ele nu opun forţe rezistente mişcării relative a elementelor cuplelor cinematice conducătoare. Acest deziderat se realizează cu ajutorul unor dispozitive "by pass", care pun în legătură directă camerele cilindrilor hidromotoarelor liniare de acţionare. În timpul instruirii, elementele dispozitivului de ghidare sunt susţinute de arcuri de echilibrare. Pentru uşurarea pe mai departe a efortului fizic al vopsitorului-instructor, lucru esenţial pentru învăţarea de către robot a unor operaţii de vopsire de calitate, se utilizează un lanţ cinematic de instruire, asemenea din punct de vedere structural şi geometric lanţului cinematic care stă la baza dispozitivului de ghidare, constituit din elemente uşoare, echilibrate prin arcuri şi ale cărui cuple cinematice nu au legături cu hidromotoarele sistemului de acţionare; în schimb, mişcarea relativă a elementelor este măsurată cu ajutorul unor traductoare de poziţie. În cazul în care instruirea se realizează prin telecomandă, operatorul uman acţionează lanţul cinematic de instruire, care joacă aici rolul de lanţ "stăpîn", iar dispozitivul de ghidare al robotului execută mişcări asemănătoare, avînd rol de lanţ "sclav" şi realizînd operaţii de vopsire; mişcările relative ale elmentelor cuplelor cinematice conducătoare se memorează în echipamentul de comandă al robotului. Instruirea prin telecomandă se poate realiza şi prin comanda cu ajutorul unei console cu butoane şi întrerupătoare ("teach-pendant") Sistemul de comandă al robotului de vopsire se poate prevedea cu elemente de inteligenţă artificială. Se enumeră în continuare câteva facilităţi de acest tip ale celulelor de fabricaţie flexibilă pentru vopsire automată cu roboţi industriali: - senzori de proximitate sau video recunosc dacă obiectul care urmează să fie vopsit se găseşte la locul potrivit şi permit, în cazul unui răspuns afirmativ, începerea operaţiei de vopsire; - senzorii video recunosc obiectul care urmează să fie vopsit după formă sau semn purtat, iar robotul industrial selectează, după informaţia obţinută, programul de vopsire şi/sau culoarea vopselei. 8.8.4. Celule flexibile robotizate pentru operaţii de vopsire Celulele robotizate pentru operaţiile de vopsire automată trebuie să aibă în componenţa lor un robot industrial sau un manipulator de vopsire, dispozitive de aducere/evacuare a materialelor şi dispozitive suplimentare de instalare şi poziţionare a obiectului supus vopsirii.

Fig. 8. 76. Cap de instruiire a robotului industrial de vopsire


Obiectele care urmează să fie vopsite sunt aduse în zona în care se execută operaţia de vopsire cu ajutorul unui sistem de transport cu lanţ sau cu cablu. Operaţia de vopsire se poate executa de către robot sau manipulator în următoarele moduri: - sistemul de transport şi obiectul staţionează, baza robotului este fixă, suprafaţa de vopsit fiind acoperită integral numai prin mişcările braţului robotului; - sistemul de transport realizează deplasarea obiectului în timpul vopsirii în corelaţie cu mişcările braţului robotului; - obiectul rămîne în aceeaşi poziţie, dar robotul se deplasează cu baza sa pe o direcţie sau pe două direcţii (la vopsirea suprafeţelor mari, de exemplu în industria navală sau în vopsirea unor containere de dimensiuni mari). În afara soluţiilor de mai sus de realizare a celulelor robotizate de vopsire, se pot utiliza şi în acest caz, ca şi la sudarea robotizată, dispozitive (mese) speciale de poziţionare, cu mişcări de rotaţie executate după diferite unghiuri. În acest caz, de regulă, obiectul de vopsit este instalat pe masa rotitoare de către operatorul uman şi apoi se comandă ciclul automat de mişcări ale acestui dispozitiv, corelate cu mişcările pistolului de vopsit. Pentru mărirea productivităţii (reducerea timpului de alimentare a celulei de vopsit cu un nou obiect), se pot utiliza şi dispozitive de poziţionare duble, cu două mese, în genul meselor paletabile ale centrelor de prelucrare prin găurire şi frezare; în timp ce robotul vopseşte un obiect instalat pe una din mese, operatorul instalează al doilea obiect pe cea de-a doua masă.

8.8.5. Utilizarea roboţilor industriali pentru operaţii de metalizare Pentru realizarea unor straturi de protecţie mai rezistente ca cele de vopsea, lac sau email pe suprafeţele pieselor metalice sau din material plastic, precum şi pentru repararea pieselor metalice (înlocuirea unor straturi uzate, completarea unor goluri sau straturi deteriorate), se utilizează procedeul tehnologic de metalizare. Metalizarea este un procedeu tehnologic utilizat în repararea pieselor metalice (se înlocuiesc straturi uzate sau deteriorate) sau pentru realizarea unor acoperiri de protecţie deosebit de rezistente. Scula utilizată pentru metalizare este un pistol în care se realizează topirea cu energie electrică a unui electrod de metal, picăturile de metal topit fiind pulverizate cu ajutorul aerului sau a unui gaz comprimat, amestecul fiind ejectat asupra obiectului care urmează să fie metalizat. În fig.8.77 se prezintă schema pistolului de metalizare utilizat pentru asemenea operaţii.

Fig. 8.77. Pistol de metalizare ISIM Timişoara Operatorul uman care execută operaţia de metalizare trebuie să execute manipularea

pistolului cam în acelaşi mod în care vopsitorul manipulează pistolul de vopsit, urmărind


printr-o mască cu ochelari modul de depunere a stratului de metal topit pe obiect. {i în acest caz, condiţiile de lucru ale operatorului sunt grele, asemănătoare celor în care îşi desfăşoară activitatea sudorii sau vopsitorii în cazul cînd aceste operaţii se execută manual. Avînd în vedere cele de mai sus, se înţelege că automatizarea şi robotizarea operaţiei de metalizare se justifică pe deplin şi aduce cu sine aceleaşi avantaje ca şi în cazul vopsirii robotizate. Particularităţile constructive ale roboţilor industriali pentru metalizare sunt similare celor ale roboţilor care sunt utilizaţi pentru operaţii de vopsire. De asemenea, şi celulele flexibile robotizate pentru metalizare se pot realiza după aceleaşi scheme de compunere şi funcţionare ca şi în cazul operaţiilor de vopsire robotizată. Deosebirea va consta doar în tipul instalaţiilor de aducere/evacuare a materialelor cu care se realizează operaţia de metalizare (vezi fig.8.77), diferite de materialele utilizate la vopsire.

8.9. Utilizarea roboţilor industriali în turnătorii

8.9.1. Introducere Turnarea reprezintă unul din procesele tehnologice de bază pentru obţinerea semifabricatelor în construcţii de maşini, acest procedeu realizîndu-se prin acţiunea conjugată a unor meserii ca: formatori, turnători, curăţitori etc. Lucrul operatorului uman din turnătorii este deosebit de dificil. Operatorii îşi desfăşoară activitatea în încăperi cu temperaturi ridicate, în atmosferă poluată de fum, de gaze emanate de metalul topit şi de forme, în atmosferă există praf, muncitorii sunt expuşi stropirii cu metal topit, nisipul din turnătorie pătrunde prin îmbrăcăminte şi, nu în ultimul rînd, există pericolul de accidente grave produse de răsturnarea oalelor de turnat sau a formelor mari şi grele. Realizarea prin turnare ale unor piese care să corespundă cerinţelor de precizie şi calitate a suprafeţei şi structurii depinde în cea mai mare măsură de priceperea şi conştiiciozitatea cu care operatorul execută operaţiile ce le presupune turnarea. Dar, în condiţiile subliniate mai sus, menţinerea constantă, la nivel ridicat, a capacităţii de lucru a operatorului din turnătorii este greu de realizat, aceasta putând conduce la rebuturi. Aceasta, coroborat şi cu faptul că în turnătoriile manuale lucrează un număr mare de oameni, fac ca preţul de cost al pieselor turnate să fie ridicat. Dacă avem în vedere şi bolile profesionale provocate de condiţiile de lucru din turnătorii, devine pe deplin justificată tendinţa manifestată pe plan mondial de a introduce pe scară tot mai largă roboţi industriali în turnătorii şi de a elimina astfel omul din aceste activităţi. Celulele flexibile robotizate din turnătorii se pot concepe şi compune pentru următoarele destinaţii: - turnarea efectivă a metalului topit în forme de nisip sau în cochile; - pregătirea şi manipularea formelor, incluzînd aici şi instalarea miezurilor în forme; - debavurarea şi tăierea maselotelor; - dezbaterea formelor după răcirea pieselor turnate; - curăţirea suprafeţei pieselor turnate; - servirea maşinilor de turnat sub presiune. Robotizarea operaţiilor în turnătorii prezintă următoarele avantaje: - uşurarea muncii operatorului uman prin protejarea lui de căldură, atmosferă nocivă, stropi de metal topit, prin eliminarea efortului fizic intens; - eliminarea deficitului de forţă de muncă existent mai ales în atelierele de curăţire/debavurare a pieselor turnate; - îmbunătăţirea calităţii pieselor turnate prin respectarea riguroasă a prevederilor procesului tehnologic; - realizarea unor economii de metal şi materiale auxiliare.


8.9.2. Particularităţi constructive ale roboţilor utilizaţi în turnătorii

Ca şi omul, şi roboţii industriali care lucrează în turnătorii trebuie protejaţi prin prevederea unor sisteme speciale pentru protejarea zonelor de contact ale cuplelor cinematice din construcţia robotului sau a traductoarelor şi motoarelor de acţionare împotriva unor materiale abrazive sub formă de pulbere sau de particule de praf şi nisip. Din punct de vedere cinematic, dispozitivul de ghidare al roboţilor din turnătorii lucrează, cu deosebire, în coordonate polare sau sferice, sau în coordonate cilindrice. Gradul de mobilitate cel mai mare trebuie să-l posede roboţii utilizaţi în celulele robotizate de curăţire a pieselor turnate şi de implementare a miezurilor în forme. Deosebirile esenţiale ale roboţilor din turnătorii sunt determinate de operaţiile pe care le execută, ceea ce va necesita o construcţie adecvată pentru dispozitivul de apucare al robotului. Astfel, pentru executarea unor operaţii ca tăierea maselotelor, debavurarea, curăţirea suprafeţei, se vor ataşa dispozitive speciale şi scule adecvate operaţiilor respective. În asemenea situaţie, ca de altfel şi la manipularea oalelor de turnare, dispozitivul de apucare se realizează cu două sau trei grade de mobilitate pentru a putea poziţiona corespunzător obiectul manipulat. Sistemul de acţionare preferat pentru roboţii utilizaţi în turnătorii este cel electric, datorită posibilităţilor mai mari de obţinere a unui grad înalt de mobilitate. Dacă însă sarcinile ce trebuie manipulate sunt mari (manipularea formelor, manipularea unor oale mari de metal topit etc.), atunci este preferată acţionarea hidraulică. Manipulatoarele cu acţionare pneumatică se pot utiliza în turnătorii pentru manipularea unor forme, a miezurilor sau a cutiilor de formare de greutate redusă. Trebuie subliniat că acţionarea pneumatică este mai insensibilă la atmosfera de praf faţă de acţionarea electrică şi hidraulică. Sistemul de comandă al roboţilor utilizaţi în turnătorii trebuie să asigure, aproape în toate cazurile, programe de comandă de tipul punct cu punct. Comanda după traiectorie continuă sau multipunct se prevede la roboţii pentru polizarea suprafeţelor sau la roboţii de curăţire prin sablare.

8.9.3. Componenţa celulelor robotizate pentru pregătirea formelor şi miezurilor şi pentru turnare

Turnarea fontei şi a oţelului se realizează, obişnuit, în forme confecţionate din cutii metalice de formare, din pămînt de turnătorie îndesat în jurul modelelor de lemn, iar în cazuri pretenţioase se execută turnarea în cochilă.

Fig. 8.78. Schema de dispunere a unei celule de manipulare a cutiilor de formare În acest caz, manipulatoarele şi roboţii industriali pot manipula cutiile de formare şi formele, respectiv cochilele. În schema din fig.8.78, se prezintă componenţa

unei celule de formare. Robotul industrial RI preia cutiile de formare goale de pe conveiorul D1 şi le transferă pe masa maşinii de formare M. Maşina de formare este prevăzută cu instalaţie de aducere şi dozare a pămîntului (nisipului) de turnătorie, iar masa maşinii poate căpăta o mişcare vibratorie pe verticală, ceea ce ajută la îndesarea pămîntului din formă. După confecţionarea formei, robotul RI o transferă pe conveiorul D2, cu care forma este deplasată spre cuptorul de uscare.


În alte variante, robotul poate să deschidă forma pentru a extrage modelul din lemn şi apoi o închide la loc. De asemenea, robotul poate fi utilizat şi pentru manipularea miezurilor. În acest caz, celula are în componenţă o maşină de format miezuri, de la care miezurile pot fi preluate direct de către robot sau se utilizează palete pentru miezuri, ce sunt deplasate cu un conveior spre robotul de implantare a miezurilor în formele deschise; după aceasta, forma se închide şi se transmite spre cuptorul de uscare. Într-o componenţă diferită se realizează celula robotizată în care rolul maşinii de format este îndeplinit parţial de către robot. În acest caz, robotul industrial manipulează un cap de împroşcare în jurul modelului a pămîntului de turnătorie cu ajutorul aerului comprimat. Forma este compactată ulterior cu ajutorul unei mese vibratoare. După extragerea modelului din formă, suprafeţele acestuia din urmă se ung cu o soluţie de negru de fum şi apoi se usucă. Operaţia de ungere se poate executa de către un robot industrial care manipulează un cap de stropire a soluţiei cu aer comprimat. La rîndul ei, uscarea suprafeţelor formei se poate realiza, de asemenea, cu un robot industrial, deplasînd în dreptul lor un arzător alimentat cu gaz şi aer. În toate aplicaţiile prezentate, operatorul uman realizează programarea robotului prin instruire, fie prin conducere directă (ca şi în cazul aplicaţiei de vopsire) sau prin conducere prin telecomandă. Robotul industrial are un sistem de comandă cu program de traiectorie continuă. Una dintre cele mai dificile operaţii care se execută în turnătorie este turnarea propriu-zisă a metalului lichid în forme. Operaţia poate fi automatizată prin utilizarea în acest scop a unui manipulator sau a unui robot industrial care manipulează oala de turnare. El aduce oala în dreptul canalului de scurgere al metalului din cuptor sau o scufundă în melanjor în vederea umplerii. Încărcarea oalei de turnare cu o anumită cantitate de metal topit se poate asigura, dînd oalei o înclinaţie bine determinată, asfel încît surplusul de metal se scurge pe un canal practicat în acest scop. Oala de turnare încărcată se aduce apoi succesiv în dreptul formelor sau cochilelor pregătite şi se realizează operaţia de turnare. Cantitatea de metal care se toarnă într-o anumită formă sau cochilă este reglabilă prin înclinarea oalei de turnare în mod corespunzător şi aceasta se obţine comandînd mai multe puncte (poziţii) ale oalei de turnare manipulată de dispozitivul de apucare al robotului.

8.9.4. Celule robotizate pentru dezbaterea formelor, pentru curăţirea şi debavurarea pieselor turnate

În atelierele de dezbatere a formelor (evacuarea pieselor turnate şi răcite) şi de curăţire a pieselor turnate avem cele mai grele condiţii de muncă pentru operatorul uman. De aceea, aici, roboţii industriali se utilizează pentru dezbaterea formelor şi extragerea miezurilor arse din piesele turnate, în care scop robotul manipulează o sculă pneumatică cu impact. Programul de lucru pentru un asemenea robot se obţine prin învăţarea prin metoda conducerii directe de către operator la primul ciclu. Roboţii industriali se pot utiliza şi pentru îndepărtarea maselotelor, canalelor de turnare şi capetelor pierdute. În acest scop, în dispozitivul de prehensiune, redus la o flanşă, se fixează un cap de forţă, constituit dintr-un motor, transmisie şi freză disc. Robotul este programat prin instruire prin telecomandă să execute în raport cu piesele turnate mişcări relative, astfel încît freza disc să detaşeze maselotele, canalele de turnare şi capetele pierdute. Operaţia poate fi executată şi de un robot industrial care manipulează un pistol de tăiere cu flacără oxiacetilenică cu care se realizează detaşarea. În cazul în care obiectele turnate au dimensiuni reduse, detaşarea maselotelor, etc., se poate realiza cu utilaje fixe, conţinînd motoare şi reductoare care pun în mişcare de rotaţie discuri de fierăstrău sau din material abraziv, sau antrenează benzi continue prevăzute cu dinţi de fierăstrău. Robotul manipulează piesele turnate, aducîndu-le în dreptul discurilor şi dîndu-le o mişcare relativă adecvată faţă de acestea, astfel încît să se realizeze detaşarea maselotelor,


canalelor de turnare şi capetelor pierdute. {i în acest caz, robotul se programează prin instruire prin telecomandă. În ambele moduri de utilizare, sistemul de comandă al robotului industrial are program după traiectorie continuă. Curăţirea pieselor turnate urmăreşte îndepărtarea resturilor de pămînt de turnătorie sau miezuri care aderă la ele după dezbaterea formelor. Curăţirea se poate realiza prin parcurgerea suprafeţelor de curăţat de către discuri sau benzi abrazive, discuri de sîrmă sau de pîslă în mişcare de rotaţie sau prin sablare. În cazul în care curăţirea se realizează prin polizare cu ajutorul unor discuri abrazive, de sîrmă sau de pîslă, robotul se foloseşte în acelaşi mod ca şi în cazul detaşării maselotelor, canalelor de turnare şi capetelor pierdute. În prima variantă, robotul poartă în dispozitivul de prehensiune un cap de forţă cu discurile sculă şi este programat prin instruire prin telecomandă, astfel încît discurile să parcurgă întreaga suprafaţă de curăţat. În cea de-a doua variantă, robotul poartă obiectul care urmează să fie curăţat şi îl aduce în zona de acţionare al unui utilaj fix (polizor), care poartă discul abraziv, de sîrmă sau de pîslă antrenat în mişcare de rotaţie, sau bandă continuă cu material abraziv în mişcare de translaţie, imprimîndu-i o mişcare relativă faţă de disc sau bandă, de aşa manieră încît contactul cu acesta să parcurgă în întregime suprafaţa de curăţat. {i în această variantă, programarea robotului se realizează prin instruire prin telecomandă. În ambele cazuri, sistemul de comandă al robotului este prevăzut cu programe de comandă după traiectorie continuă.

Curăţirea pieselor turnate prin sablare se realizează prin împroşcarea lor cu jet de nisip antrenat de aer comprimat sau cu alice aruncate prin dispozitive de aruncare centrifugale. În fig.8.79 se prezintă construcţia principială a unui cap de sablare cu nisip cu aer comprimat. Amestecul aer-nisip se formează prin fenomenul de ejecţie. În fig.8.80 se prezintă schema unui dispozitiv de aruncare centrifugală. Alicele de metal sau particule de corund cad automat dintr-un buncăr pe un disc D în mişcare de rotaţie cu viteză unghiulară mare şi sunt împroşcate datorită forţei centrifuge.

Fig. 8.81. Schemă de dispunere a componentelor unei celule de sablare. Sablarea cu nisip este o operaţie deosebit de dăunătoare

pentru operatorul uman, care este expus îmbolnăvirii prin silicoză. Sablarea cu alice este, la rîndul ei, dăunătoare pentru om, în special prin zgomotul de mare intensitate produs de

Fig. 8.79. Cap sablare cu nisip Fig. 8.80. Dispozitiv de aruncat alice într-o instalaţie de sablare


impactul alicelor şi praful produs prin desprinderea rămăşiţelor de pămînt de pe piesele turnate supuse curăţirii. Cu toate acestea, aplicaţii ale roboţilor industriali în operaţii de sablare sunt relativ rare. În majoritatea cazurilor, manipulatoarele şi roboţii industriali manipulează obiectele în celule de sablaj în decursul timpului auxiliar, cînd capetele de sablare sau

aruncătoarele de alice nu funcţionează. În fig.8.81 se prezintă schema de dispunere a unei celule pentru sablarea unor carcase de motoare electrice. Capetele fixe Ci împroaşcă un amestec de nisip-aer comprimat asupra carcaselor de motoare aşezate pe masa rotitoare M în interiorul unei hote etanşe, din care nisipul folosit este îndepărtat prin exhaustare. După încheierea operaţiei de sablare a grupului de obiecte aşezate pe masă, robotul le extrage din hota de sablare şi le depune în locaşuri ale unui dispozitiv de transfer cu lanţ D1, după care preia obiecte de pe dispozitivul de transfer D2 şi le introduce în hota de sablare, aşezîndu-le pe masa rotativă M. În fig.8.82 se prezintă schema unei celule de sablare la care robotul manipulează capul de sablare C cu nisip şi aer comprimat. Sistemul mecanic al robotului este protejat de particulele de nisip prin panoul flexibil P, prin care pătrunde capul de sablat C. Robotul se programează prin instruire prin conducere. Modul de funcţionare a instalaţiei este asemănător unui robot de vopsire. În consecinţă, sistemul de comandă trebuie să conţină program de traiectorie continuă. Fig. 8.83. Celulă de sablare cu obiect mobil În fig.8.83 se prezintă o celulă de sablare în cadrul căreia obiectele se împroaşcă cu

alice cu nişte dispozitive fixe de aruncare prin forţă centrifugală. Încăperea de sablare este încadrată de două camere de protecţie ("sasuri"), care împiedică trecerea prafului rezultat în urma sablării în mediul înconjurător. Robotul care serveşte celula este fixat pe un cărucior al unui monorail, a cărei cale trece pe deasupra încăperii de sablare. Dispozitivul de prehensiune simplu permite "agăţarea" obiectelor care urmează să fie sablate (fig.8.84). În acest scop, robotul coboară dispozitivul de prehensiune împreună cu obiectele "agăţate" în incinta de sablare şi îl roteşte în jurul axei sale. În timpul sablării, dispozitivul de prehensiune este expus impactului repetat al alicelor, suferind uzură rapidă, ceea ce impune schimbarea lui frecventă. După terminarea sablării, dispozitivul de prehensiune este ridicat şi scos din încăperea de sablare. La nevoie, căruciorul se deplasează deasupra băii de grunduire, robotul industrial coborînd dispozitivul de prehensiune împreună cu obiectele sablate în baie. Duratele secvenţelor mişcării căruciorului şi ale robotului industrial se programează în funcţie de forma şi dimensiunile obiectelor care urmează a fi sablate.

Fig. 8.82. Schema unei celule în cadrul căreia robotul industrial manipulează capul de sablare C


Pe lîngă curăţirea pieselor turnate, sablarea se utilizează şi pentru pregătirea suprafeţelor obiectelor în vederea vopsirii lor ulterioare, respectiv pentru durificarea prin ecruisarea straturilor superficiale ale obiectelor metalice cu ocazia impactului alicelor. Sablarea în acest scop a unor obiecte cu suprafeţe plane de dimensiuni mari (spre exemplu, pereţii laterali sau acoperişurile unor vagoane) se poate realiza cu ajutorul unor manipulatoare-reciprocatoare sau manipulatoare-oscilatoare de genul celor descrise deja cu privire la utilizarea roboţilor industriali la operaţii de vopsire. Pentru sablarea obiectelor de dimensiuni mici şi mijlocii, cît şi a unor obiecte mari cu suprafeţe neregulate, se vor utiliza celule în cadrul cărora roboţii manipulează capetele de sablare.

Suprafeţele pieselor turnate prezintă bavuri, împroşcări de metal pătruns şi apoi solidificat în zona de separare a formelor sau cochilelor. Bavuri se mai formează din acelaşi motiv şi pe suprafaţa pieselor forjate în matriţe, la aşchierea sau tăierea metalelor ductile etc. Bavurile reprezintă cauze de rebut la aşchiere şi tratamente termice. Neîndepărtate cu suficientă grijă, ele pot provoca, prin ruperi ulterioare, defectarea unor piese sau subansambluri sau griparea zonelor de contact ale unor cuple cinematice. Îndepărtarea manuală a bavurilor este o muncă grea, efectuată cu şabere, pile, perii de sîrmă, freze din carburi metalice etc., care ocupă un mare număr de operatori umani. Cele de mai sus argumentează pentru mecanizarea şi automatizarea operaţiilor de debavurare. În cazul unei producţii de masă sau serie mare, atunci cînd geometria suprafeţelor de debavurat este predictibilă, se recomandă utilizarea unor maşini de debavurat (spre exemplu, pentru debavurarea danturii roţilor dinţate). În cazul în care obiectele de debavurat sunt produse în serii mici şi mijlocii şi geometria bavurii nu este bine precizată, se recomandă debavurarea utilizînd roboţii industriali. Scula utilizată în acest scop este, de obicei, un disc sau piatră cilindrică din material abraziv sau carbură metalică, freză sau bandă continuă cu material abraziv. Scula poate fi purtată de robotul industrial. În acest caz, dispozitivul de prehensiune al robotului susţine un cap de forţă cu motor electric, reductor şi sculă rotitoare. Capul de forţă se fixează în dispozitivul de apucare al robotului industrial, de aşa manieră încît montajul să amortizeze vibraţiile provocate de procesul de debavurare.

Fig. 8.85. Schema de montare a unei scule de curatire (piatra de polizor ) pe ultimul element al dipozitivului de ghidare al robotului industrial. În fig.8.85, scula este montată pe un braţ oscilant şi un dispozitiv hidraulic sau cu arc asigură apăsarea sculei asupra bavurii. Sistemul de comandă al roţii

conţine un program după traiectorie continuă. Programarea se realizează prin instruire telecomandată. Pentru început, se consideră că bavura are aceeaşi poziţie pe suprafaţa piesei, dar înălţimea şi profilul ei într-o secţiune perpendiculară pe suprafaţa obiectului variază. Ca urmare, mişcarea robotului trebuie să se modifice adaptiv, în funcţie de rezistenţa de aşchiere întîmpinată. Roboţii industriali ASEA sunt prevăzuţi cu dispozitive de comandă adaptivă care acţionează în funcţie de mărimea momentului de torsiune la arborele capului de forţă, sesizat de un senzor de moment sau prin intensitatea curentului de alimentare a motorului electric. La

Fig. 8.84. Schema cinematica a RI pentru sablare: C- carucior, DP- dispozitiv de pre-hensiune O1 şi O2-obiecte


creşterea momentului rezistent, semnificînd faptul că bavura are înălţimea mai mare decît cea pentru care s-a realizat instruirea, capul se îndepărtează de obiect, viteza de mişcare a punctului caracteristic al robotului industrial se diminuează, el descriind o curbă echidistantă la profilul de bavură pentru care robotul a fost instruit. La o scădere a momentului de torsiune, capul se apropie de obiect, viteza de mişcare a punctului caracteristic creşte, el deplasîndu-se în lungul unei traiectorii care la rîndul ei este o curbă echidistantă la profilul de bavură pentru care robotul industrial a fost instruit (fig.8.86).

8.9.5. Celule robotizate pentru turnarea sub presiune Turnarea sub presiune este un procedeu tehnologic pentru realizarea unor semifabricate de dimensiuni mici sau mijlocii din metale neferoase: plumb, aluminiu, zinc, magneziu, cupru sau alamă. Utilajul principal din componenţa acestor celule este maşina de turnat sub presiune, care poate fi cu cameră caldă sau cu cameră rece. Maşinile de turnat sub presiune cu cameră caldă se utilizează în cazul turnării unor piese din plumb sau zinc, metale care au temperatura de topire mai scăzută. Ele dispun de un cilindru de presare care se află în interiorul unui vas cu metal topit, pistonul său fiind acţionat de pistonul unui hidromotor sau pneumomotor liniar. Acesta presează lichidul topit prin intermediul unei conducte în golul matriţei gravate în două plăci suprapuse, dintre care una este fixă şi cealaltă mobilă. În cazul turnării sub presiune a unor obiecte din aluminiu, magneziu, cupru sau aliaje de cupru, cu temperatură de topire mai ridicată, se utilizează maşini de turnare sub presiune cu cameră rece. În acest caz, metalul este topit într-un recipient aflat într-un cuptor separat. Roboţii industriali care înlocuiesc operatorul în celulele de turnare sub presiune, trebuie să îndeplinească aceleaşi operaţii din componenţa acestui procedeu: - alimentarea cilindrului de presare cu metal topit extras din recipientul cuptorului de topire cu ajutorul unei linguri de turnare speciale; - deschiderea matriţei după ce s-a încheiat solidificarea obiectului turnat, după care un aruncător împinge obiectul afară din cavitatea părţii fixe a matriţei;

Fig. 8.86. Principiul de lucru al comenzii adaptive al robotului industrial ASEA pentru debavurare.


- preluarea obiectului de pe maşină şi scufundarea acestuia într-o baie de răcire sau plasarea obiectului în zona de acţiune a unor jeturi de apă; - alimentarea unei prese de debavurare a piesei, după debavurare piesa fiind deplasată într-un container; - preluarea unui cap de lubrefiere cu ajutorul căruia se împroaşcă cavităţile matriţei cu un amestec de aer şi particule de lubrifiant, realizînd astfel ungerea matriţei; - în cazul în care piesa turnată sub presiune trebuie să conţină o inserţie, robotul se programează astfel ca, înaintea închiderii matriţei şi a turnării, să aşeze piesa de inserţie în interiorul matriţei deschise.

Fig. 8.87. Celula robotizata pentru turnarea sub presiune Este posibil ca în compunerea unei celule robotizate de turnare sub presiune să intre un singur robot, care să execute toate aceste operaţii, dar se poate prevedea şi un manipulator separat care să execute numai manipularea lingurii de turnare a metalului topit; celelalte operaţii vor fi executate de un alt robot, cu ciclu de funcţionare mult mai complex. Pe de altă parte, dacă ciclul de turnare sub presiune şi răcirea piesei sunt de durată mai mare, apare posibilitatea ca un singur robot să asiste două maşini de turnare sub presiune amplasate paralel. Un exemplu de compunere a unei celule robotizate pentru turnarea sub presiune a unor piese cu masa de pînă la 3,6 daN din aliaj de aluminiu este prezentat în fig.8.87. În acest caz, manipulatorul 3 serveşte pentru preluarea pieselor de pe maşina de turnare 7, răcirea în bacul de răcire 2, alimentarea presei de debavurat 1 şi deplasarea apoi la container. Alimentarea presei cu metal topit în cuptorul electric5 se execută cu ajutorul dozatorului 4, iar ungerea automată se realizează cu manipulatorul special 6. Comanda celulei se poate realiza automat, de la echipamentulde comandă 8 sau manual, în regim de învăţare (programare), cu ajutorul pupitrului 9.

8.10. Utilizarea roboţilor industriali în procese de ştanţare şi presare Asistarea preselor pentru deformarea plastică la rece sau la cald este o altă direcţie de aplicare pe scară tot mai largă a roboţilor industriali. Operaţiile ce se pot realiza pe aceste prese sunt: ştanţarea, matriţarea la rece şi la cald, forjarea, îndoirea etc. Caracterul fabricării prin ştanţare şi presare la rece determină caracteristicile necesare ale roboţilor industriali utilizaţi în acest scop. Astfel, aceste operaţii se caracterizează prin viteză mare de desfăşurare. Acesta ar fi motivul pentru care la alimentarea ştanţelor şi liniilor


de presare la rece se preferă utilizarea materialului sub formă de bandă, al cărui avans automat se realizează cu dispozitive adecvate. Dacă însă alimentarea cu semifabricate sub formă de bandă nu este posibilă, fiind vorba de semifabricate şi piese mari şi grele (de exemplu, piese din componenţa caroseriei autovehiculelor şi tractoarelor), se recomandă utilizarea manipulatoarelor şi roboţilor industriali pentru alimentarea automată. Din punct de vedere cinematic, la alimentarea acestor maşini se utilizează roboţi industriali de universalitate redusă, care lucrează în coordonate cilindrice, dar care trebuie să asigure o bună precizie de poziţionare la viteze de lucru suficient de mari. Se utilizează, în acest scop, în special acţionarea pneumatică. Sistemul de comandă al manipulatoarelor utilizate pentru servirea preselor constă, în mod obişnuit, dintr-un automat programabil, care asigură o comandă secvenţială. Sistemul de comandă al roboţilor utilizaţi în aplicaţii de acelaşi gen trebuie să conţină programe de comandă punct cu punct. În vederea corelării funcţionării robotului industrial cu cea a presei, se utilizează următoarele interblocări: - dispozitivul de apucare al robotului nu pătrunde în spaţiul de lucru al presei pînă cînd mecanismul de acţionare al presei nu semnalează că poansonul acesteia se găseşte oprit în punctul mort superior şi alimentarea cu energie a motorului de acţionare a presei este întreruptă; - dispozitivul de apucare al robotului nu pătrunde în spaţiul de lucru al presei în vederea extragerii obiectului pînă cînd mecanismul aruncătorului nu a semnalat executarea mişcării de aruncare a piesei prelucrate; - alimentarea presei cu un nou semifabricat nu începe înainte ca sistemul de comandă al robotului să semnaleze că acesta a efectuat mişcarea de extragere a obiectului din locaşul de sculă şi dispozitivul de prehensiune al robotului a conţinut obiectul în timpul acestei mişcări (de exemplu, prin înregistrarea trecerii obiectului prin faţa unei fotocelule); - cursa de presare a poansonului nu începe înainte ca sistemul de comandă al robotului să semnaleze că a efectuat alimentarea sculei cu un nou semifabricat şi dispozitivul de apucare s-a retras, iar un senzor de existenţă să semnaleze aşezarea corectă a semifabricatului în locaşul sculei.

Fig. 8.88. Celulă roboti-zata de ştanţare la rece. Un exemplu de compunere a unei celule robotizate pentru ştanţarea succesivă, în două operaţii,

pe două prese, a unor piese executate din semifabricate din tablă în bucăţi cu masa de 0,5 daN, este prezentat în fig.8.88. Celula are în componenţă două prese 1, servite fiecare de cîte un robot 4 cu baza la sol, lucrînd în coordoante cilindrice. Legătura între cele două posturi de lucru ale celulei este asigurată de unsistem de transport 6, semifabricatele preluîndu-se din magazinul 7. În cazul matriţării la cald, semifabricatele ce urmează să fie deformate plastic se încălzesc în cuptoare cu flacără sau cuptoare de inducţie. Scoaterea acestor piese din cuptor şi


amplasarea lor în matriţă, preluarea piesei matriţate, precum şi ungerea matriţei în vederea unei noi matriţări sunt operaţii dificil de realizat de către operatorul uman. Din acest motiv, utilizarea unui robot industrial în acest scop este pe deplin justificată.

Fig. 8.89. Celulă robotizată pentru matriţarea la cald. Pentru obţinerea prin matriţare la cald a unor piese de tipul buloanelor, al ştifturilor şi niturilor, al axelor cu bordură

etc., din bucăţi cu masa pînă la 5 daN, se poate compune celula robotizată din fig.8.89. Celula este protejată de împrejmuirea 1 şi are în componenţă maşina de forjat orizontal 2, robotul industrial 4 cu baza la sol, sistemul de ungere al matriţei 5, depozitul de alimentare 9, transportorul gravitaţional 8 şi dispozitivul de separare 7, care aduce piesele bucată cu bucată în poziţia de preluare de către robotul 4; piesele forjate sunt apoi amplasate pe paleta 3. Conducerea întregii celule robotizate se realizează cu echipamentul 6. Desigur, în legătură cu sistemul de alimentare 9 se află cuptorul de încălzire a pieselor. Pentru manipularea unor semifabricate de dimensiuni mari (spre exemplu, lingouri de metal încălzit) la operaţiile de forjare liberă, se utilizează manipulatoarele sincrone montate pe cărucioare. Un asemenea cărucior, prevăzut cu un manipulator pentru sarcini mari, este prezentat în fig.8.90.

Fig. 8.90. Manipulator sincron pivotant folosit pentru servirea unor utilaje de forjare/matriţare la cald. Pentru a mări gradul de manevrabilitate cu un asemenea manipulator, acesta se amplasează pe un suport pivotant.

Se recomandă ca roboţii industriali folosiţi în vederea servirii ciocanelor şi preselor pentru deformare plastică la cald să aibă dispozitivul de ghidare cu 4-6 grade de mobilitate. Dispozitivele de apucare utilizate trebuie să fie dispozitive universale sau flexibile, în vederea prinderii aceluiaşi obiect în diferite faze ale deformării plastice, care conduc la modificări importante de forme/dimensiuni. Se preferă folosirea unor dispozitive cu degete lungi, în vederea feririi mecanismului de acţionare de efectul radiaţiei calorice a piesei. Bacurile dispozitivelor de prehensiune trebuie să reziste solicitărilor termice cauzate de contactul frecvent cu obiecte încălzite şi, eventual, să fie răcite forţat. În cazul în care robotul industrial serveşte ca ciocan de forjare liberă, dispozitivul de prehensiune trebuie să menţină obiectul prins şi în timpul aplicării loviturilor de către ciocan. În vederea feririi dispozitivului de ghidare al robotului de efectul loviturilor ciocanului între


acesta şi dispozitivul de prehensiune se include un lanţ cinematic cu număr variabil de elemente, ale cărui cuple cinematice se blochează după fiecare lovitură, permiţînd modificarea de către dispozitivul de ghidare a poziţiei dispozitivului de prehensiune şi a obiectului. Blocarea cuplelor cinematice se poate realiza, spre exemplu, prin intermediul unor cuplaje acţionate hidraulic. Sistemul de acţionare al roboţilor industriali utilizaţi în procese de deformare plastică este de preferinţă hidraulic (mai robust), permiţînd manipularea unor sarcini relativ mari. Sistemul de comandă al roboţilor industriali care servesc ciocane/prese de deformare plastică la cald trebuie să conţină programe punct cu punct. El trebuie să asigure supravegherea "inteligentă" a procesului de forjare, prin utilizarea informaţiilor culese cu ajutorul traductoarelor şi senzorilor şi prin intermediul unui ansamblu de interblocări. Astfel, la unele instalaţii, senzorii optici controlează în mod continuu temperatura semifabricatelor aflate în cuptorul de încălzire. Robotul va "alege" semifabricatul încălzit convenabil şi îl va apuca în vederea alimentării cu el a ciocanului/presei. Introducerea semifabricatului în spaţiul de lucru al utilajului se realizează doar după ce sistemul de comandă verifică faptul că maiul se găseşte în poziţia sa cea mai de sus şi mişcarea lui de coborîre este zăvorîtă. Sistemul comandă acţiunea dispozitivului de ejectare a semifabricatului (cu împingător mecanic sau pneumatic) din matriţă. Eficienţa acestei acţiuni se verifică prin intermediul unor senzori. În cazul în care nu se constată ejectarea obiectului, sistemul de comandă nu permite alimentarea cavităţii matriţei cu un nou semifabricat.

8.11. Utilizarea roboţilor industriali în halele de tratament termic

Aplicaţiile manipulatoarelor şi roboţilor industriali în servirea utilajelor de tratament termic prezintă multe similitudini cu cea de servire a utilajelor de deformare plastică la cald. Operaţiile executate de roboţi pot fi: introducerea/scoaterea obiectelor din cuptoare, modificarea poziţiei pieselor din cuptor (inclusiv comanda închiderii/deschiderii uşii), introducerea/scoaterea obiectelor din băi de tratament termic sau din incinte de răcire controlată, preluarea unor semifabricate din depozite/dispozitive de tansfer şi introducerea lor în utilaje de tratament termic, respectiv preluarea unor obiecte din utilaje de categoria amintită şi introducerea lor în alte utilaje sau predarealor în depozite/dispozitive de transfer (iclusiv comanda pornirii/opririi mişcărilor de transfer). Temperatura semifabricatelor se apreciază cu ajutorul semnalului unui senzor pentru radiaţii infraroşii. Spre exemplu, robotul preia semifabricatul încălzit dintr-un cuptor C, îl imersează într-unul sau succesiv în mai multe bazine Bi cu diferite soluţii, îl menţine imersat un anumit timp şi îl depune într-o incintă I (fig.8.91).

Fig. 8.91. Schema de dispunere a componen-telor unei celule de utilaje de tratament termic servite de roboţii industriali. În fig.8.92 se prezintă schema de dispunere a componentelor unei celule pentru

prelucrarea la cald a unor discuri de grape, la Întrprinderea International Harvester, Canada. RI1 preia de la dispozitivul de transfer cu role T1, bucată cu bucată, semifabricatele pentru discuri aşezate în stive şi le predă dispozitivului de transfer cu role T2. Semifabricatele antrenate de acest dispozitiv străbat cuptorul C1, se încălzesc pînă la temperatura de formare a austenitei şi sunt livrate apoi presei P1, care le imprimă o inscripţie.


Dispozitivul de transfer cu role T3 străbate, cu discurile calde preluate de la presa P1, baia cu soluţie de săruri B1. RI2 preia semifabricatul cald de pe dispozitivul T3, îl introduce în matriţa presei P2, care îl deformează plastic. Obiectul presat se preia de către RI3 şi se introduce îndispozitivul de spălare şi uscare D. În asemenea aplicaţii, dispozitivul de apucare al robotului industrial trebuie să permită manipularea unor obiecte calde, degetele trebuie să fie rezistente la coroziunea soluţiilor din bazine. În cazul manipulării unor semifabricate din tablă, se utilizează dispozitive de prehensiune cu vid. Se preferă în asemenea aplicaţii roboţi industriali cu acţionare hidraulică.

Fig. 8.92. Schema de dispunere a componentelor unei celule pentru prelucrare la cald a unor discuri de grupe.

Sistemul de comandă al robotului va

conţine programe punct cu punct. El trebuie să asigure supravegherea funcţionării utilajelor din celulă (spre exemplu, temperatura obiectelor manipulate, existenţa/neexistenţa obiectelor într-un anumit loc, epuizarea obiectelor dintr-o stivă) prin prelucarea informaţiilor obţinute de la traductoare şi senzori şi să emită comenzi adecvate, respectiv să modifice programul. Flexibilitatea procesului de prelucrare în cadrul celuleor de tratament termic se asigură prin schimbarea programului sistemului de comandă al robotului industrial, caracterul universal/flexibil al dispozitivului de prehensiune şi modificarea reglajelor dispozitivelor şi utilajelor. Avantajele utilizării roboţilor industriali în servirea utilajelor de tratament termic sunt similare cu cele prezentate în cazul folosirii roboţilor industriali pentru servirea unor utilaje de deformare plastică la cald.

8.12. Utilizarea roboţilor industriali în alte procese tehnologice Datorită condiţiilor de muncă improprii operatorului uman (degajarea din proces a unor gaze toxice), roboţii industriali pot înlocui operatorul uman şi în procese tehnologice de curăţire chimică a pieselor sau în servirea băilor galvanice. În cazul lustruirii chimice, robotul manipulator trebuie să manipuleze obiectele bucată cu bucată, sau mai multe piese adunate într-un container, trecîndu-le şi menţinîndu-le perioade de timp determinate printr-o succesiune de băi (vane): vana de curăţire la cald, vana pentru lustruire chimică şi, apoi, vana pentru spălarea pieselor la rece; după aceasta, robotul reia ciclul prin alimentarea cu noi piese dintr-un depozit sau aduse în poziţia de alimentare cu un conveior.


Fig. 8.93. Celula robotizată pentru prelucrări galvanice. Un sistem robotizat în care un robot industrial pe portal serveşte o succesiune de băi galvanice este

prezentat în fig.8.93. În acest caz, robotul 1 este amplasat pe un cărucior ce se deplasează pe portal, el deplasînd containere cu piese avînd masa totală de pînă la 400 daN. După poziţionarea sarcinii în dreptul unei băi 3, robotul coboară sarcina2 în baie, o menţine în baie un timp determinat de procesul tehnologic (gosimea stratului depus). După aceasta, sarcina este ridicată şi transportată pînă la baia galvanică următoare. O altă aplicaţie a roboţilor industriali ar putea fi realizată în procese de tratament termic prin curenţi de înaltă frecvenţă. În acest caz, robotul industrial preia piesele dintr-un depozit (în special, piese de tip arbore), le introduce şi menţine un timp determinat în inductorul instalaţiei de înaltă frecvenţă, după care piesele sunt transferate într-un container sau pe un conveior de evacuare a acestora.

cap8 aplicatiile robotilor industriali

Documents