Procedee moderne de procesare a suprafetelor cu robotii industriali

Procedee moderne de procesare a suprafetelor cu robotii industriali

Capitolu.1.

Generalitatii privind procesarea suprafetelor cu robotii industriali.

Daca se doreste utilizarea robotilor in aplicatii industriale,atunci trebuie tinut seama de anumite considerente din alt punct de vedere decat al robotizarii in ssine.Foarte importante sunt dispozitivele periferice,cum ar fi senzorii si sitemele de transport.Comunicatia in retea devine din ce in ce mai importanta,pentru a se putea integra robotii in sistemele de productie.

1.1Arii de aplicabilitate

Aplicatiile actuale ale robotilor sunt variabile.Pentru anumite aplicatii exista robotii speciali ,pentru altele exista robotii cu o cinematica(structura mecanica) standar.Oricum,fiecare gen de aplicatie are propiile necesitati,de accea nu s-a putut concepe si construe,inca,un ,,robot industrial"

Ariile de aplicabilitate ale robotilor se determina pe baza unor analize de fezabiliate si de conditiile economice specifice pietei,De aceea,uneori nu este posibila utilizarea robotilor in oricare domeniu.Dar aria aplicabilitatea a robotilor in orice domeniu.Dar aria de aplicabilitate a robotilor creste pe masura ce capabilitatile controller-elor si a tehnologiei senzorilor se imbunatateste.De asemenea,tehnicile inteligente de programare de programare pot conduce la aplicatiile noi.In ultimii ani,domeniile principale de aplicabilitate ale robotilor nu s-au schimbat.A crescut,in schimb,numarul de aplicatii din fiecare domeniu.

Principalele domenii de utilizare a robotilor sunt :

Interconexiuni(asamblari nedemontabile :sudare,lipire,cositorie)

Transport

Procesarea suprafetelor

Debitarea(taiere)

Tehnici de productie :asamblare,pozitionare componente electronice,masuri

Capitolu 2.Iterconexiuni-asamblari nedemontabile intre diferite tipuri de materiale

Pentru roboti,technologia asamblarilor nedemontabile prin sudura si lipire reprezinta un domeniu cu grad nare de automatizare.Robotul preia muncile monotone si periculoase,ca exemplu :sudarea cu arc si sudarea in puncte.In aplicatiile de lipire si cositorie exista emisii de gaze toxice ce pot afecta sanatatea angajatilor.Asamblarea nedemontabila a materialelor necesita o precizie buna si o calitate ridicata.Daca un robot executa suduri,lipiri si cositoriri,procesul poate deveni mai rapid si mai precis.

2.1 Sudarea in puncte

Sudarea in puncte este una dintre principalele aplicatii ale robotilor.In industria automobillelor,dificila munca de sudare a caroseriilor a fost preluata de roboti.Utilizarea robotilor este mult mai economica.

Pentru sudare in puncte este nevoie de forte mari de apasare,astfel incat piesele metalice sa formeze o zona de contact de amperaj mare ce va trece prin zona de contact intre piesele metalice.

Curentul mare va produce topirea metalului in zona de contact,astfel realizandu-se sudarea.In timpul sudarii,dispozitivul mecanic de presare pastreaza piesele lipite pana ce,la punctul de sudura,curentul este oprit si temperatura scade sub o anumita valoare.

Pentru sudarea in puncte se pot folosi si masini speciale,dar utilizarea robotilor este mai flexibila,cu timpu de pregatire mult mai redus,in cazul in care este necesara schimbarea productie(a modelului de caroserie).In industria automobilelor se folosesc in special roboti cu 6 grade de libertate.Miscarea este uzual limitata la pozitionare(PTP)intre diverse puncte din spatiu sau de lucru.Intre doua puncte de sudura po exista si alte puncte de pozitionare intermediara,pentru evitarea unor coliziuni.Pentru caroseria unui automobil sunt necesare,in medie,3.000 de puncte de sudura.

2.2Sudarea cu arc electric

Sudarea cu arc este,de asemenea,u domeniu al robotilor.Aceasta tehnologie presupune miscarea robotului pe o anumita traiectorie cu viteza controlata,asemanator cu cea de la masini CNC.Pachete de programe software permit analiza unor proiectile CAD si generarea de programare pentru roboti,astfel incat acesta sa poata urmari traiectorii foarte complexe.Senzorii folositi trebuie sa reziste la conditiile dure dintr-un atelier de sudura :fum,scantei,variatii de temperatura.

O alta cerinta in sudare cu arc este alimentarea continua cu material de electrod,cu gaz inert si cu lichid de racire.

Sudarea ce arc nu necesita neaparat cu o viteza constanta,dar necesita o miscare exact a electrodului.Pentru optimizarea miscarilor este uzuala o proiectare inteligenta a dispozitivelor de alimentare cu piese.Robotul de sudare cu arc trebuie sa reziste la conditiile dificile de lucru.

2.3 Lipire

In prezent, exista multe aplicatii in care dozarea si aplicarea cleiurilor de lipire pe diverse suprafete se face cu ajutorul robotilor folositi pentru lipire sunt asemanatoare cu ale celor utilizati in sudarea cu arc,adica miscarea continua pe o traiectorie precisa.La acesti roboti,dozarea lichidului de lipire este sincronizata cu viteza de deplasare a diuzei deasupra materialului.Astfel,la schimbari bruste de directie in care viteza scade,se limiteaza si debitul de solutie aplicata.In aplicatiile de lipire se pot atinge viteze mai mari de deplasare decat in aplicatiile de sudare cu arc electric.

2.4 Cositorie

Cositorirea componentelor electronice pe placi imprimate este o aplicatie de succes diferite sau ca acelasi robot care va schimba aparatul de cositorit(care poate fi de diferite marimi)dupa aplicarea mai multor piese de acelasi tip.

In afara de cositorie,pentru lipirea componentele electronice se foloseste si alte tehnologii :lipire cu topire prin inductie,prin lumina in infrarosu sau cu laser.

CAPITOLU 3 TRANSPORT

3.1Diverse procese tehnologice sunt realizate la mai multe posturi de lucru.Apare necesitatea de transport al unei piese dintr-un loc in altul.Un robot poate realiza astfel de aplicatii,mai ales acolo unde munca este prea obositoare sau prea monotona pentru un operator uman.Exista trei tipuri de aplicatii de transport :

-manuirea unor piese

-paletizare ;

-alimentarea cu piese a unor masini-unelte.

3.2 Manuirea unor piese

In productia de masa,robotii asigura fluxul tehnologic pentru statii si masini de prelucrare cu timp de ciclu mic.Datorita varietatii mari de tipuri si dimensiuni de roboti,acestia sunt preferati unor dispozitive mecanice rigide.Robotii se folosesc pentru manuirea unor piese grele,voluminoase sau care au temperatura mare(in industria metalurgica).

Un alt exemplu de manuire piese este sortare.In acest tip de aplicatie,robotul va aranja piese dupa anumite criterii pentru asamblare ulterioare sau pentru alimentare mai multor standuri de lucru.

3.2Paletizarea   

Paletizarea este un proces tehnologic obisnuit la inceputul si la sfarsitul unei statii de procesare sau ale unei linii de productie.Obiectele sunt asezate pe paleti pentru un transport mai usor.La inceputul unei linii de productie,robotul preia obictele de pe paleti si le asaza in primu post de lucru.La sfarsitul liniei de productie,robotul preia obictele de pe linie si le asaza pe paletii,de obicei unul langa altul si pe diferite nivele.

Robotii utilizati pentru paletizare trebuie sa aiba spatiul de lucru mare si viteza de miscare mare.Trebuie sa cunoasca pozitia in care a fost asezat paletul,dimensiunile si modul de asezare pe palet a obiectelor.Functie de marimea obiectelor,robotul va folosi dispozitive de apucare(gripper-e)speciale.

3.4.Alimentarea cu piese a unor masini-unelte

Din cauza costului mare al masinilor-unelte cu comenzi numerice,acestea trebuie sa lucreze cat mai mult si cat mai rapid pentru a se limita timpul de recuperare a investitiei.Utilizarea robotilor pentru alimentarea cu piese a acestor masini-unelte este justificata,deoarece robotii pot executa miscari mai rapide si mai precise decat un operator uman.Pentru ca si un robot este destul de scump,se foloseste deseori in scopul alimentarii cu piese a mai multor masini-unelte.La alimentarea cu piese se folosesc gripper-e duble.Astfel in aceeasi miscare catre masina se ridica piesa prelucrata si printr-o simpla rotatie,se lasa noua piesa bruta.

Robotul se sincronizeaza cu masinile-unelte prin intari/iesiri digitale sau prin comunicatie in retea.

CAPITOLU 4 Procesarea suprafetelor

Domeniul procesarii suprafetelor este destul de dur in ceea ce priveste conditiile de lucru si sanatatea operatorilor umani.La locul de munca pot exista vapori de solventi chimici,praf,resturi de polizare,scantei,zgomot intens etc.In aceste cazuri automatizarea este impusa de conditiile grele de munca.De obicei,aceste zone sunt izolate de restul spatiului de productie prin cabinete sau paravane.

Aplicatii uzuale ala robotilor in domeniu procesarii suprafetelor :

-Vopsire

-Polizare si slefuire

-Debavuvare

4.1 Vopsire

Robotii de vopsire sunt frecvent utilizati in aplicatiile industriale.Cel mai bun exemplu este cel de vopsire a caroseriilor de automobile,care este deja un standar.Mai multi roboti coopereaza la acelasi stand de lucru pentru vopsirea unei caroserii.

Particulele atomizate de vopsea care ies din pistolul de lipit sunt electrizate.Astfel ele adera mai bine la suprafata metalului,pierderile de vopsea fiind sub 5%.Pentru o vopsire de calitate,distanta dintre pistolu de vopsit si suprafata metalului trebuie sa ramana constanta.De asemenea,viteza de miscare trebuie sa fie constanta.

Multe firme inca mai folosesc proceduri de tip teach-in pentru a memora pozitiile de miscare ale robotului.Utilizeaza un model al robotului si o caroserie etalon pentru a invata manual ce traiectorii trebuie sa urmareasca robotul.

Piesele pot fi plasate pe o banda rulanta.In aceste cazuri,traiectoriile miscarile robotului trebuie sa tina seama de viteza de miscare a benzii rulante.

Robotii sunt protejati impotriva patrunderii in articulatii a vaporilor solventi si a picaturilor de vopsea.

4.2 Polizare si slefuire

In aplicatiile de polizare,robotul trebuie sa manuiasca o piesa pe care sa o preseze cu o forta controlata asupra unei baenzi sau a unui disc de polizare.Mobilitatea bratului robotului permite polizarea piesei sub diferite unghiuri,atat static,cat si din miscare.

Senzorii speciali trebuie sa masoare forta de apasare si sa detecteze pozitia uneltei(discul polizorului),in cazul in care aceasta se uzeaza.

4.3 Debavurare

In metalugie,dupa operatia de turnare in forme,suprafetele pieselor sunt acoperite de bavuri.Acestea trebuie indepartate cu ajutorul unor discuri de taiere sau a unor polizoare.

Polizoarele se pot monta pe robot cu ajutorul unor flanse de metal si cauciuc.Elasticitatea cauciucului preia socul transmis in bratul robotului de forma neregulata a bavurilor si perminte mici deviatii de la traseul exact(programat)al sculei robotului.

CAPITOLU 5. Debitare

In multe aplicatii industriale,pentru taierea tablelor se folosesc masini de stantat.Dar unele materiale si piese de forme complexe nu permit utilizarea stantelor.De asemenea,pentru serii mici de fabricatie,construirea unei matrite de stantat este neeconomica.In aceste cazuri se pot utiliza roboti care vor trebui sa manuiasca diverse unelte de taiere.

Procesele de debitare implica existenta unui pericol pentru siguranta operatorului uman.Ca factori de pericol,se pot enumera :emisiile de gaze,praf,umiditate,lumina de laser,zgomot etc.

Robotii utilizati in operatii de debitare trebuie sa satisfaca aceleasi cerinte ca si cei de sudura cu arc.Trebuie sa urmareasca cu precizie traiectorii complexe.

Principalele tehnologii de debitare utilizate cu roboti sunt :

-taiere cu jet de apa

-taiere cu laser

-taiere prin mijloace conventionale

5.1Debitarea cu jet de apa

Se foloseste pentru a taia materiale moi,cum ar fi plasticul sau materialele compozitie.Un jet de apa sub presiune(de sute,pana la o mie de bari),cu diametru de 0,15mm,este plimbat pe deasupra materialului care se doreste a fi taiat.Debitul este mic,0,5 litri pe minut,si valve speciale pot opri jetul in cateva milisecunde.

Zonele de taiere cu jet de apa sunt izolate cu cabine de lucru.Robotii trebuie sa reziste la umiditatea ridicata,rezultata in zona de taiere.Ei sunt protejati la fel ca robotii pentru vopsire.

5.2Taiere cu laser

Laserul este o tehnologie noua.Taierea cu laser este bazata pe separarea termica a materialului.Acesta este incalzit pana la temperatura de topire sau chiar de evaporare.Se pot taia cu laser atat materialele metalice,cat si nemetalice(plastice,ceramica).Exista mai multe tehnice de taiere cu laser ce depind de tipul de gaz folosit pentru suflare.

5.3Taiere prin sublimare   

Raza laser vaporizeaza metalul.In locul de taiere,pe langa laser,trebuie suflat un gaz inert ce va indeparta materialul vaporizat.

5.4Taiere prin topire

Laserul topeste materialul,iar gazul inert indeparteaza topitura.Cu aceasta tehnologie,un robot poate taia metal in atmosfera controlata(gaz inert),fara sa produca oxidare suprafetelor de separatie.

5.5Taierea cu reactie exoterma

Materialul este incalzit cu o raza laser pana aproape de punctul de topire.Un gaz special de ardere(oxigen)este suflat deasupra zonei de taiat.Are loc un proces exoterm care produce o incalzire suplimentara si topeste materialul topit

Taiere conventionala

Robotii utilizeaza,pentru taiere,doua tehnologii conventionale.

5.6Cu flacara autogen   

Aceasta este cea mai veche metoda folosita pentru procedee de taiere termica.Este folosita pentru a taia otel slab aliat,cu grosime de la 3 mm pana la 200mm.Selectia gazului potrivit este esentiala pentru obtinerea unei taieri de calitate.De exemplu,oxigenu este utilizat in combinatie cu acetilena sau propan.Flacara incalzeste materialul pana la o temperatura de aprindere a acestuia,dupa care materialul arde datorita prezentei oxigenului.In timp ce arde,temperatura materialului creste pana la punctul de topire si jetul de gaze indeparteaza topitura.

5.7 Taierea cu arc de plasma

Spre deosebire de taierea cu flacara autogena,taierea cu plasma nu conduce la aprinderea si arderea materialului.Plasma are suficienta energie pentru a provoca topirea materialului.Indepartarea materialului se face cu un jet de gaaz inert.La origine,acest procedeu a fost folosit pentru taierea metalelor pentru care nu se putea folosi procedeu autogen :aliaje crom-nichel,otel inox,cupru.Grosimea acestor materiale putea atinge maxim 150 mm.In prezent,se foloseste si tehnologia pentru taierea otelurilor nealiniate sau alab aliate,cu grosimi de pana la 40 mm.

CAPITOLU 6. Domenii speciale de utilizare a robotilor

In afara de productia industriala,exista si alte domenii in care utilizarea robotilor s-a impus sau a fost eficienta.In aceste domenii,nu se poate vorbi despre raportul intre costul robotului si un anumit numar de produse.Exemple de domenii cu aplicatii speciale pentru roboti sunt :

-Spatiul extraterestru

-Laboratoare de cercetare

-Medicina

-Productii in camere sterile

-Constructii

6.1 Spatiul extraterestru   

In spatiul extraterestru,prezenta omului este foarte costisitoare.Instalatiile pentru sustinerea vietii si aprovizionarea astronautilor de pe pamant sunt complexe si scumpe,din punct de vedere tehnologic.De aceea,in misiuni spatiale sunt preferate sistemele automatizate.

Urmatoarele misiuni spatiale pot fi realizate cu ajutorul robotilor :

-realizarea de experimente de laborator

-acrosarea si realimentarea satelitilor,cu posibilitatea de efectuare de reparatii;

-exploatarea unor planete cu roboti mobile.

6.2 Laboratoare de cercetare

Laboratoarele de cercetare in domeniu medicinei,farmaceutic,al chimiei si biotehnologiilor necesita intotdeauna manuirea unor substante sau aparate.Aceste treburi pot fi prelucrate de roboti.

Robotii de dimensiuni mici pot executa efficient urmatoarele activitati:

-manuirea de pipete pentru dozare amestecuri ;

-manuirea de eprubete ;

-alimentarea unor cabinete aflate la temperatura ridicata ;

-alimentarea cu probe a unor analizatoare ;

6.3 Medicina

Fabricarea unui produs medical necesita maxima igiena si precizie ridicata.O mare parte din produsele farmaceutice sunt produse in camere sterile.Prezenta omului in aceste locuri poate compromite productia.De aceea,utilizarea robotilor este justificata.In camere sterile,robotii realizeaza toate activitatile de manuire si de impachetare(incapsulate)a produselor.

In viitor,roboti specializati vor putea asista medicii la operatiile chirurgicale.In primele analize clinice,robotii tele-operati pot executa miscari impuse de medici.Robotii chirurgicali autonomi vor putea asista medicii la operatiile chirurgicale.In primele analize clinice,roboti tele-operati pot executa miscari impuse de medici.Robotii chirurgicali autonomi vor putea,in viitor,sa execute singuri operatii chirurgicale complete.Imagini tomogarfice si camere de luat vederi vor transmite informatii permanent catre acesti roboti.

6.4 Productii in camere sterile   

Anumite procese de productie necesita controlu strict al climatizarii si un mediu foarte curat.Ca exemplu se pot da:productia de semiconductori,de circuite integrate si de materiale magnetice pentru stocare date.Aceste productii se realizeaza in asa-numitele camere sterile.Intr-o camera sterila temperatura si umiditatea sunt mentinute constante,iar aerul trebuie sa aiba cat mai putine particule de impuritati(praf,vapori de ulei,aerosoli etc.)In aceste incinte,roboti sunt folositi,in general,pentru activitati de manipulare.Miscarile trebuie sa fie deseori foarte precise,iar gradul de repetabilitate al miscarilor este foarte important.In plus,acesti roboti trebuie sa nu contamineze aerul cu impuritati.

6.5Constructii

Muncitorii constructori trebuie sa lucreze in aer liber,in orice conditii de vreme.Deseori,trebuie sa manipuleze obiecte grele in spatii incomode.Aceasta munca este grea si implica riscuri mari de accidentare.

Din aceste motive este de dorit ca anumite munci sa fie automatizate.Robotii sunt foarte rar utilizati in constructii,in special in zonele de producere a semifabricatelor,dar acei cativa care sunt in activitate lucreaza in urmatoarele domenii:

-lucrari de zidarie;

-ramforsare in constructia prefabricatelor;

-constructii de cladiri automatizate.

Robotii folositi in lucrari de zidarie trebuie sa reziste la aceleasi conditii ca toate celelalte masini din constructii:

-sa fie posibila utilizarea lor in aer liber si cu dese relocatii;

-sa reziste la transport pe drumuri neamenajate;

-sa reziste la mizerie,noroi si apa;

-sa poata opera pe orice vreme si in conditii climaterice variate;

-trebuie sa dispuna de autonomie,deci de o sursa de energie proprie.

CAPITOLU 7. Dispozitive aditionale pentru roboti

La fel ca un om,un robot are nevoie de diverse scule,intrumente si dispozitive de masura,pentru a putea indeplini intr-un timp dat o munca de calitate.De aceea,un robot are in spatiul lui de lucru mai multe dispozitive aditionale,care il ajuta sa indeplineasca functii specifice.Cele mai uzuale dintre aceste dispozitive se enumera mai jos.

-senzori;

-statii de pozitionare a pieselor;

-dispozitive de aprindere;

-magazii de piese;

-sisteme de transport;

-axe de miscare aditionale;

-masini-unelte;

-depozite cu stocuri.

7.1 Statii de pozitionare a pieselor

Sunt utilizate pentru fixarea intr-o anumita pozitie a pieselor sau a unor module care transporta piese.Din aceasta pozitie piesele sunt prelucrate de o masina sau de catre robot.Fixarea pieselor se realizeaza prin actionari pneumatice ce preiau piese de pe o banda rulanta,le asaza intr-un dispozitiv de fixare cu ghidaje mecanice.   

7.2 Dispozitive de prindere   

Dispozitivele de prindere sunt utilizate pentru fixarea si strangerea pisei in vederea executarii unei operatii tehnologice asupra acesteia.Prin fixarea si strangerea piesei se asigura o pozitie si o orientare exacte ale acesteia.

Dispozitivele de prindere sunt mecanice si la actionarea lor,in mod frecvent,se foloseste energia electrica,pneumatica sau de vacuum.

7.3 Sisteme de schimbare a sculelor

In productia industriala de masa,un robot poate realiza timp indelungat o singura operatie precisa pentru foarte multe piese identice.In acest scop ,robotul este dotat cu un gripper sau o acula,specializate pentru operatia tehnologica.

Daca robotul este prevazut sa opereze cu mai multe tipuri de piese de diferite forme,atunci el va trebui sa foloseasca mai multe tipuri de gripper-e sau scule.

Nu exista inca un gripper universal sau o scula universala pentru intreaga gama de activitati realizate de roboti.De aceea,gripper-ul sau unealta trebuie proiectate special pentru manevrarea sau prelucrarea optima a piesei de interes.Uneori,robotii trebuie sa schimbe scula,si pentru acest lucru se folosesc dispozitive speciale de tip magazie de scule,la care robotul are acces in spatiul sau de lucru.In acest scop,bratul robotului are din proiectare un dispozitiv de prindere necesar pentru fixarea sculelor.

7.4 Sisteme de transport   

Intr-o fabrica automatizata,fuxul de materiale trebuie sa fie foarte bine gandit si optimizat.Exista numeroase variante de asigurare in flux continuu a productiei cu materie prima,piese brute,scule consumabile etc.Urmatoarele sisteme de transport sunt dintre cele mai folosite:

-benzi transportoare(pentru piese mici)

-carucioare de transport(pentru piese mari)

-vehicule cu ghidare autonoma(pentru distante mari);

-mese rotative indexabile.

Desi sistemele de transport par sa fie separate de productie,componentelelor sistem pot servi si la alte scopuri.De exemplu,AGV-urile pot fi utilizate ca masa de la un post de prelucrare sau la mai multe posturi,astfel,pissa putand sa nu paraseasca forma vehiculului pe durata intregului proces de fabricatie.Aceeasi idee de poate pentru benzi transportoare sau pentru mese rotative de indexare.