PODLOGE ZA PREDMET ROBOTIZIRANO ZAVARIVANJE I

PREVLAČENJE I IWE TEČAJ T.1.15.

Prof.dr.sc. Zoran Kožuh

Što je bio glavni motiv uvođenja robota u industrijsku proizvodnju?

profit!

Često se može čuti da su roboti uvođeni zbog 4D poslova

4D? difficulty dangerous dirty dummy

UVOD

Leonardo da Vinci, 15 st; K. Čapek; rabota, teleoperateri+numeričkiupravljani alatni strojevi, 50 te godine prošlog stoljeća, g. Devol,Unimation Inc

GENERACIJE ROBOTA

Prva generacija:

Ne snalaze se u situacijama neizvjesnostiVisokoorganizirana okolina.

Što je to situacija neizvjesnosti?Situacija za koju robot nije programiran (primjeri!)

Druga generacija:

Snalaženje u nekim situacijama neizvjesnosti-primjeri!

Jednostavne odluke (da ili ne)

Treća generacija (inteligentni roboti):

Takvi roboti sposobni su razdvojiti proces prikupljanja informacijai donošenja odluka od kasnijeg kretanja kojim se te odluke sprovode- primjeri!

OSNOVNI KINEMATIČKI POJMOVI

pokretljivost tijela u prostoru

slobodno se tijelo, prema skici može gibati na koliko načina? 6

3 translacije (pomaka) duž koordinatnih osi x,y,z, čime se postiže pozicioniranje nekog tijela u prostoru

3 rotacije (zakreta) oko koordinatnih osi sx, sy, sz, čime se omogućuje orijentacija tijela

Za slobodno tijelo čije se gibanje u prostoru određujepomoću 6 parametara, kažemo da ima šest stupnjevaslobode gibanja: f=6.

Broj stupnjeva slobode gibanja je broj slobodnih odnosno mogućih nezavisnih kretanja.

Postoje razne vrste zglobova a nekoliko jednostavnijih prikazano je na slijedećim slikama:

Broj stupnjeva slobode gibanja je krucijalni pojam u robotici.

Zašto? Zato što o broju stupnjeva slobode direktno ovisi kompliciranostzadatka (gibanja i pozicioniranja) koji robot može obaviti.

Kako kod robota odrediti broj stupnjeva slobode?

Pobrojati zglobove!

- translacijski zglob (pomak duž jedne osi) 1f=

- rotacijski zglob (zakretanje oko jedne osi) 1f=

- valjkasti zglob (zakretanje i pomak valjka unutar šupljeg valjka)

2f=

- vijčasti zglob (vezano zakretanje oko osi i pomak duž nje)1f=

-kuglasti zglob (tri neovisna zakretanja kugle unutaršuplje kugle)

3f=

KINEMATIČKE STRUKTURE ROBOTA

Prvo uvesti pojmove:

Pozicioniranja

Potpune orijentacije

Djelomične orijentacije

Pozicioniranje: dovođenje vrha hvataljke (alata) u željenu točku prostora

Potrebno ____ stupnja slobode3

Djelomična orijentacija: podrazumjeva poklapanje određene osi hvataljke,alata ili radnog predmeta sa željenim pravcem u prostoru

Potrebno __________ stupnjeva slobode5

Potpuna orijentacija (potpuno pozicioniranje): podrazumjeva postavljanje hvataljke (alata) u kutevima točno definirani položaj u prostoru

Potrebno ________stupnjeva slobode6

Robotska stanica (robot+pozicioner)

Ljudska ruka ima 32 stupnja slobode

Koliko stupnjeva slobode imaju današnji moderni industrijski roboti?

šest

Zašto nemaju više?

To je puno stupnjeva slobode, ali često poželimo još

Direktni kinematički problem ?

Inverzni kinematički problem ?

Pogoni robota

- pneumatski- hidraulički- električni

Roboti u zavarivanju – potrebne karakteristike

robot:

pozicioner (i):

postolje:

“Zavarivački” roboti moraju neophodno imati mogućnost:

- zavarivanja po pravcu

6 (5) stupnjeva slobode

0 (ili više) stupnjeva slobode

1 (ili više) stupnjeva slobode

- zavarivanja po kružnici

- višeslojnog zavarivanja

- njihanja električnog luka

- popunjavanja završnog kratera

- on line programiranja

- eksternog starta više programa

- pohranjivanja programa na medij

uz točnost od ____ mm

Ovisno o vrsti proizvoda i postupku zavarivanja.

Povoljno je ako “zavarivački” robot ima mogućnost:

- traženja radnog komada (senzor program shifting)

Samo za lasersko zavarivanje treba posebno paziti. Zašto?

Uglavnom roboti na tržištu imaju za zavarivanje zadovoljavajuću točnost

Npr. robot u laboratoriju za zavarivanje ima točnost od 0,02 mm, što je za zavarivanje više nego dovoljno

- paralelnog pomicanja (paralel shifting)

- off line programiranja

- spajanja dodatnih stupnjeva slobode

- spajanja senzora (osjetila)

-javljanja greške nedostatka zaštitnog plina (MIG/MAG zavarivanje)

-javljanja greške pregrijavanja pištolja (nedostatak tekućine za hlađenje)

Naš robot ima sve od navedenog

Koje postupke zavarivanja ima smisla robotizirati?

1. Elektrootporno zavarivanje (prvenstveno točkasto)

2. MIG/MAG zavarivanje

3. Lasersko zavarivanje

Koji postupak je najlakše robotizirati i zašto?

4. Plazma zavarivanje

4. TIG zavarivanje

Robotizirano EO točkasto zavarivanje

• Prije 1970 – Jednostavni,

samostojeći roboti za EO

točkasto zavarivanje

• 1970 – General Motors uveo

je prvu proizvodnu liniju s

robotiziranim EO točkastim

zavarivanjem

• 24 robota

• pokretna traka

• Danas-vrlo rašireni postupak

robotiziranog zavarivanja;

pogotovo u auto industriji

• Često i više od 60 robota u jednoj

proizvodnoj liniji

• više tisuća zavarenih točaka na

jednom automobilu

Potrebne komponente:

- robot za točkasto zavarivanje (spot welding robot)- pištolj za točkasto zavarivanje (spot welding gun)- uređaj za podešavanje vremena (weld timer)- uređaj za pripremu elektroda (elektrode tip dresser)- okretni zglob (spot welding swivel)

-“C-gun” – (radni cilindar je smješten na klještima)-“X-gun” – (radni cilindar nije smješten na klještima)

C-gun

Dva tipa pištolja:

C-gun

X-guns

- pneumatski ili hidraulički pištolji- pneumatski više u uporabi- hidraulička izvedba je manja, rabi se kod manjka prostora ili tamo gdje su potrebne velike sile stiskanja klješta

Okretni zglob (veza pištolj-robot)

Svi kablovi (struja, voda, zrak) su integrirani u okretni zglob; time se bitno olakšava programiranje robota

Vođenje laserske zrake

zrcalima (CO2 laseri)

optičkim vlaknom (Nd-YAG laseri)

Lasersko zavarivanje robotom (sustav laser-robot)

Vođenje zrake (laserske glave)

Povezivanje robota i lasera (sustav laser-robot)

- prvenstveno zbog povećanja fleksibilnosti i 3D obradu

Sustav CO2 laser - robot

- vanjsko vođenje laserske zrake

- unutrašnje vođenje laserske zrake

Sustav Nd-Yag laser-robot

- vođenje zrake optičkim vlaknom

Vanjsko vođenje laserske zrake

Unutrašnje vođenje zrake

Sustav Nd-Yag laser-robot; vođenje zrake optičkim vlaknom

CO2Nd-Yag

Vođenje zrake

Kompliciranost

Fleksibilnost

Snaga

Izvedba

Trajnost

Održavanje

Sigurnost rada

Cijena po kW

3D obrada

Programiranje

zrcala optičko vlakno

vrlo velika mala

mala velika

velika mala

nije jednostavna jednostavna

velika velika

komplicirano jednostavno

veća manja

manja veća

teško lako

teško lako

Usporedba povezivanja CO2 i Nd-YAG lasera s robotom

PROGRAMIRANJE ROBOTA

Osnovne metode (vrste) programiranja robota:

Također unutar navedenih osnovnih metoda programiranjapostoje daljnje podjele npr.:

- on-line programiranje- off-line programiranje- hibridno (mješano) programiranje

- “teach in” metoda- izravno programiranje- indirektno programiranje- programiranje kretanjem po stazi- programiranje postavljanjem na točku- programiranje sa senzorskom podrškom- makroprogramiranje- grafičko programiranje- programiranje orijentirano zadatku- programiranje orijentirano pokretu

On-line programiranje

- Programiranje se vrši na radnoj poziciji robota

Najčešće spominjana i upotrebljavana metoda je tzv. “teach in” metoda programiranja (učenje robota)

Teach in metoda dijeli se na:- izravno učenje- neizravno učenje

- izvodi se tako da operater ručno pomiče ruku robota preko željenih točaka u prostoru

Izravno učenje:

- Robot za vrijeme programiranja ne može obavljati proizvodnu funkciju

- pozicije tih točaka pohranjuju se u memoriju što omogućuje kasnijekretanje robota po stazi definiranoj tim točkama

- danas je to vrlo rijedak način programiranja robota

Neizravno učenje:

-robota se pomoću kursorskih tipki ili joysticka pomiče preko željenih točaka u prostoru

-kursorske tipke, odnosno joystick smještene su na “teach pendantu” (-privjesak za učenje)

-uz kordinate navedenih točaka u memoriju se pohranjuju i željeni parametri gibanja (linear, jog mode, circle...)

-kod zavarivačkih robota u memoriju se pohranjuju i parametri zavarivanja

-neizravno učenje je najčešći način programiranja tako ga se uobičajeno naziva “teach in” metoda učenja, odnosno on-line metoda programiranja se izjednačuje sa “teach in” metodom

Blok dijagram “teach-in” programiranja:

Prednosti i mane on line programiranja ?

- nije potrebna nikakva dodatna nabavka softwera i hardwera - lako se uči- nije potreban visokoobrazovani kadar

- robot za vrijeme programiranja ne može obavljati proizvodnu funkciju- kod više robota u pogonu to je dugotrajna metoda

Off-line programiranje

- programiranje se vrši na mjestu neovisnom o robotu

- nije moguće unaprijed programirati robota za zavarivanje radnih komada prema nacrtu

-3D simulacija robotske stanice, radnog komada, robota i njihovog gibanja (virtual reality)

- vrši se pomoću specijaliziranog softwera na računalu odgovarajućih karakteristika (npr. ROBCAD software i radna stanica Silicon Graphics)

Faze off-line programiranja:

- 3D konstruiranje i kalibriranje robotske stanice (radi se samo jednom)

Prednosti i mane off line programiranja ?

- potrebna je dodatna nabavka softwera i hardwera (vrlo skupo!)- potrebno je puno vremena za osposobljavanje programera (program je puno kompliciraniji od npr. AutoCada)- potreban je visokoobrazovani kadar

- robot za vrijeme programiranja može obavljati proizvodnu funkciju- moguće je unaprijed programirati robote za zavarivanje radnih komada prema nacrtu - moguće je prije samog procesa zavarivanja izvršiti simulaciju zavarivanja sa svim radnim vremenima (virtual reality)- moguća je jednostavna provjera na koliziju (sudar robota s nečim iz okoline)

- 3D konstruiranje radnog komada (za svaki komad posebno; moguć uvoz AutoCad datoteka)

- programiranje robota (prema radnom komadu-nacrtu)

Hibridno (mješano) programiranje

Dio programa vezan za operacijski tok se generiraoff-line, a dio programa koji je vezan za gibanje robotau prostoru generira se on-line

Kod ove metode potrebno je robota pomoću privjeska za učenjeprevesti preko željenih točaka, zapamtiti im pozicije (on-line diomješane metode), te nakon toga na računalu koje je ili nijeizravno povezano s robotom, uz zapamćene pozicije točakaizraditi program za zavarivanje (off-line dio mješane metode)

Programiranje kod kojeg se program napisan pomoću teach-in metodeprebaci na računalo gdje se uz korištenje nekog od programskih paketa(npr. IPAS) modificira, također pripada u hibridno (mješano) programiranje

Takvim načinom programiranja robot je kraće vrijeme zauzet nego kodon-line programiranja, ali se zahtjeva dodatni software i hardware (punojeftiniji nego kod off-line programiranja!), a vrijeme učenja programiranjaje nešto dulje nego kod on-line, a puno kraće nego kod off-line programiranja.

!!! IMPORTANT !!!

- Always keep your eye on the robot and never stand with your back towards the robot

- Special care is required when entering the working area of the robot. Never enter the working area of the robot if

the latter is in the automatic operation mode

- If the axes are stationary this does mean that the robot is not in operation. Even when the lights of the drive switches are off, the drives could still be switched on (Lights could

be defective)