Роботы в сварочном производстве


Технологические возможности промышленных роботов (ПР), применяемых в сварочном производстве, характеризуют следующие параметры:
• Грузоподъёмность (суммарная грузоподъёмность его руки);
• Число степеней подвижности (свободы) рабочего органа;
• Кинематическая схема;
• Точность позиционирования;
• Форма и размеры рабочей зоны ПР – пространство, в котором может находиться рабочий орган, осуществляющий сварку;
• Система координат, которая определяет кинематику основных движений и форму рабочей зоны;
• Система управления ПР (цикловая и контурная).
Промышленные роботы имеют различные системы координат – прямоугольную, цилиндрическую, сферическую, шарнирную. Кинематические схемы большинства промышленных роботов предусматривают дополнительные степени подвижности, обеспечивающие ориентацию инструмента относительно изделия. Наиболее распространённые в сварочных работах шарнирная и прямоугольная кинематические схемы координат. Шарнирная схема координат позволяет обеспечивать скорость движения рабочего инструмента в диапазоне как медленных (рабочих скоростей – 1 мм/с), так и высоких (транспортных скоростей – 2000 мм/с) перемещений.
В промышленных роботах применяют пневматический, гидравлический и электрический приводы. В сварочных работах, как правило, используют электропривод, так как он обеспечивает высокое быстродействие и точность. Системы управления роботов, несущих инструмент, могут быть цикловые, позиционные и контурные. Наиболее простая цикловая схема предназначена для выдачи ряда команд в определённой последовательности, но без регламентации перемещения по каждой из осей. Роботы с цикловым управлением применяются в основном при сборке деталей, при погрузочно-разгрузочных, транспортных работах.
Позиционная система управления задаёт не только последовательность команд, но и положение всех звеньев промышленного робота, её используют для обеспечения сложных манипуляций с большим количеством точек позиционирования. При этом траектория инструмента между отдельными точками не контролируется и может отклоняться от прямой, соединяющей эти точки. Однако завершение перемещения в каждой запрограммированной точке обеспечивается роботом с заданной точностью. Роботы с позиционной системой программирования в основном используются для контактной сварки.
Контурная система управления даёт движение в виде непрерывной траектории. Движение инструмента по прямой линии или по окружности требует задания всего двух точек в первом случае и трёх - во втором. Это позволяет интерполировать отдельные участки траектории отрезками прямых и дугами окружности, что существенно сокращает время программирования (обучения) робота. Для дуговой сварки, как правило, используют роботы с контурной системой управления.
К роботам, применяемым для сварки, обычно предъявляют дополнительные специальные требования. Например, для роботов, используемых для контактной точечной сварки, можно указать следующее: грузоподъёмность – более 600Н; погрешность позиционирования – не более 1 мм; система управления – не хуже, чем позиционная; быстрая смена рабочего инструмента (сварочных клещей).
Дуговая сварка характеризуется рядом последовательных операций: возбуждение и поддержание дугового разряда, перемещение электрода вдоль стыка, заварка кратера и разрыв дуги, периодическая очистка сопла сварочной головки. Всё это предъявляет ряд технических требований к промышленным роботам, предназначенным для дуговой сварки. Например, необходимо программное управление не только траекторией движения электрода по стыку, но и технологическими параметрами процесса сварки (сварочный ток, напряжение, скорость сварки, скорость подачи сварочной проволоки, расход защитного газа и т.д.); грузоподъёмность должна быть не менее 100-150Н; число степеней подвижности – не менее 5-6; погрешность позиционирования – не более +/-0,2мм; система управления контурная.
Проблема комплексной автоматизации многономенклатурного производства наиболее эффективно решается на основе создания роботизированных технологических комплексов (РТК) различного технологического назначения. В состав РТК могут входить позиционеры и/или сварочные манипуляторы, магазины и/или накопители, источники тока и шкафы управления, устройства для очистки горелки или зачистки электродов.
Технологические возможности РТК определяются не только характеристиками промышленного робота, но и вспомогательным оборудованием и оснасткой, которые позволяют установить изделие в удобное положение при сварке, осуществить кантовку изделия и др. Обычно все роботы, входящие в РТК, и вспомогательное оборудование управляются единой микропроцессорной системой. Кроме того, в состав РТК входит ряд дополнительных устройств, обеспечивающих безопасность его обслуживания и диагностику его работы.
В современном сварочном производстве роботы используют в виде роботизированных комплексов, когда сварку одной сборочной единицы выполняют несколько сварочных роботов и манипуляторов с микропроцессорной системой управления, осуществляющих поворот и перемещение изделия для установки детали в удобное для сварки положение.
Встречаются несколько схемных решений роботизированных комплексов:
• Несколько однотипных сварочных роботов, например дуговых или контактных, осуществляют сварку различных швов одного изделия. Это позволяет повысить производительность изготовления за счёт одновременного выполнения нескольких швов и сокращения времени холостых (установочных) перемещений рабочего инструмента, а также упрощает обеспечение доступа рабочего инструмента к месту сварки;
• Несколько разнотипных сварочных роботов, например, дуговых и контактных осуществляют сварку одного изделия;
• Один робот работает как манипулятор, устанавливая изделие в удобное для сварки положение, а другие осуществляют сварку. Данное решение более эффективное, чем применение манипулятора, поскольку робот обеспечивает большее число степеней свободы, но существуют ограничения по массе деталей;
• Один робот работает как манипулятор, устанавливая изделие в удобное для сварки положение, другой робот с помощью дистанционного измерительного устройства определяет действительные координаты мест сварки и корректирует программу сварочного робота, а третий осуществляет сварку по откорректированной программе с учётом реального расположения мест сварки. Такая схема позволяет исключить ошибки позиционирования, возникающие из-за неточности изготовления и сборки деталей.