15 gotowych aplikacji zrobotyzowanych dla przemysłu: FANUC na Targach EMO 2011

13/10/2011

Ponad 2.000 wystawców z 41 krajów z całego świata. EMO 2011, światowe targi branży obróbki metalu, były dla FANUC Corporation okazją do zaprezentowania kompleksowej oferty produktowej. Asortyment Factory Automation (CNC, technika napędowa, systemy laserowe), Robomachines oraz 18 robotów przemysłowych pracujących w 15 aplikacjach znalazło się na przestrzennym stoisku o powierzchni 1.700 m.kw.

 

Największy w ofercie FANUC Robotics robot 6-osiowy o udźwigu 1350kg, prezentowany był w aplikacji przenoszenia różnych ciężkich ładunków, w oparciu o zintegrowany system wizyjny (kamera 3D z głowicą laserową, do identyfikacji różnych detali) oraz nowość - chwytak sterowany serwonapędem, stanowiący 7. oś robota. W tym innowacyjnym, automatycznym systemie wymiany chwytaków, rekonfiguracja pozycjonowania przy zmianie chwytaka i detalu na inny jest zbędna. Informacje na temat różnych detali są skonfigurowane w systemie. Dzięki serwonapędowi zapamiętane jest położenie detalu.
Proces przenoszenia uwzględniał ważenie ładunku na niezależnej wadze - goście targowi na własne oczy mogli się przekonać, że detal waży 1354.8kg. Dedykowanie tego modelu robota do pracy w branży motoryzacyjnej (przenoszenie całych karoserii samochodowych) i odlewniczej jest zatem uzasadnione. Na świecie pracuje 30 takich robotów. Przeznaczenie ich do obsługi ciężkich detali nie ogranicza ich działania - znane jest zastosowanie robota FANUC M-2000iA do aplikacji przenoszenia wiadra z pyłem na wysokość kilku metrów celem wsypania tego pyłu do pieca.
Przedstawiony w aplikacji chwytak wyprodukowała firma Schunk.

*****

Nowością i jednocześnie największą zaletą tej aplikacji spawalniczej jest innowacyjne oprogramowanie Visual Torch Mate, którego zastosowanie umożliwia bezdotykową kalibrację punktu TCP dla wielu robotów pracujących w tym samym systemie (tu: kontrola 14 osi). Automatyczna kalibracja punktu TCP pozwala na otrzymanie informacji o kącie podawania drutu spawalniczego i zapewnienie powtarzalności tego kąta podczas całej aplikacji spawania, a tym samym stabilnej jakości procesu. W systemie uwzględniony został także pakiet koordynacji ruchu wielu robotów. W opisanej konfiguracji systemu, czas kalibracji punktu TCP został zmniejszony do minimum.
Roboty mają przelotowe ramiona, co umożliwia poprowadzenie przewodów spawalniczych nie na zewnątrz robota, ale wewnątrz, co ogranicza ewentualność wystąpienia kolizji przewodów z innymi elementami stanowiska. Ponadto przewody nie są rozciągane, ale skręcane. Nadgarstek robota jest na tyle wąski (serwonapędy są na innej osi), że umożliwia spawanie spoin z utrudnionym dostępem. Podajnik drutu umieszczony jest na ramieniu robota.
Roboty są zainstalowane na pochylonej o 45 stopni podstawie, dzięki czemu uzyskuje się optymalniejsze wykorzystanie koperty pracy robotów.

*****

W tej aplikacji robot montuje metalowe części silnika ze wspomaganiem technologii Force Sensor FS-10iA. Robot LR Mate 200iC najpierw lokalizuje otwór dzięki wbudowanemu systemowi iRVision, następnie wprowadza detal do otworu (pasowanie H6/g6) i przeprowadza operację montażu.
Zastosowanie czujników siły zaś pozwala systemowi robota na identyfikację przyłożonej do chwytaka robota siły lub momentu, a następnie na inteligentne poszukiwanie właściwej dla danego procesu trajektorii ruchu. Do pomiaru siły w kierunkach zgodnych z kartezjańskim układem współrzędnych wykorzystywane są złożone pomiary na poszczególnych osiach robota.
Inteligentne roboty FANUC Robotics wyposażone w czujnik siły FANUC FS-10iA umożliwiają skomplikowane aplikacje montażowe 3D z sześcioma stopniami swobody, w takich branżach jak: branża obróbki metali, produkcja części do samochodów, branża elektroniczna, spożywcza, farmaceutyczna i kosmetyczna. Zastosowanie tego czujnika siły umożliwia udoskonalenie operacji montażowych, operacji obróbki detali lub testów produktów wymagających precyzyjnego dobrania delikatnej siły, do np. kół zębatych czy wentyli. Force Sensor to opcja przy zakupie robota, ale jego obsługa w kontrolerze robota jest w cenie stanowiska zrobotyzowanego.

*****

W aplikacji robot FANUC M-3iA pobiera, obraca i przenosi plastikowe butelki leżące na jednej, poruszającej się taśmie, na taśmę drugą, na którą są stawiane już w pozycji pionowej. Ruch robota jest zsynchronizowany z ruchem taśmy dzięki opcji programowej Visual Line Tracking, a precyzyjne pobieranie elementów i ich odstawianie jest możliwe dzięki wbudowanemu systemowi wizyjnemu 2D.
Wersja o 6 stopniach swobody ma funkcjonalność ludzkiego nadgarstka (3 stopnie swobody), co pozwala na realizację montażu 6D, lutowania, klejenia. Może on przenosić zarówno przedmioty o skomplikowanej budowie, ustawione równolegle do podłoża, jak i dowolnie zmieniać ich położenie względem podłoża - zmieniać ich ustawienie z horyzontalnego na wertykalne. Nadgarstek jest przelotowy, co umożliwia właściwe poprowadzenie przewodów technologicznych.
Przy prędkości nadgarstka 2000o/s w wersji 6-osiowej, powtarzalność pozycjonowania wynosi 0,1mm.
Decydując się na wdrożenie robota FANUC, działa się z wyprzedzeniem, gdyż wbudowany system wizyjny eliminuje konieczność opłacenia godzin inżynierskich, które standardowo przeznaczane są na konfigurację robota innego producenta z zewnętrznym systemem wizyjnym (pochodzącym od różnych producentów).

*****

 
System wizyjny rozpoznaje orientację manipulowanego przedmiotu i na podstawie wcześniej zdefiniowanego wzorca oblicza wektor przemieszczenia. Podajniki poruszają się w przeciwległych kierunkach, z dużą szybkością. Przelotowy nadgarstek może obracać się dzięki przeniesieniu napędu na oś J4, stąd ta wersja robota FANUC M-3iA pozwala na bardzo szybkie obracanie detalem wokół osi pionowej.
Robot FANUC M-3iA jest bardzo szybkim robotem do zastosowania w przemyśle spożywczym w operacjach przenoszenia, układania i pakowania. Robot może być zamówiony w specjalnej specyfikacji dla tego przemysłu. Czas cyklu może wynosić nawet poniżej 0,3s (przy założeniu koperty pracy: 25mm ruchu pionowego, 200mm ruchu poziomego i 25mm ruchu pionowego oraz obciążenia 0,1kg). Przestrzeń pracy ma postać bryły cylindrycznej o wymiarach 1350mm (średnica) i 500mm (wysokość).
Przy prędkości nadgarstka 4000o/s w wersji 4-osiowej, powtarzalność pozycjonowania wynosi 0,1mm.

*****

Aplikacja obrazuje zsynchronizowaną pracę 2 robotów FANUC M-1iA Genkotsu, z których jeden zamontowany jest pod kątem, co pokazuje możliwość elastycznego dostosowania stanowiska zrobotyzowanego do wymagań hali produkcyjnej. Jednocześnie robot dalej zachowuje swoje możliwości udźwigu, a jego zasięg pracy ulega zwiększeniu.
W trakcie montażu jeden z robotów, dzięki wbudowanemu systemowi wizyjnemu, sprawdza jakość detalu - w tej konkretnej sytuacji są to 4 warunki do spełnienia - i wadliwe detale odrzuca, a te, które przeszły test - są montowane. Jednym z warunków jest umiejscowienie napisu w odpowiednim miejscu detalu. Robot jest w stanie kwalifikować detale tylko w 100% dobre. Można oczywiście założyć pewne granice tolerancji, do których robot się dostosuje. Wielką zaletą wbudowania kontroli jakości w proces montażu jest odrzucanie wadliwych detali na podstawie kontroli wykonanej przez robota (zdjęcia i obsługa przez system wizyjny) i możliwość jednoczesnego diagnozowania wad detalu oraz zmiana parametrów procesu produkcyjnego - kontrola jakości jest wbudowana w proces montażu, nie następuje dopiero po jego zakończeniu.

 
*****

W tej aplikacji współpracują kolejne 2 roboty FANUC M-1iA, z których jeden tym razem zamontowany jest w poziomie, czyli pod kątem 90 stopni. Pozwala to na zmianę położenia cylindra zakresu pracy (maksymalna wysokość 100mm), a tym samym jego zwiększenie i obrazuje możliwość dowolnego manipulowania punktem TCP w przestrzeni w celu optymalizacji konkretnej aplikacji. W opisywanym zastosowaniu, dzięki zmianie sposobu montażu robota, możliwe jest przenoszenie detali na wysokość max. 280mm i dodatkowo rotacja w celu zmiany orientacji detalu.

 

*****

W prezentowanej aplikacji robot FANUC M-1iA przeprowadza proces precyzyjnego gratowania obudowy iPhone'a. Manipulacja obudową w trakcie procesu pokazuje zastosowanie opcji programowej Remote TCP - końcówka robota nie jest orientowana w przestrzeni pracy, ale wokół punktu detalu, co pozwala na osiągnięcie korzyści w postaci wyjątkowej elastyczności aplikacji.

*****

Po raz kolejny mamy zobrazowaną sytuację, gdy podczas montażu wadliwe detale są odrzucane jako nie kwalifikujące się do dalszych czynności. Jest to możliwe dzięki wbudowanemu systemowi wizyjnego, który w zależności od skomplikowania aplikacji jest w stanie obsłużyć nawet do 8 kamer. Zdjęcie partii detali nie musi być robione każdemu z nich z osobna, może być wykonane raz - zbiorczo - a robot zapamiętuje, które detale nie nadają się do dalszego montażu. Dla ułatwienia inspekcji, zdjęcie jest robione od dołu.
W tej konkretnej aplikacji robot FANUC M-1iA, dzięki wbudowanemu systemowi wizyjnemu najpierw wyszukiwał detale, a następnie rozpoznawał, które z nich posiadały przynajmniej jedną zakrzywioną nóżkę i eliminował je z pola działania.

 
*****

W tej aplikacji robot FANUC M-1iA obsługuje detale ze ściętą końcówką zgromadzone na jednej płaszczyźnie. Wymagane jest rozpoznanie konkretnego detalu, chwycenie go, ustawienie do zdjęcia do kamery i na podstawie wizji obrócenie go o odpowiedni kąt, aby ścięta końcówka była cała widoczna od przodu oraz odstawienie w identycznej docelowej pozycji wszystkich detali. Kamera znajduje się pod podajnikiem detali.
Zastosowanie robota w tego typu aplikacji ma na celu wyeliminowanie skomplikowanych podajników wibracyjnych, które charakteryzują się wysokim poziomem hałasu.

*****

Precyzyjne przenoszenie krótkich serii różnego rodzaju mikrokomponentów elektronicznych o wymiarach np. 3.2x1.5mm teraz staje się proste - może tego dokonać robot Genkotsu - 2 lub 3 razy wolniejszy od wyspecjalizowanej maszyny, ale w cenie 3 razy niższej. Aplikacja tego typu, z tak małymi elementami, jest obsługiwana przez standardową kamerę współpracującą z wbudowanym systemem wizyjnym FANUC iRVision

*****

Kolejna aplikacja z robotem Genkotsu obrazująca działanie Visual Line Tracking - śledzenia linii dzięki systemowi wizyjnemu. W tym przypadku detale są oświetlone pod kątem, co eliminuje powstawanie refleksów świetlnych, które potencjalnie utrudniają pracę kamery.

*****

Wbudowany system wizyjny, kolorowa kamera i filtr do kamery - to wystarczy, aby skutecznie przeprowadzić sortowanie kolorowych pastylek - aplikację, którą łatwo sobie wyobrazić np. w przypadku pakowania leków do blistrów czy fiolek, albo w dużej aptece szpitalnej, gdzie robot może przygotować porcje leków dla pacjentów. To kolejne zadanie, które skutecznie wykona robot FANUC M-1iA.
Waga robota, 17 kg, ma proste przełożenie na praktykę - robot może być przeniesiony własnoręcznie (i zgodnie z przepisami BHP) przez 1 pracownika, lub przez 2 - jeśli jest przenoszony z metalowym postumentem. Kontroler robota znajduje się w dolnej części postumentu.

 
*****

Aplikacja zgrzewania w przemyśle metalowym zyska nową jakość dzięki redukcji drgań. Ruch ramienia robota staje się bardziej płynny, czas cyklu skraca się o 15%, ilość zrobotyzowanych gniazd obróbczych obsługujących ten sam proces - przykładowo z 7 do 5. Proces uczenia wykonywany jest przed właściwym procesem produkcyjnym. W procesie uczenia się robot wykonuje program analizując - punkt po punkcie - drgania, jakim poddane są kleszcze zgrzewalnicze. Po zarejestrowaniu drgań we wszystkich punktach programu, robot wprowadza poprawki do programu ostatecznego, nadając ramieniu robota odpowiednie drgania - tak aby "wygasić" drgania potencjalne. Dzięki temu piąte ramię robota wraz z kleszczami zgrzewalniczymi nie wpada w drgania i można znacznie szybciej (około 0,5 sekundy na 1 punkt zgrzewalniczy) rozpocząć proces zgrzewania. Do pomiaru drgań podczas procesu uczenia zastosowany jest akcelerometr produkcji FANUC.
Zgrzewadło obsługujące aplikację działa jako 7. oś robota. Robot jest w stanie równocześnie otwierać kleszcze zgrzewające i przesuwać je w kierunku następnego miejsca zgrzewania. Skraca to czas cyklu i tym samym generuje oszczędności w procesie.
W aplikacji zastosowano głowicę ze zgrzewadłem niemieckiej firmy Leva Attendorn.

 
*****

Aplikacja lokalizacji i przenoszenia kołpaków z jednego pojemnika do drugiego może mieć wbudowany proces kontroli jakości - jeśli tylko zastosujemy system wizyjny 3D z 2 kamerami (jedną od dołu i drugą od góry - zamontowaną pod chwytakiem) służący do badania jakości zatrzymywanego między pojemnikami detalu. Wykrycie przez system wizyjny wadliwego produktu skutkuje odrzuceniem go z procesu. Kontrola jakości jest wartością dodaną robotyzacji tego stanowiska. Robot może akceptować jedynie produkty w 100% dobre. Zrobienie i przetwarzanie 1 zdjęcia trwa mniej niż 100ms. Przetwarzanie następuje podczas ruchu.
Podczas procesu chwytania robot może dostosować pozycję chwytaka idealnie równolegle w stosunku do podnoszonego detalu, co pozwala na późniejsze zrobienie zdjęcia w dokładnie tej samej pozycji i orientacji, co wszystkich innych detali. Stąd możliwość porównania do wzorca. Funkcjonalność takiego chwytaka opiera się na wysuwanych na różne długości nóżkach chwytających. Pomysł na takie rozwiązanie pochodzi od integratora współpracującego z FANUC Robotics i pokazuje potencjał, jaki tkwi w firmach wdrażających robotyzację, które specjalizują się w określonych branżach.

*****

Źródło: 
Joanna Kowalkowska, Robotyka.com - tekst i zdjęcia; konsultacje techniczne: FANUC Robotics Polska