CZĘŚĆ 2: ROBOTY W PRODUKCJI SAMOCHODÓW

Oprócz maszyn zautomatyzowanych w produkcji samochodów używa się również robotów przemysłowych. Wykonują one zadania w sposób powtarzalny, nie męczą się, nic nie może odwrócić ich uwagi. Jeśli są wyposażone w czujniki, na przykład laserowe albo są sterowane wizyjnie, mogą się dostosowywać do zmian właściwości, na przykład różnic w wymiarach kolejnych detali.

Dzięki temu wyroby, które produkują, charakteryzuje lepsza jakość i jednolitość wykonania. Oprócz tego nie upuszczą ich, nie popełnią błędu ani nie będą nimi operować w sposób, który mógłby je uszkodzić. Ogranicza to straty materiałów i gotowych wyrobów, które są skutkiem błędów ludzkich.

ZALETY ROBOTÓW

Fakt, że roboty się nie męczą, wpływa nie tylko na jakość wyrobu, ale i na wydajność produkcji. Dzięki temu, że pod koniec zmiany ich efektywność nie maleje, jak w przypadku pracowników, i nie potrzebują przerw, można utrzymać jednakowe tempo pracy. Ułatwia to planowanie produkcji i zarządzanie stanem magazynów.

Roboty przemysłowe poprawiają też bezpieczeństwo pracowników, zastępując ich w zadaniach niebezpiecznych. Niektóre z zagrożeń są oczywiste, jak na przykład: zranienie przez odpryski lub uszkodzenie wzroku przez błyski światła towarzyszące spawaniu części samochodowych i zatrucie szkodliwymi substancjami chemicznymi używanymi w procesie ich lakierowania. Innych nie odczuwa się natychmiast, jak na przykład zmian w kręgosłupie wywołanych wykonywaniem powtarzalnych ruchów albo podnoszeniem ciężkich przedmiotów.

Zaletą robotów przemysłowych jest dość łatwe i szybkie przestawienie ich na inne zadanie - często wystarczy je przeprogramować i zmienić końcówkę roboczą. Dzięki temu są bardziej uniwersalne niż zautomatyzowane maszyny o ograniczonej funkcjonalności. Zapewnia to dużą oszczędność w razie zmiany profilu produkcji.

PRZEGLĄD ZADAŃ

Roboty przemysłowe mają w przemyśle motoryzacyjnym szeroki zakres zastosowań. Są one używane m.in. w spawaniu części samochodowych. Roboty o dużym udźwigu i długim zakresie roboczym spawają części karoserii, natomiast mniejsze maszyny są używane do przymocowywania różnego typu zacisków. W tym zastosowaniu przydatna jest zdolność robotów do precyzyjnego i powtarzalnego podążania po zaprogramowanych, nawet bardzo skomplikowanych ścieżkach.

Roboty malarskie

Ostatnia z cech jest również ważna w następnym etapie produkcji samochodów, jakim jest lakierowanie. W malarni roboty przemysłowe są wykorzystywane do nanoszenia kolejnych warstw, którymi pokrywa się części karoserii, czyli: podkładu antykorozyjnego, właściwego koloru i lakieru bezbarwnego.

Roboty pracujące w malarni muszą być przystosowane do działania w takim pomieszczeniu. W tym celu w ich konstrukcji stosuje się specjalne rozwiązania, jak: materiały umożliwiające pracę w strefach zagrożonych wybuchem (ze względu na łatwopalność farb, lakierów, ich oparów), sensory do pomiaru parametrów malowania montowane na ramieniu robota, manipulatory, które pozwalają na regulację ustawienia pistoletu do natrysku w szerokim zakresie, przewody prowadzone wewnątrz ramienia i kiści (niekrępujące ruchów robota), materiały, które łatwo dają się oczyścić z zaschniętej farby i/lub specjalne pokrowce.

Montaż i cięcie

Poza malowaniem roboty nakładają różnego rodzaju uszczelnienia oraz kleje na części przed ich zmontowaniem. Montaż to następny przykład zadania, w którym chętnie ludzi wyręcza się tymi maszynami. Systemy wizyjne oraz czujniki siły to te elementy ich wyposażenia, dzięki którym sprawdzają się one na tym etapie produkcji.

Przykładowe czynności, które wykonują, to: wkręcanie śrub, montaż szyb oraz kół. Szybkie roboty typu delta, które montuje się na suficie, są również używane do składania mniejszych podzespołów samochodów, na przykład pomp i silników.

Kontrola przykładanej siły, sterowanie wizyjne i podążanie zaprogramowaną ścieżką przydają się również w realizacji zadań cięcia i przycinania. Przykładowe zastosowania to: cięcie tkanin na podsufitki oraz gratowanie. Roboty są ponadto używane do załadowywania i rozładowywania urządzeń, na przykład maszyn tłoczących.

Wszystkie powyższe czynności wymagają "nauczenia" robota tego, jak ma je wykonywać, tak jak nowego pracownika należy przeszkolić w zakresie jego obowiązków. Specyfikę tego zadania przedstawiamy dalej na przykładzie spawania.

Spawanie i programowanie robotów

Rys. 2. Przykład ścieżki ruchu robota spawalniczego

Robota trzeba zaprogramować - wyróżnia się tutaj dwie podstawowe metody: online i offline. Pierwsza polega na programowaniu robota na jego stanowisku pracy przez nauczenie go właściwej kolejności ruchów. Zadanie to należy do operatora. Za pomocą panelu sterującego albo joysticka porusza on ramieniem robota. Układ sterujący robota zapisuje współrzędne kolejnych punktów wyznaczających tory poszczególnych przemieszczeń lub współrzędne pozycji docelowej, jeśli sposób jej osiągnięcia nie jest istotny. Do wad tej metody zalicza się: długie programowanie, wymóg dostępności robota, czyli jego wyłączenie z realizacji innych zadań produkcyjnych, i konieczność zaangażowania doświadczonego operatora.

Na rysunku 2 przedstawiono przykład ścieżki ruchu. Pierwszy punkt oznacza pozycję wyjściową. W tym położeniu ramię robota znajduje się w bezpiecznej odległości od stołu. W pozycji numer dwa przysuwa się ono trochę bliżej arkuszy, które zostaną połączone, ale wciąż na tyle daleko, aby mieć pewność, że nie uderzy ono w nie. Położenie numer trzy jest pierwszym punktem właściwej ścieżki spawania. W kroku numer 4 włączana jest spawarka.

Oba segmenty ścieżki są liniami prostymi. W kroku numer 8 spawarka jest wyłączana. Przejście z pozycji numer 8 na pozycję 9 pozwala na wycofanie ramienia robota na bezpieczną odległość od połączonych blach. Następnie wraca ono do położenia wyjściowego.

PROGRAMOWANIE OFFLINE. STEROWANIE ADAPTACYJNE

Programowanie offline odbywa się poza stanowiskiem roboczym robota, w specjalnym programie symulacyjnym, w którym trajektorie wyznacza się na podstawie modeli cyfrowych przedmiotów spawania i modeli kinematycznych robotów. Zaletą tej metody jest możliwość przetestowania programu przez wizualizację procesu w komputerze.

Ponadto wielokrotnie modyfikować można wcześniejsze programy. W komputerze łatwiej jest też przedstawić bardziej skomplikowane ruchy, korzystając z różnych funkcji danego oprogramowania. Co prawda koszt zakupu takiej aplikacji jest wysoki, jest to jednak wydatek jednorazowy. Zwykle zwraca się on dość szybko, gdyż robot w trakcie prac nad programem nie musi być wyłączony z dotychczasowych zadań.

Aby robot dostosowywał się do zmiennych warunków, kontroler tej maszyny powinien stosownie modyfikować parametry ruchu ramienia spawającego. Realizuje się to przez sterowanie adaptacyjne na podstawie informacji z czujników, w jakie wyposaża się robota. Ich zadaniem jest m.in.: detekcja krawędzi złącza, śledzenie jego przebiegu, żeby odpowiednio do niego zmieniało się położenie płomienia palnika oraz pomiar szerokości złącza w celu wykrycia wszelkich nieregularności i nieciągłości krawędzi.

Do znalezienia początku złącza lub krawędzi arkusza używane są głównie czujniki dotykowe i zbliżeniowe. Sensor dotykowy realizuje się, doprowadzając napięcie na przykład do dyszy, którą dostarczany jest gaz osłonowy, drutu spawalniczego lub dodatkowego próbnika. Kiedy końcówka tego elementu dotknie blachy, zwarcie jest wykrywane przez sterownik robota. Czujniki zbliżeniowe to zwykle sensory indukcyjne. Do śledzenia przebiegu i wyznaczania wymiarów złącza używane są natomiast głównie systemy wizyjne i skanery laserowe.