Tööstusrobotite tööriistad

banner-image

Robotite tööriistad, mida ja milleks on vaja, et robot saaks täita tööülesannet.

Tööstusrobootika süsteemid saab jagada kahte kategooriasse: ühed tõstavad ja liigutavad tooteid, teised aga töötlevad tooteid.
Esimesel juhul on sellisteks süsteemideks näiteks masinate teenindamine, toodete käitlemine ja pakkimine, kus robotile on kinnitatud enamasti haarats.
Teisel juhul on sellisteks protsessideks keevitamine, värvimine, liimimine või muul viisil materjali töötlemine. Sellisel juhul on enamasti robotile kinnitatud mingi tööriist, millega viia töötlusprotsesse läbi.

Keevitamine

Põhilised keevitustüübid mida robotiseeritakse on:

Punktkeevitus

Punktkeevitust kasutatakse kahe lehtmaterjalist osa omavahel ühendamiseks. Selleks surutakse kaks detaili keevitusseadmega kokku ja lastakse neist elektrivool läbi, mille tulemusena sulavad kaks detaili kontaktpunktist omavahel kokku. Punktkeevitamist kasutatakse väga laialdaselt autokerede valmistamisel. Punktkeevitus koosneb haaratsist, mille küljes on kaks kontaktpunkti ning millega surutakse lehtmaterjalist detailid kokku. Keevitushaaratsi pooled liiguvad enamasti pneumaatiliselt, uuemaid juhitakse servomootoritega.

Punktkeevituse poolt keevitatava punkti parameetreid muudetakse keevitusaja, pikkuse ja voolu tugevusega. Tänapäevased punktkeevitusseadmed on integreeritud robotiga ja keevituse parameetrid on juhitud roboti kontrolleri poolt. Punktkeevituse haaratsi kuju ja suurus sõltub keevitatava toote mõõtmetest ja kujust. Kuna keevitamise ajal tuleb lehtmaterjalist detaile omavahel kokku suruda, peavad keevitushaaratsi otsad ulatuma mõlemale detaili poolele. Seetõttu võivad olla punktkeevituse haaratsid küllaltki suured.

Haaratsi suurest massist ja mõõtmetest tingituna on käsitsi selle töö tegemine füüsiliselt väga raske ning üks põhjustest, miks punktkeevitamine oli üks esimestest ülesannetest autotööstuses, mis robotitega automatiseeriti. Algselt kinnitati robotitele ainult punktkeevituse haaratsid, kuid hiljem, kui robotid muutusid võimekamateks, kinnitati sinna ka keevitustrafod, kuna katkestused kaablites olid ühed peamised põhjused tööseisakuteks. Keevitusseadme komponentide kinnitamine haaratsi külge muutis liikuvate kaablite hulka väiksemaks. Punktkeevituse kaablid pidid olema küllaltki liikuvad, sest keevitushaaratseid liigutatakse suuremate detailide puhul suures ulatuses. Selleks on punktkeevitustele loodud spetsiaalsed kaablid ning robotitüübid, kus kaablid on viidud läbi õõnsate roboti liigendite, et vähendada kaablite liikumist ja tõsta töökindlust.

Kaarkeevitus MIG

MIG keevituse puhul ühendatakse detailid omavahel elektrikaare abil, mis sulatab metallid kokku. Elektrikaar tekitatakse detaili ja keevitustraadi vahel, mis sulab lisamaterjalina keevisõmblusesse. Traati söödetakse keevitamise ajal automaatselt juurde.
TIG keevitus puhul ühendatakse detailid omavahel elektrikaare abil, mis sulatab metallid kokku. Elektrikaar tekitatakse detaili ja elektroodi vahel, elektrood ei sula ning lisamaterjali tuleb lisada keevisvanni eraldi juurde. Lisamaterjali lisamine toimub eraldi söötja abil.

Mõlema keevituse tüübi puhul kasutatakse keevise oksüdeerimise kaitseks kaitsegaasi, mille abil isoleeritakse keevisvann õhuhapniku ja lämmastiku toime eest.
MIG tüüpi keevitamist kasutatakse lihtsamate ja robustsemate toodete valmistamise juures. Suurem enamus keevitusroboteid on MIG tüüpi keevitusega.
TIG tüüpi keevitust kasutatakse kõrgema kvaliteediliste toodete valmistamiseks.

Põhilised parameetrid, mis mõjutavad keevitust ja selle tulemust, on:

MIG tüüpi seadmetega robotil on keevituspõleti kinnitatud robot käe otsa. Paksemate materjalide ja suuremate keevitusvoolude korral on keevituspõleti vedelikjahutusega. Traadisöötja on enamasti paigaldatud roboti kolmanda liigendi lähedale, roboti kerele. Osade lahenduste puhul asub keevitustraadirull söötja sees, mis ei võimalda kasutada väga suurt kogust traati ning vajab sagedamini vahetust. Kui kasutada suuremas pakendis keevitustraati, siis asuvad need roboti lähistel põrandal. Lisaks traadile on vajalik sobiva keevitusgaasi olemasolu.

Poolautomaatse keevituse puhul on väga olulised töökindlad ühendused, mis on vajalikud keevitusprotsessi läbi viimiseks. Katkestus keevitusgaasis, traadis või elektrienergias peatab töö koheselt. Mõnede robotimudelite puhul on pööratud nendele erilist tähelepanu, ning ühendusi on võimalik viia läbi õõnsa robotikere, mis vähendab voolikute ja juhtmete kulumist, kui robot liigub.

Keevitusseade juhtimine on täielikult roboti kontrolleriga integreeritud, mille abil on võimalik robotil kontrollida kõiki keevitusparameetreid. Sellisel viisil saab valida robot sobivad keevitusparameetreid ning teha erinevat tüüpi ja suurustega keevisõmblusi. Keevitusseade paikneb robotist eraldi ja ei ole roboti tooja poolt valmistatud. Keevitusaparaat paikneb enamasti roboti läheduses.

Eduka robotkeevitus süsteemi eelduseks on korrektne keevitavate toodete rakistus, mis tagab nõutud toodete positsiooni keevituse ajaks. Suuremate toodete puhul nagu laevad või sillad, koostatakse tooted enne robotiga keevitamist käsitsi, kus detailid ühendatakse käsikeevitusega punktides. Suuremate toodete puhul, kui tooted ei ole rakistatud, tuleb pöörata tähelepanu sellele, et keevisõmbluste asukohad võivad erineda. Selleks on olemas võimalused, kus robot korrigeerib keevisõmbluse asukohta.

Robot suudab leida keevisõmbluse asukohta traadi otsaga detaili puudutades. Viies keevitustraadi otsa kontakti keevitatava detailiga, tekib ühendus keevituspõleti ja massi vahel, mille järgi saab robot infot, et on kontaktis keevitatava detailiga. Keevitamise ajal korrigeerib robot liikumissuunda, mõõtes keevitusvoolu muutust, voolutugevus muutub vastavalt traadi pikkusele, kui palju on see põletist väljas, ehk põleti ja detaili vaheline kaugus. Selline lahendus sobib kasutamiseks teatud keevisetüüpide, ühendusviiside ja materjalide puhul. Muudel juhtudel sobib kasutamiseks masinnägemine.

Tihiti on vaja keevitatavat toodet pöörata, et robot pääseks ligi kõigile keevisõmblustele. Näiteks autosummutid koosnevad mitmest torust ning summutavatest elementidest, mis tuleb keevitada 360 kraadi ulatuses. Selleks, et seda oleks võimalik teha, tuleb summutit keerata. Toodete keeramiseks roboti suhtes kasutatakse pöördlaudasid, nii ühe- kui mitmeteljelisi. Kõige lihtsamad pööratavad lauad või keevitusrotaatorid on ühe teljelased, kus detail on kinnitatud lauaplaadile, või lahendus, kus detail on kinnitatud otstest kahe punkti vahel ning pöörleb ümber oma telje (grill).

Suuremad pöördlauad on kahepoolsed, kuhu saab korraga kinnitada kaks toodet. Selle eesmärk on, et ühte poolt saab samal ajal laadida, kui robot teisel laual keevitab. Sellistel keevituslaudadel on kokku kolm telge, kus kaks telge on toote keeramiseks ja kolmas telg on toote vahetamiseks.

Keerukamate detailide keevitamiseks saab kasutada kaheteljelist keevituslauda, kus laud pöörleb ümber vertikaaltelje ja horisontaaltelje.

Suuremõõtmeliste toodete puhul on võimalik robot paigutada rööbastele, mida mööda saab robot liikuda, et suurendada tööala. Lisaks on võimalik kinnitada robotit veel erinevatesse positsioonidesse põrandale, seinale ja lakke ning samal ajal liikuda mööda rööpaid.

Keevitusroboti kompleksi kuulub veel keevituspõleti hooldusseade. Keevituspõletit on vaja hooldada, kuna keevitamise käigus satuvad keevituspõletisse keevituspritsmed ja keevitustraadi ots võib sulada põleti külge. Keevituspõleti hooldusseade puhastab põleti suudmiku pritsmetest ja õlitab seda, et vähendada pirtsmete kinnijäämist põletisse. Lisaks võib hooldusseadmel olla lisafunktsioon, et kontrollida põleti asendit, mis võib olla muutunud kokkupuutest keevitatava tootega. Põleti asendi kontrollimise tagajärjel korrigeeritakse automaatselt roboti seadeid, et tagada täpsem positsioneerimine keevisõmbluse asukohaga.

Värvimine

Üks võimalus automatiseerida värvimisprotsessi on kasutada tööstusroboteid. Tööstusrobotitega värvitakse tooteid alates autokeredest kuni lennukiteni. Värvimiseks mõeldud tööstusrobotid erinevad selle poolest, et need on plahvatuskindlad, kuna värvimine toimub plahvatusohtlikus keskkonnas. Robotid on muudetud plahvatuskindlaks roboti kere ventileerimisega, lisaks erineb nende kontroller standardsest tööstusroboti kontrollerist.

Tööstusrobotitega on võimalik automatiseerida eri tüüpi viimistlusmeetodeid nagu lahusti- ja veepõhiseid värve, kahekomponentseid värve ja pulbervärvimist. Iga erinev süsteem nõuab eri seadmeid. Tööstusrobotitega on võimalik kasutada standardseid suruõhul töötavaid värvipihusteid ja elektrostaatilisi pihusteid. Juhul kui on vajalik automaatne tooni vahetamine, siis selleks kinnitatakse spetsiaalne süsteem võimalikult lähedale värvipihustile, et vähendada aja- ja värvikulu.

Viimistlusrobotitel on kogu protsessi juhtsüsteem integreeritud kontrollerisse, mis tagab roboti kontrolli kogu protsessi üle ning võimaldab teha muutusi värvimise parameetrites töö käigus automaatselt.

Viimistlusrobotid saavad värvida nii pidevalt kui ka intervallidega liikuvate konveierite ääres. Tööstusrobotid on võimelised töötama koos liikuvate konveieritega, suurema tööala katmiseks võib kinnitada robotid rööbastele.

Liimimine ja tihendamine

Liimimiseks ja tihendamiseks kantakse liimi,- või tihendimass tootele pihustades või siis ribana. Ribana massi pinnale kandmine nõuab pinnaga kontakti või väga lähedale pinnale liikumist. Seevastu pihustades ei ole pinna kuju järgimine nii kriitiline. Liimi või tihendi mass võib olla nii kahe kui ka ühekomponentne. Ühekomponentne mass võib vajada kuivamiseks kõrgemat temperatuuri või pikemat aega.

Kasutades kahekomponentset massi tuleb mõelda lahendusele kuidas puhastada seda osa süsteemist, kus kaks komponenti on omavahel segunenud, kuna liim kuivab torudes ja seadmes ära ning ummistab kanalid. Enamlevinud süsteemid koosnevad kas ühest või kahest pumbast, vastavalt komponentide hulgale. Töökeskkonna temperatuurile võib olla esitatud nõudeid pinnale, et tagada liimi omadused. Liimi doseerimissüsteem võib olla integreeritud roboti kontrolleriga, et tagada piisav hulk liimimassi erinevatel roboti liikumiskiirustel.

Materjalide töötlemine robotiga

Tööstusrobotitega on võimalik teostada eri tüüpi töötlusprotsesse nagu:

Roboti otsa kinnitatud tööriistad võivad olla nii pneumaatilised kui elektrilised. Elektrilised tööriistad on massilt suuremad ja seega vajavad suurema tõstejõuga robotit. Lõiketöötlusprotsessi automatiseerimise kavandamisel tööstusrobotiga tuleb alustada tööriistast, mis on sobiv ülesande lahendamiseks. Tööriist tuleb valida vastavalt materjalile ning ülejäänud automaatika komponendid nagu robot selle järgi. Roboti valimisel tuleb arvestada lõikeprotsessist tekkiva tolmu ja puruga, osadel juhtudel peab olema robot suurema kaitseklassiga. Lõiketöötlust teostava robotsüsteemi kavandamisel tuleb arvestada töötlemisel tekkivate jääkide eemaldamisega töökohast.

Vesilõikusprotsess sobib väga hästi robotiga automatiseerimiseks. Vesilõikus tagab puhta lõike ning sobib ideaalselt valatud plastdetailide valujääkidest puhastamiseks. Automatiseerides vesilõikuse kuueteljelise tööstusrobotiga, on võimalik lõigata kõikides ruumiasendites, mida ei ole võimalik saavutada muudel viisidel. Vesilõikuserobotil peab olema kõrgem kaitseklass, kuna robot on kõrge niiskustasemega töökeskkonnas.

Suurt tähelepanu tuleb pöörata vesilõikuspea toitele, kuna vesilõikussüsteemis on väga kõrge rõhk ning ühendused peavad olema piisavalt elastsed, et tagada roboti liikuvus. Kogu süsteemi töökindlus sõltub nendest kommunikatsioonidest. Ühendusteks ei sobi elastsed voolikud, selleks kasutatakse enamasti roostevabast torust spiraalseid ühendusi, mis tagavad süsteemile piisava elastsuse.

Materjali eemaldamise protsessid nagu poleerimine või servade nüritamine eeldavad enamasti kindla pinnakvaliteedi saavutamist. Sellisel juhul on väga oluline, milliseid tööriistu kasutada. Et tulemus vastaks nõuetele, tuleb alustada süsteemi kavandamist sobivast tööriistast ning seejärel valida muud automaatikasüsteemi seadmed ja robotimudel.

Nüritamisprotsess on enamasti automatiseeritud nii, et tööriist on kinnitatud robotile. Poleerimisprotsessis kasutatakse sobiva tulemuse saavutamiseks mitmeid eri karedusastmega pinnatöötlusi. Selleks võib olla töödeldav detail kinnitatud robotile ning pinnatöötlusseadmed erinevate karedusastmetega paikneda ümber roboti, mille vastas robot detaili töötleb. Lisaks peab olema robot võimeline andma pinnatöötluseks detailile korrektset survet, et tagada sobiv tulemus ja ühtlane kvaliteet.

Kõige lihtsam viis selleks on kasutada pneumaatilisi komponente, mis annavad sobival rõhul teatava elastsuse, kuid sellisel juhul sõltub töötlemisel tekkiv surve toote kujust ja tolerantsidest, sest kuju ja mõõtude muutus muudab pinnale mõjuvat jõudu. Kui pneumaatiline lahendus ei anna soovitud tulemust, saab täpsemaks tööks kasutada jõuandurit, mis kinnitatakse roboti külge, roboti ja tööriista vahele.