Robotizált erőszabályozás: az érintkezésérzékeléstől a stabil folyamatig

A pozícióvezérlés jól működik, ha a munkadarab, a készülék, a szerszám és a robot ott marad, ahol a program számít rájuk. A köszörülés, polírozás, sorjázás, behelyezés, felületkövetés és terméktesztelés megszegi ezt a feltételezést: az érintkezési erő változik az alkatrész tűrése, a készülék hibája, a csiszolóanyag kopása, a hőtágulás és a helyi felületgeometria miatt.

Az erőszabályozás magából a kölcsönhatásból származó visszacsatolást ad. A vezérlő érzékelheti az érintkezést, lehetővé teheti a rugalmas mozgást, szabályozhatja a nyomást, illetve módosíthatja a sebességet, amikor az erő eltér a célértéktől. Ez ellenállóbbá teszi a folyamatot a korlátozott mértékű változásokkal szemben, de nem szünteti meg az átgondolt mechanikai kialakítás, a kalibrált terhelési adatok, a stabil szerszám vagy a biztonsági minősítésű kockázatcsökkentő rendszer szükségességét.

A csuklóérzékelő a szerszám közelében méri a folyamat érintkezési erőit, miközben a terhelés, a gyorsulás, a kábelek és a tehetetlenségi hatások is megjelennek a mérésben.

Válassza a folyamatnak megfelelő visszacsatolási forrást

Egyes robotok a külső nyomatékot a csuklómotor áramából és egy dinamikai modellből becsülik. Ez széles körű ütközésérzékelést és rugalmas működést tehet lehetővé a csuklónál elhelyezett kiegészítő hardver nélkül. A pontosság függ a hajtáslánc súrlódásától, a gravitáció kompenzációjától, a terhelés tömegétől, a súlyponttól, a robot helyzetétől, a hőmérséklettől és a gyorsulástól. A kis érintkezési erőket nehéz lehet elkülöníteni a robot saját dinamikai hatásaitól.

A külső, hat szabadságfokú erő- és nyomatékérzékelő a folyamathoz közelebb méri az erőket és a nyomatékokat. Jobb érzékenységet és közvetlenebb információt biztosíthat a szerszám érintkezéséről, ugyanakkor tömeget és beépítési magasságot ad a rendszerhez, módosítja a terhelést és a tehetetlenséget, kábelezést és jelintegrációt igényel, valamint korlátozott túlterhelhetőséggel rendelkezik. Az érzékelőt nemcsak a normál folyamat tartományára, hanem a véletlen terhelésekre is méretezni kell; egy kizárólag finom felbontásra kiválasztott eszköz ütközés vagy szerszámcsere közben megsérülhet.

A harmadik lehetőség a mechanikai rugalmasság, például lebegő szerszám, állandó erőt biztosító aktuátor vagy rugalmas robotcsukló alkalmazása. A passzív rugalmasság robusztus és gyors lehet, míg az aktív erő-visszacsatolás programozhatóságot és diagnosztikai adatokat biztosít. Sok sikeres cella a kettőt kombinálja: a mechanikai rugalmasság elnyeli a nagyfrekvenciás változásokat, a robot szabályozási köre pedig a lassabb eltéréseket korrigálja.

Igazítsa a szabályozási módot a feladathoz

Az érintkezésérzékelés egy erő- vagy nyomatékküszöböt figyel, majd állapotot vált vagy leállítja a közelítést. Hasznos felületkereséshez vagy a megfelelő felfekvés megerősítéséhez, de a küszöbértéknek figyelembe kell vennie a zajt, a szerszám tömegét, a közelítési sebességet és a tehetetlenségi terhelést. Egy lassú teszt során működő küszöbérték gyártási sebességű érintkezéskor túl későn válthat ki reakciót.

A rugalmasság terhelés alatti mozgást tesz lehetővé, gyakran a kijelölt tengelyek mentén, miközben a többi tengelyt korlátozza. Az állandóerő-szabályozás a célzott normálerőt szabályozza, miközben a robot követi a felületet. A kereső rutinok korlátozott erőt kombinálnak spirális, raszteres vagy irányított mozgással egy behelyezési jellemző megtalálásához. A sebesség adaptálása lelassíthatja a megmunkálási pályát, amikor a mért terhelés növekszik, így csökkentve a túlterhelést a folyamat előrehaladásának fenntartása mellett.

Minden módhoz korlátokra van szükség: maximális elmozdulásra, maximális erőre és nyomatékra, engedélyezett tengelyekre, sebességhatárokra, időkorlátra, menekülési irányra és az érzékelő elvesztése utáni viselkedésre. E korlátok nélkül az erőszabályozási kör tovább nyomhat, mert a parancsolt értéket soha nem érte el.

A stabil érintkezés a robot dinamikájától, a szerszám merevségétől, a folyamat sebességétől, a felület változásaitól, a szűréstől és a szabályozási kör hangolásától függ.

A szabályozási kör sávszélességének illeszkednie kell a mechanikai rugalmassághoz

Az érintkezés megváltoztatja a rendszer dinamikáját. Egy merev szerszám és egy merev alkatrész magas sajátfrekvenciát hozhat létre, és felerősítheti a kis késleltetéseket vagy a mérési zajt. A túl nagy erősítés rezgést okozhat; az erős szűrés csökkenti a zajt, de fáziskésést ad hozzá, és instabillá teheti vagy lelassíthatja a reakciót. A lágy interfész könnyebben szabályozható, de csökkentheti a pályapontosságot vagy a folyamat állandóságát.

A beüzemelést alacsony sebességgel és konzervatív erőértékkel kell kezdeni, ellenőrzött szerszámtömeggel és súlyponttal. Az érzékelő nullpontját a megfelelő helyzetben és hőmérsékleti körülmények között kell beállítani, majd több robotpozíciót is ki kell értékelni, mivel a gravitációkompenzáció és a szerkezeti merevség a munkatér különböző részein változik. Kövesse nyomon a tényleges erőt, az erő célértékét, a pozíciókorrekciót, a sebességet és a telítettségi jelzőket. A sima átlag elrejtheti a káros csúcsokat, ezért az adatokat elég gyorsan kell rögzíteni az érintkezési eseményhez.

Válassza külön a folyamat szabályozását és a gépbiztonságot

A minőség szabályozására használt erőküszöb nem automatikusan biztonsági funkció. A veszélyek fennmaradhatnak éles szerszámok, forró alkatrészek, tárolt pneumatikus energia, becsípődési pontok, valamint a robot vagy a terhelés lendülete miatt. Az együttműködő működés szintén alkalmazásspecifikus kockázatértékelést, validált határértékeket és biztonsági minősítésű funkciókat igényel, nem csupán nyomatékérzékelést.

A gép kialakításának meg kell határoznia, mi történik vészleállítás, védelmi leállítás, érzékelőhiba, hálózati megszakadás, szerszámtörés és a munkadarab elvesztése esetén. Ha a tárolt erő a tápellátás megszüntetése után is mozgást szabadíthat fel, a helyreállítási eljárásnak ezt is kezelnie kell. Az újraindításhoz a cellának először ismert szerszámot, terhelést, érzékelőállapotot és érintkezésmentes állapotot kell létrehoznia, csak ezután folytatódhat az erőszabályozás.

Biztosítson egyértelmű interfészt a PLC számára

A nagy sebességű erőszabályozási körnek a robotban vagy egy dedikált mozgásvezérlőben kell futnia. A PLC-nek gépszintű állapotokat kell cserélnie, például: kész, közelítés engedélyezve, érintkezés megtalálva, folyamat aktív, folyamat befejezve, minőségi eredmény és hiba. Emellett meg kell kapnia a gyártási nyilvántartásokhoz és a karbantartáshoz szükséges diagnosztikai értékeket, de nem szabad megpróbálnia a lassabb ipari hálózaton keresztül lezárni az erőszabályozási kört.

Határozza meg a receptek és a korlátok kezelésének felelősségét. Ha a PLC választja ki az alkatrészreceptet, a robotnak a mozgás előtt meg kell erősítenie a betöltött erő-, sebesség-, szerszám- és keresési paramétereket. A küszöbértékek és szűrők módosításaihoz verziókezelés szükséges, mivel ezek a minőséget és a berendezés terhelését egyaránt befolyásolják.

Használja az erőadatokat a folyamat bizonyítékaként

Az erőgörbék többet árulhatnak el a megfelelt vagy nem felelt meg eredménynél. A növekvő behelyezési csúcserő hibás beállásra, sorjákra, kenőanyag-veszteségre vagy a készülék elmozdulására utalhat. Az azonos parancs mellett növekvő átlagos polírozóerő a szerszám kopását vagy a rugalmasság megváltozását jelezheti. A hat szabadságfokú erő- és nyomatékjel hirtelen eltolódása laza szerszámot vagy helytelen alkatrészorientációt azonosíthat.

A statisztikai határértékeknek ismert, megfelelő folyamatadatokon és mérnöki tűréseken kell alapulniuk, nem önkényes százalékokon. Az eredménnyel együtt őrizze meg a receptet, a szerszám azonosítóját, a robotpozíciót és a releváns erőjellemzőket. Ez a környezet segít megkülönböztetni a termékváltozást az érzékelő eltolódásától vagy a karbantartási munkától.

A mozgásrendszer komponensei a Hajtások és mozgásvezérlés oldalon tekinthetők át, a robotspecifikus hardverek pedig az ABB Robotics gyűjteményben találhatók.

Mérnöki szempontból

Az erőszabályozás akkor a leghasznosabb, ha a készülék és a folyamat már kellően ismételhető ahhoz, hogy stabil érintkezési feladatot lehessen meghatározni, ugyanakkor még olyan változásokat tartalmaz, amelyeket a tisztán pozícióalapú szabályozás gazdaságosan nem tud elnyelni. Nem szabad szoftveres javítássá válnia laza készülékek vagy ellenőrizetlen szerszámok számára. A jó megvalósítás a megfelelő érzékelést, a korlátozott szabályozási módokat, a mechanikai rugalmasságot, a biztonság elkülönítését, a diagnosztikai trendeket és a hiteles hibafeltételek tesztelését egyaránt ötvözi.