Témata
Reklama

Mechatronický systém pohonu pro průmyslové roboty

16. 02. 2011

Jednou z hlavních oblastí použití robotů v automobilovém průmyslu je svařování dílů karoserií. Rameno robotu je pro tuto práci vybaveno svařovacími kleštěmi, které na karoserii vozidla provedou tisíce bodových svarů a jsou zpravidla poháněny pneumatickými válci. Použití stlačeného vzduchu je však spojeno s velkými ztrátami. Bezúdržbové a účinné servomotory s integrovaným vřetenem mohou v tomto případě stlačený vzduch nahradit. S tím se pojí nejen nižší náklady na energii, ale také vyšší produktivita a kvalita výroby.

Dosavadní řešení většinou pracují se dvěma tlakovými válci, s hlavním a vyrovnávacím. V minulosti k těmto systémům neexistovala téměř žádná alternativa. Nyní se nabízí možnost nahradit tuto techniku s nízkou účinností elektrickými servosystémy s vyšší přesností a s flexibilitou v programování.

Průmyslové roboty mají zpravidla šest os. Servomotory jsou napájeny ze servoměničů a umožňují volný a dynamický pohyb ramene robotu od jedné požadované polohy k druhé. Aplikace na rameni robotu jsou provedeny mj. jako sedmá a osmá osa. Vedle ražení, nýtování, lepení a vkládání patří svařování jistě k nejčastějším pracím průmyslových robotů při výrobě automobilů.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 1. Použití svařovacího robotu Kuka

Motor svařovacích kleští

Svařovací kleště se zpravidla vyskytují ve dvou provedeních - C a X. Motor svařovacích kleští nové generace je tvořen servomotorem s vnitřním vřetenem, který je napájen servoměničem. Pro svařování jsou k dispozici síly zpravidla do 7 kN. Sílu při svařování lze díky regulaci momentu v regulátoru pohonu nastavit plynule, maximum je až 15 kN. Automatickým hlídáním točivého momentu lze ve srovnání s dosavadními systémy s pohonem stlačeným vzduchem dosáhnout vyšší přesnosti svařování. Jako systém pro měření proběhnuté dráhy je používán integrovaný resolver. Pomocí definovaného profilu najíždění přesune motor svařovací kleště do požadované polohy a vytvoří potřebný pracovní moment. Měkké dosednutí svařovacích čelistí vede jednak ke snížení emisí hluku, jednak také přispívá ke zvýšení životnosti nástroje. Přesné měření vzdálenosti na motoru svařovacích kleští a tím i stanovení polohy svařovacích čelistí navíc umožňuje včas zjistit opotřebení čelistí. Hodnoty lze pohodlně předat pomocí diagnostického rozhraní.

Obr. 2. Schematické znázornění obou typů svařovacích kleští: provedení C a X

Řízení

Řízení svařovacích kleští lze provádět centrálně i decentralizovaně. Ve variantě s centrálním řízením je servoměnič zamontován v rozvaděčové skříni robotu. Při decentralizovaném řízení je řízení například přímo na rameni robotu. Jestliže má být systém umístěn ve skříni robotu, provozovatel zpravidla požaduje stejnou techniku pohonu jako na osách robotu, počínaje systémem řízení servopohonem, až po osazení konektoru poháněného servomotoru vřetena. Důvody jsou jasné: žádná nadbytečná nová technika, žádné přeškolování nebo učení manipulace s novými součástmi a snížení počtu typů pohonů plynoucí z odpadnutí pneumatických válců.

Obr. 5. Profil průběhu pohybu svařovacích kleští se zobrazeným momentem, otáčkami a momentem při svařování

V případě externího řízení svařovacích kleští se používá servoměnič s integrovanými funkcemi PLC podle IEC 61131-3. Provozovatel proto může pouhým stisknutím tlačítka změnit chování svařovacích kleští při práci na obrobku. Tím je zaručena maximální flexibilita, i když není použita žádná externí jednotka PLC. Při změnách na obrobku již není nutné provádět rozsáhlé mechanické přizpůsobování, možné jsou také různé druhy provozu. Pomocí připojeného systému datové sběrnice může uživatel například uložit množství profilů dráhy obsahující potřebná data jako zrychlování, zpomalování, rychlost, polohu, dobu svařování a také sílu pro svařování. Tím je přesně popsán profil pohybu (sevření, svařování, otevření) servomechanických svařovacích kleští.

Obr. 3. Servopohon svařovacích kleští

Diagnostika

Diagnostická hlášení jsou prováděna přes připojené uživatelské rozhraní (HMI). Také HMI je možné volně programovat a tím flexibilně přizpůsobovat přáním provozovatele. Pro automatický provoz obsahuje servoměnič profil rychlosti a točivého momentu, který se člení do čtyř úseků (viz obrázek). Při seřizování je pro všechny profily k dispozici také možnost zpomaleného projíždění. V případě závady se pohon ihned zastaví a je generováno patřičné poruchové nebo diagnostické hlášení. 

Obr. 4. V programovacím prostředí Drive Developer Studio lze programovat funkce PLC podle IEC 61131-3.

Výhody svářecích kleští se servopohonem

Ve všech oblastech průmyslu se již delší dobu prosazují mechatronické systémy, které nahrazují dražší a na údržbu náročné technologie minulosti. Třebaže jejich pořizovací náklady jsou poněkud vyšší než u dosavadních pneumatických systémů, navrátí se v provozu vyšší efektivností, větší odolností a úsporami energie. Svařovací kleště jako mechatronický systém poskytují provozovateli řadu výhod, k nimž patří:

  • vysoká flexibilita, daná možností programování polohy a síly při svařování;
  • snížení počtu typů použitím již existujících typů elektronických součástí;
  • vyšší životnost dosažená měkkým dosednutím a včasným zjištěním změn v průběhu pohybů;
  • konstantní síla při svařování daná regulací momentu hnacího motoru a z toho plynoucí zvýšení kvality výroby;
  • zlepšení energetické bilance snížením energie spotřebované v procesu;
  • snížení hluku měkkým dosednutím;
  • snížení rozstřiku při svařování;
  • na pracovním cyklu závislé zvýšení produktivity až o 25 %, mj. vysokou rychlostí svírání a otvírání.
Obr. 6. Nový servomotor Lenze s integrovaným vřetenem pro pohon svařovacích kleští

Dipl.-Ing. Steffen Habermann

Lenze

PesekP@lenze.cz

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 110125
Datum: 16. 02. 2011
Rubrika: Trendy / Pohony
Autor:
Firmy
Související články
Místo převodovky řemenové pohony

Synchronní řemeny se v mnoha průmyslových odvětvích prosazují jako nejlepší volba.

Lineární vedení NSK s vylepšeným těsněním

Společnost NSK představila na veletrhu EMO 2019 optimalizovanou řadu válečkového vedení RA s vylepšeným těsněním. Lineární vedení RA jsou vybavena novými těsněními V1 a vylepšeným krytem, které pomáhají prodloužit životnost a spolehlivost obráběcích strojů.

Řemenové převody přinášejí dynamiku do intralogistiky

Na hannoverském veletrhu se mohli návštěvníci seznámit s inovativními řešeními pro skladovou logistiku, jež vyvinula společnost Continental. Jedná se například o ozubené řemeny Conti Synchrodrive, které nacházejí uplatnění u sloupových zakladačů vysokoregálových skladů, ploché pásy Conti Polyflat pro zdvihací a závěsné systémy či drážkové řemeny Conti Multirib, které se používají v pohonu válečkových tratí.

Související články
Kompaktní pohony s dutou hřídelí

Kompaktní, robustní, cenově výhodné… Jsou-li stanoveny požadavky na stroje, musí zareagovat i poskytovatelé řídicí a pohonné techniky. Jejich inovace jsou důležité pro vývoj konstrukcí strojů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Ready made lineární osy s ozubeným řemenem

Pomocí lineární osy je realizován pohyb v přímém směru a jedná se tak o výborný výchozí konstrukční prvek pro stavbu strojů, automatizačních linek a polohovacích zařízení s potřebou přesného lineárního pohybu ve více osách (typicky například CNC stroje). V posledních letech došlo navíc k výraznému snížení cen a lineární osy se tak stávají dostupné i pro dosud zapovězené oblasti. V neposlední řadě je podstatnou výhodou u tzv. ready made produktů dodávka již smontovaného dílu připraveného k okamžitému použití v zákaznické aplikaci.

Nová koncepce dvoupotrubních centrálních mazacích systémů

Oproti jiným typům ztrátových centrálních mazacích systémů, dále jen CMS, mají dvoupotrubní mazací systémy zásadní přednost v tom, že dávkovače jsou plněny novým mazivem přetlakově. To je předpoklad pro spolehlivé mazání strojů a strojních zařízení.

Vývoj úzkorozchodného tramvajového podvozku v laboratořích RTI

Výzkum a vývoj pohonu dvojkolí úzkorozchodného tramvajového podvozku probíhá v rámci kooperace zkušebny komponent dopravních prostředků, zkušebny provozní pevnosti a únavové životnosti, laboratoře pro virtuální prototyping a laboratoře strojírenských experimentálních metod, které jsou součástí Regionálního technologického institutu (RTI) – strojírenského a technologického výzkumného centra ZČU v Plzni, Fakulty strojní.

Inteligentní motor střižený na míru

Mechatronická pohonná jednotka g350 představuje nový kompaktní mechatronický pohonný balíček, který firma Lenze uvádí na trh ve třech výkonnostních provedeních. Zařízení je koncipováno speciálně pro horizontální přepravní techniku.

Bezúdržbové klínové řemeny

U klínových řemenů uživatelé oceňují tichý chod, jednoduchou instalaci a funkci bezpečnostní spojky při přetížení, kterou klínové řemeny plní díky možnosti krátkodobého prokluzu. Nicméně klínové řemeny vyžadují ne vždy levnou a snadnou údržbu. Obzvláště v nepřetržitých provozech či těžko dostupných pohonech se obecné doporučení kontrolovat a dopínat klínové řemeny každých 2 000 provozních hodin obtížně splňuje. Výsledkem bývají ztráty účinnosti, energie a krátká životnost pohonu. Klínové řemeny, jak je známo, bez dopnutí prokluzují. Co ale bývá zanedbáváno, je vliv zvýšených vibrací při nízkém napnutí klínových řemenů. Tyto vibrace mají velmi negativní vliv na životnost ložisek a jiných součástí zařízení. Zde se zaměříme na správnou údržbu a na novinku na trhu – bezúdržbové klínové řemeny.

Univerzální kyvný pohon

Modulární, odolný, univerzální – to jsou hlavní vlastnosti nového čtvrtotáčkového pohonu DFPD společnosti Festo. Tento pohon s ozubeným hřebenem a pastorkem je určen pro splnění nejrůznějších požadavků ve zpracovatelském průmyslu.

Výpočet zbývající doby běhu valivých ložisek

Na veletrhu Hannover Messe 2016 představila společnost Schaeffler novou digitální službu – výpočet nominální zbývající doby běhu valivých ložisek v provozu na základě reálného souboru zatížení.

Certifikace testovacího postupu pro výpočty životnosti valivých ložisek

Certifikátor Germanischer Lloyd (GL) udělil společnosti Schaeffler osvědčení „Assessment of the method to investigate rolling bearing rating life“ (Posouzení metody zjišťování jmenovité životnosti valivých ložisek). Poprvé tak byl certifikován samotný postup, a ne každý jednotlivý faktor ovlivňující životnost, jak bylo dosud vyžadováno.

Ložiska pro lineární pohyb

Během posledních let se neustále zvyšují nároky na moderní lineární technologii, zejména pokud jde o únosnost, tuhost a životnost. Souběžně však rostou rovněž požadavky uživatelů na jednoduchost montáže a snižování nákladů na údržbu. Aby firma SKF dokázala uspokojit všechny tyto požadavky zákazníků, přichází na trh s novou řadou D lineárních kuličkových ložisek LBC.

EtherCAT pro centrální řízení pohybů

Při centrálním řízení pohybů se musí v každém cyklu po sběrnici přenášet požadovaná hodnota na připojené pohony. Vlastnosti použitého sběrnicového systému jsou proto rozhodující pro dosažitelnou přesnost a dynamiku koordinovaných pohybů. EtherCAT zde proti konvenčním datovým sběrnicím nebo jiným sběrnicím Ethernet pro průmyslové využití nabízí jasné výhody.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit