Роботизация дробеструйной обработки металлических поверхностей

Ручная дробеструйная обработка в обитаемой камере – это процесс требующий особой защиты оператора. У оператора дробеструйной камеры тяжёлая работа, которая приводит к быстрой усталости, что в свою очередь увеличивает опасность травматизма, снижает качество и производительность. Если вы планируете начинать роботизировать металлообрабатывающие производство с целью увеличения качества, производительности или снижения издержек, или зависимости от человеческого фактора, конечно вы в первую очередь будите рассматривать применение сварочных роботов. Возможно, в вашем случае это наиболее рационально, но не факт. Следует провести технико-экономические изыскания и определить эффективность роботизации также дробеструйной обработки, возможно наиболее рациональным стартом окажется именно роботизации пескоструйной подготовки поверхностей на вашем заводе. Примеров эффективной роботизации пескоструйной обработки, как специализированных, так и универсальных систем, уже достаточно много.

Есть реализованные проекты и на Российских предприятиях. Так, например, финская компания Blastman Robotics Ltd интегрировала роботизированные системы подготовки поверхностей в РФ на предприятиях: 

• ОАО “ТорВЗ” (Торжокский вагоностроительный завод)
• АО «ТВСЗ» (Тихвинский вагоностроительный завод)
• АО «Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод»
• ООО "СФАТ-Рязань"

Роботизированная линия дробеструйной очистки ЗАО «Тихвинский вагоностроительный завод»

Типы роботов для дробеструйной обработки

Для диверсификации, в необитаемые дробеструйные камеры наиболее рационально интегрировать мостовые или настенные роботизированные системы.

Мостовые дробеструйные роботы

Робот Blastman B20S

В качестве рычагов робота используются различные варианты шарнирных и телескопических рычагов, из которых комбинируются оптимальные установки роботов. Рычаг робота может быть оснащен одним или двумя соплами диаметром по 12–19 мм и работать под давлением струи сжатого воздуха до 10 бар.

Каждая мостовая роботизированная система всегда проектируется индивидуально в соответствие с размерами дробеструйной камеры.
В зависимости от поставленных задач, мостовой дробеструйный робот может иметь 6 - 8 степеней свободы. 

Рабочей зоной робота мостовой конструкции является все пространство камеры дробеструйной обработки. Основные движения робот выполняет в продольном, вертикальном и горизонтальном направлениях камеры.

Настенные дробеструйные роботы 

Для просмотра видеоролика работы настенного дробеструйного робота - кликните курсором на картинку

Робот Blastman B12

Когда вертикальное пространство в камере ограничено, используются настенные роботы. Настенные роботы могут работать либо в паре, установленные на противоположные стены дробеструйной камеры, либо иметь кантователь обрабатываемого объекта при использовании одного настенного робота. 

Основные движения настенный робот выполняет в продольном и вертикальном направлениях дробеструйной камеры. Все модели роботов Blastman способны работать с одним или двумя соплами диаметром по 12–19 мм под давлением струи сжатого воздуха до 10 бар. 

Робот Blastman B12 (на фотографии) – настенный робот, имеющий 4 оси передвижения и направления струйного сопла, который предназначен для обработки деталей не сложной конфигурации. Вращение деталей можно контролировать роботом как пятую ось самого робота.

Программирование дробеструйных роботов

Обучающие методы Teach-In и PTP

Программирование роботов методом обучения в настоящее время наиболее распространен в промышленности. Суть метода заключается в том, что необходимые движения робота воспроизводятся оператором, и соответствующая информация записывается в память устройства ЧПУ. Далее робот переключают на автоматический режим, и начинает воспроизводить всю последовательность движений оператора. Этот способ прост, доступен квалифицированному рабочему. 

Недостатком метода является высокая вероятность субъективных ошибок, возникающей за счет неточного позиционирования робота в процессе обучения. Такие ошибки входят в качестве составляющей в полную ошибку позиционирования, так как промышленный робот может воспроизводить только те позиции, которые заданы ему при обучении. Значимость и количество ошибок при обучении зависит от квалификации оператора, проводящего обучение робота. Даже у опытного оператора ошибка может оказаться критической, если динамические свойства робота таковы, что оператору тяжело управлять роботом вручную. 

В процессе обучения промышленного робота оператор, управляющий им вручную, составляет совместно с роботом следящую систему, являясь ее замыкающим звеном. Вводными данными системы служит положении рабочего органа робота относительно заданной позиции. 

Существенным недостатком этого метода управления, также является необходимость остановки производственного процесса на время обучения.

Программирование Teach-In – это метод режима обучения, простой и быстрый способ создания программы для робота. Дробеструйная программа записывается, в то время как оператор вручную управляет роботом с помощью джойстиков, обрабатывая при этом заготовку. В автоматическом режиме робот повторяет все движения, которые были записаны системой управления ранее. Этот метод подходит для любого типа металлообрабатывающего производства, ошибки оператора выявленные при визуальном контроле обработанной поверхности возможно исправить. Недостатком метода является потеря времени при обучении робота, что может существенно снизить рентабельность мелкосерийного и штучного производства. 

Программирование PTP «от точки к точке»  – этот метод программирования является усовершенствованным способом обучения робота для создания детальных и оптимизированных дробеструйных программ. Программирование осуществляется с помощью переносной панели управления, оператор обучает робота двигаться от точки к точке. Процесс обучения PTP является более эффективным чем Teach-In и менее зависим от физиологии оператора. Но в целом, недостатком метода также как у Teach-In является необходимость остановки производственного процесса на время обучения робота. 

Программирование Offline – наиболее эффективный и перспективный метод управления промышленными роботами. Суть метода заключается в построении 3D модели изделия в CAD системе с последующей передачей данных о модели в CAM систему, где в автоматизированном, либо в автоматическом режиме создаётся управляющая программа для CNC робота. Этот метод программирования в отличие от методов обучения, позволяет организовать непрерывное производство и существенно повышает производительность дробеструйной линии. 3D модели возможно создавать специально для нужд роботизированной дробеструйной обработки, но это не правильный подход к делу. Эффективность любого производства существенно повышается при внедрении CAD 3D, если построение модели выполняется с учётом потребностей всего жизненного цикла изделия. 

Роботизация производства эффективно интегрируется в концепцию PLM  (рекомендую к прочтению публикацию: Интегрированная информационная модель металлообрабатывающего производства). CALS (PLM) концепция роботизированного производства в рамках взаимодействия STEP стандарта, по производительности на предприятиях с поточным мелкосерийным и даже производством нестандартных изделий, может достигать уровня производительности сравнимого с конвертерным производством. 

Будущее программирования роботов - автоматические системы с передачей данных с 3D модели созданной в CAD через PDM/CAM в управляющую CNC с визуальным интерфейсом, как это реализовано в модулях Visual Components которые имеют открытый API и интегрируются почти со всеми актуальными САПР.

Пост управления роботизированной дробеструйной линией

Технологическая линия дробеструйной очистки металлических конструкций требуют не только управления дробеструйным роботом, но и управления сопутствующими процессами: системой сбора и рекуперации дроби, системами безопасности, дробеструйным аппаратом и т.д. При правильной организации, всеми процессами может управлять один оператор, и не только, если линия оборудована конвейером P&F и технология подготовки поверхностей включает операции деминерализации, обезжиривания и нанесения конверсионного слоя струйным методом или погружением в ванны, всеми этими процессами при оптимальном уровне автоматизации может управлять один оператор. 

В публикации использованы материалы с сайта компании Blastman Robotics Ltd