Az Esseni Nemzetközi Kiállítás a robotika szemszögéből. Komócsin Mihály Miskolci Egyetem Az 1993 szeptember 15 és 22 között rendezett "Hegesztés és Vágás 93" Nemzetközi Kiállításon a Magyar Hegesztéstechnikai Egyesülés szervezésében, a TÜV Hungária Rt. vendégeként vehettem részt. A négy évente megrendezésre kerülő, impozáns bemutató méreteire jellemző, hogy a kiállítási terület összemérhető a BNV területével. Így szinte reménytelen vállalkozásnak tűnt, hogy a rendelkezésünkre álló 8 óra alatt a kiállítás egészéről átfogó képet nyerjünk. A Tisztelt Olvasó mind teljesebb tájékoztatása érdekében a felkért szerzők egy-egy körülhatárolt szakterületről igyekeztek mind teljesebb információkat szerezni. Ebből a munkamegosztásból adódóan kizárólag a bemutatott hegesztő robotok megismerésére, a robotika területén megvalósult legújabb fejlesztésekre fordítottam a rendelkezésre álló szűkös időt. A kiállítás majd valamennyi standján surrogva mozogtak a hegesztő robotok. A bemutatott robotizált hegesztő munkahelyek döntő többségénél a robot pusztán a cég termékének látványosabb megjelenítését szolgálta és legfeljebb a kompatíbilitás illusztrálását demonstrálta. A robotok néhány gyártótól származtak, némiképp egyszerűsítve ezzel az önként vállalt tudósítási feladatot. A több száz robotizált bemutató azonban egy dologról minden látogatót meggyőzhetett, nevezetesen a robotok alkalmazása a hegesztés területén köznapivá, általánossá vált. Ez jó összhangban van azzal a ténnyel, hogy napjainkban a világon üzemelő, közel egy millió ipari robot mintegy harmada hegesztést végez. A kiállításon szerzett benyomások alapján a nagy, neves hegesztő robotgyártók, megítélésem szerint három irányban végzik fejlesztő tevékenységüket. Az egyik ezek közül a hegesztő robotok árának csökkentését célzó, nagy szérianagyságban előállítható, leegyszerűsített, vagy moduláris elven felépülő robotok fejlesztése. A másik irányzat a megoldandó hegesztési feladathoz leginkább illeszkedő, a környezetéből információkat gyűjtő, azt feldolgozó és a szabályozásba beépítő, kvázi intelligens robotok kialakítása a külső szenzorok alkalmazása révén. A harmadik irányzat a robotok mellékidejének csökkentését, a CAD rendszerekhez való illesztését tűzte ki célul az, offline programozást célzó szoftverek fejlesztésével. A moduláris robotrendszerek kialakítása A moduláris felépítés filozófiája arra épül, hogy a robotizált cella, vagy gyártósori elem egy kis munkatartományú, olcsó szériagyártmányú, hat szabadságfokú hegesztő robotot alkalmaz, amelynek a feladathoz való illesztését a szoftveresen szabályozott perifériákon keresztül valósítják meg. A moduláris felépítést lehetővé tevő szerkezeti elemek és perifériák kínálata szinte minden képzeletet felülmúló kínálatát lehetett látni a vásáron. A moduláris szerkezeti elemek, mint alaplapok, vízszintes vezető- és függesztőelemek, munkahelyváltó forgató- vagy billentőelemek, továbbá az egy és két szabadságfokú szabályozott perifériák, mint az utaztató-, forgató-, billentő egységek alkalmazása számos előnyt kínál, nevezetesen:
- a feladathoz legjobban illeszkedő, speciális rendszer kialakítása kipróbált sorozatelemekkel, olcsóbban, mint az egyedi fejlesztések esetén, - a feladat változása esetén a rendszer egyszerű, olcsó és gyors átalakítási lehetősége, A moduláris felépítés rendszerét mutatja be az 1. ábra. 1. ábra Moduláris robotrendszer. A moduláris rendszerek a gyártócellák, valamint a rugalmas gyártórendszerek kiépítésénél ideális megoldásnak kínálkoznak, kihasználva az olcsó, megbízható minőségű elemek, valamint a raktárról való szállítás előnyeit. Szenzorok A hegesztő robotok mind szélesebb körű, gazdaságos alkalmazását teszik lehetővé a külső, opcionális szenzorok területén elért hardver és szoftver fejlesztési eredmények. Az ipari referenciákkal rendelkező, legáltalánosabban alkalmazott szenzorok gazdag bemutatóját kínálta a kiállítás. A környezetéből információkat gyűjtő, azt feldolgozó és ez alapján a programját módosítani tudó robotok ma már általánosan elterjedtek az iparban. A munkadarab-robot alkotta rendszer összehangolására, pozícionálására szolgáló szenzorok. Több cég is kínálja a munkadarab-robot alkotta rendszer összehangolását szolgáló Tool Center Point (TCP) kalibráló opciót, amelynek lényege, hogy a gázterelő hüvelyt, mint taktilis szenzort alkalmazó érzékelő a munkadarab egy kitüntetett pontjának változását érzékeli és ennek megfelelően a munkadarab hegesztési programját egy tengely irányában eltolja. Más taktilis szenzorokat, mint kondenzátor kisülésen alapuló, vagy mikrokapcsolót működtető szenzorokat, valamint érintés nélküli, lézert alkalmazó távolságmérő szenzorokat is lehetett látni ugyanerre a faladatra. A TCP kalibrációhoz használt taktilis szenzorokat alkalmazzák a térbeli programeltolásokhoz is, amellyel sorozatgyártásban a munkadarab tájolásának a hibáit lehet
kompenzálni azáltal, hogy a munkadarab definiált pontjainak a tényleges helyzetéhez illeszti a programot. A kiállításon bemutatott munkadarab kereső programok 0.5-1 mm pozícionálási pontosságot biztosítanak. Az eljárás lényege a 2. ábrán követhető nyomon. Varratvonal követő szenzorok. 2. ábra Munkadarab kereső rendszer A hegesztés során a hő hatására a varrat vonala a hőtágulás miatt elmozdulhat a kezdeti helyzetéből. Ez varratgeometriai vagy méret hibához vezethet. A hegesztő fejet lengetve és az ív jellemzőit (feszültségét vagy áramerősségét) a két lengetési végpontban összehasonlítva az esetleges eltolódás érzékelhető, és program eltolással kompenzálható. Új megoldást jelent ezen a területen a dinamikus ívérzékelő rendszer, amely a korábbi statikus karakterisztika helyett az ív dinamikus karakterisztikájára épül, mint ahogy azt a 3. ábra szemlélteti. Optikai szenzorok A szenzorok között a legsokoldalúbban használható, de ugyanakkor a legköltségesebb, a robotéval összemérhető árúak az optikai szenzorok. Ezek a szenzorok megoldják a - a varrat kezdő- és végpont keresését, - fűzővarratok felismerését, - a részegységek méret ellenőrzését, - varratvonal követést, - a varratvályat kitöltés figyelését és a szükséges hegesztési munkarendi elemek, lengetés, huzalelőtolás, hegesztési sebesség szabályozását.
3. ábra Dinamikus ívkarakterisztikára épülő varratvonal követés. A vásáron bemutatott optoelektronikus szenzor 12 processzorból és 4 számítógép egységből épül fel a 4. ábrán bemutatott módon. 4. ábra Optoelektronikus szenzor.
A videokamerából érkező jeleket egy video RAM digitalizálja, amelyeket az operatív memória tárol. A tárolt jelek alapján egy képfeldolgozó rendszer számítja ki a koordinátákat és juttatja el a robot szabályzó rendszeréhez. A szenzor 0.2 mm-es pontosságot biztosít. A kiállított lézer szenzor a varratok 3 dimenziós ellenőrzését látja el. A hegesztőfej elé szerelt hélium-neon lézer és kamera másodpercenként ötször vagy tízszer végigpásztázza az 5. ábrán látható módon a varratvályút. 5. ábra Lézer szenzor A rendszer a szenzor és a munkadarab közötti távolságot a sugár reflekszió alapján határozza meg. A mért és a programozott adatok közötti különbséget a robot vezérlése használja vezérlőjelként. Offline programozást szolgáló szoftverek Az offline programozás az általánosan elterjedt teach in programozással szemben néhány előnyt hordoz, nevezetesen : - a program elkészíthető, optimalizálható és leellenőrizhető egy, a robottól független számítógépen, nem vonva ki ezzel a robotot a termelésből, - elkerülhető a programtervezési és programozási hiba, - a számítógép nyújtotta szoftveres támogatással, a munkadarab mozgatás okozta időkiesés elmaradásával jelentős mérnöki munka takarítható meg, - közvetlenül illeszthető CAD programokhoz és az ezekben készített állományokhoz, - a programok adatai más számítógépes programokhoz, mint munkaidő, hozaganyagszükséglet, költségek számításához rendelkezésre áll. A kiállításon látott ROBIN és IOPS programok 3D-s grafikus képernyőkön igen látványosan mutatták be a programozás és a szimuláció lehetőségeit. A szoftverek gazdag szerszámkészlettel, legördülő menükkel és könnyen kezelhető helpekkel tették felhasználóbaráttá az offline programozást.