Industriële robots

Eindwerk Industriële robots

Hoofdstuk 1 : Historie

In het begin moest de mens zich redden met zijn instinct, verstand en met behulp van zijn handen. Later heeft de mens werktuigen zaols hamers, bijlen en wapens ontwikkeld. Eerst bestonden deze uit steen maar naarmate de tijd vorderde werden deze vervangen door brons en ijzer en daarna door staal. Men kon met deze gereedschappen slechts 1 handeling of bewerking uitvoeren, dit was meestal een vorm van handenarbeid. De mens heeft in de loop der eeuwen het gebruiksbereik van de gereedschappen kunnen vergroten. Men heeft enn boomstam omgevormd tot een wiel, een beitel tot een verspanende machine, een mes tot een snijmachine en een pen tot tekstverwerker. De vergroting van het gebruiksbereikleidt tot een productieverhoging en een kwaliteisverhoging van het product. Om de gereedschappen te bedienen moest men in het begin rekenen op eigen spierkracht. De mens had al gauw door dat de natuurkrachten ook arbeid konden verrichten. Zo gebruikte men de wind of het water om graan te malen of om hout door te zagen. Men gebruikte ook het dier voor bijvoorbeeld het voorttrekken van een ploeg. Als de mens te moe was om te werken kon hij langzamer werken of stoppen als hij gebruik maakte van zijn eigen spierkracht. Als de mens echter gebruik maakte van de natuurkrachten kon hij niet zomaar ophouden want hij kon de wind natuurlijk niet stil leggen of het water doen stoppen met stromen, later werd dit aanzien als een voordeel omdat men dan aanhoudende kon produceren. Deze problemen werden echter opgelost door het zetten of oprollen van de zeilen bij een windmolen en het openen of sluiten van een schuif in de waterafvoer.

1.2. De eerste automatische machine

Nadat men de natuurkrachten hed leren gebruiken is men ook gaan zoeken naar mogelijkhedenom de machines zelf het werk te doen zonder dat de mens daaraan iets moest doen. Zo vond James Watt de regulator (fig 1.1) uit. De regulator was een eerste primitieve automatische machine. De machine zorgde ervoor dat de stoomklep van een stoommachineopende wanneer deze niet genoeg werd belast en sloot wanneer het toerental te laag was.

1.3.De Overgang van mechanisatie naar automatisatie

Om de productie van goederen te verhogen werden de productieprocessen gemechaniseerd. Enkele voorbeelden hiervan zijn de vervanging van zeis, sikkel en dorsvlegel door de maai- en dorsmachines, het gebruik van de lopende band bij de productie van auto’s en de invoering van de stofzuiger ter vervanging van de keerborstel. Deze gemechaniseerde productieprocessen worden bestuurd door de mens. De productiekwaliteit of eventuele fouten on het product zijn nog steeds afhankelijk van de mens. Bij de mechanisatie zal de mens minder hard moeten werken maar veel meer moeten nadenken. De mens moet door de mechanisatie een grotere visie krijgen op het productieproces, hij moet meer plannen en hij heeft een grotere verantwoordelijkheid (dure machines). Een snelle ontwikkeling van de techniek en de wetenschap zorgde ervoor dat er nieuwe mogelijkheden werden ontwikkeld die nieuwe en betere producten voortbrachten. De mechanisering was noodzakelijk omdat deze voor de mens nodig of handig waren: -fiets → auto -typemachine → computer

Om van mechanisatie over te gaan naar automatisatie was er nog een stap nodig: men moest de bediening via de mens vervangen door een machine. Daarna moet de mens enkel de machine starten en stoppen en eventuele storingen verhelpen. Alle machines uit de verpakkingsindustrie zaols een flessendrukmachine en een inpakmachine behoren tot de categorie van de directieve automaten. Een voorbeeld van normatieve automaten is een thermostaat die ervoor zorgt dat de kamertemperatuur op een constante vooraf ingestelde temperatuur blijft door de brander van de ketel in of uit te schakelen. De hierboven vermelde en besproken automatiseringsvormen hebben een zeer eenvoudige structuur. In de automaten is er dan ook weinig kunstmatige intelligentie (intelligentie door de mens is geprogrammeerd) aanwezig.

1.4 Gebruik van computers bij de automatisatie

In de industriële automatisatie heeft de computer een ruime toepassing gevonden. De computer bestuurt onder andere chemische processen zoals kraakinstallaties die gebruikt worden om aardolie in zijn ruwe vorm te zetten in benzine en andere hoogwaardige producten.

Hoofdstuk 2: De constructie en aandrijving van een robot

2.1 De mechanische opbouw

Een robot is opgebouwd uit componenten die een roterende (R) of translerende (T) beweging ten opzichte van elkaar kunnen maken, hierbij kunnen we drie hoofdassen onderscheiden die nodig zijn om een positie in de ruimte aan te sturen. De configuratie die aangeeft hoe de assen ten opzichte van elkaar liggen wordt aangegeven door een combinatie van de letters R en T: De configuratie RRR geeft aan dat de robot bestaat uit drie roterende assen. De overige 1 tot 3 assen dienen om de oriëntatie van het gereedschap in de ruimte aan te sturen. Soms gebeurt het dat een robot uit meer dan 6 assen wordt toegepast bij verfspuitrobots zijn soms 7 assen aanwezig om de bereikbaarheid te vergroten.

2.1.1 De kinematische opbouw van de robotarm

Een aanduiding op grond van de configuratie van de hoofdassen van de meest voorkomende robottypen geeft een indeling zoals op figuur 2.1. De nomenclatuur (aanduiding) van robotconfiguraties is nog niet gestandaardiseerd. De notatie op figuur 2.1 is voorgesteld door het IPA in Stuttgart ( Institut für Produktionstechnik und Automatisierung). Deze aanduiding geeft de soorten configuraties van de assen het beste weer, maar toch gebruiken de fabrikanten meestal een afwijkende nomenclatuur.

Configuratie

De drie hoofdassen bij deze configuratie staan loodrecht op elkaar en transleren loodrecht ten opzichte van elkaar, ze zijn verbonden door een rechtgeleiding

Voordelen Door gebruik te maken van rechtgeleidingen en een stevig frame ontstaat er een hoge stijfheid, dat leidt tot een hoge nauwkeurigheid. De nauwkeurigheid wordt nauwelijks beïnvloed door de pols. Het draagvermogen is in het gehele werkgebied gelijk.

Nadelen Ten opzichte van de lengte van de translaties is het werkgebied niet zo heel groot. Doordat de pols zelf niet uit de draagconstructie kan reiken is de aan- en afvoer van producten soms een probleem. De rechtgeleidingen en lineaire positiemeetsystemen zorgen ervoor dat deze constructie relatief duur is.

Toepassingen Montagetaken zoals het monteren van de toetsen bij een toetsenbord. Ook insteekbewegingen die van bovenaf gebeuren en een grote nauwkeurigheid vereisen. Met grote portaalafmetingen (werkkamer van de robot) is de configuratie ook geschikt voor het oppakken van goederen van een aanvoereenheid en het palletiseren of verpakken van deze goederen. De portaalconstructie (fig2.2) wordt ook steeds meer gebruikt voor het laden en lossen van gereedschapswerktuigen (fig. 2.3). Het portaal staat daarbij over een of meerdere machines en over gereedschaps- en werktuigmagazijnen.

2.1.1.2.RTT- configuratie

Dit type bestaat uit een zuil die een zwenkbeweging kan maken en waar een uitschuifbare arm kan transleren. Het werkgebied is cilindrisch van vorm.en het wordt begrensd door de uiterste standen van de twee translerende assen. Met deze configuratie kan men een redelijke nauwkeurigheid bereiken. De zuil moet een hoge stijfheid hebben vanwege de belasting op buiging.

Voordelen Deze configuratie wordt vooral gebruikt om producten over te zetten van de ene machine naar de andere met een redelijke nauwkeurigheid. De configuratie kan ten volle benut worden als de machines rond de robot staan. Als men een robot nodig heeft met een grote verticale bereikbaarheid kan men dit verkrijgen door de zuil te verlengen.

Nadelen Het werkgebied wordt bepaald door de horizontale translerende as en kan dus niet groot zijn (risico op buiging) en de voet van de zuil neemt een groot deel van de ruimte in beslag

Toepassingen Overzetten van producten tussen verschillende machines of afnemen van producten van een lopende band (pick-and-place toepassingen).

3)RRT- configuratie

Bij deze configuratie is de translerende as in de verticale richting bij een RTT- configuratie vervangen door een roterende as. Hierdoor wordt het werkgebied beschreven door een holle bol waarvan de binnenste en buitenste waarden worden bepaald door de uiterste standen van de translerende as. De bol wordt afgeknot door de uiterste standen van de 2de rotatie-as (B).

Voordelen Het werkgebied is tamelijk groot ten opzichte van de mechanische afmetingen van de robotarm.

Nadelen De bereikbare nauwkeurigheid neemt af door de terwijl de moeilijkheid om te programmeren toe neemt.

Toepassingen Deze configuratie wordt vooral gebruikt tijdens het puntlassen en het laden en lossen van machines.

4)RRR- configuratie

De meest voorkomende configuratie is de zogenaamde knikarmconfiguratie die is opgebouwd uit drie rotaties. Omdat deze configuratie het grootste werkgebied heeft ten opzichte van het benodigde werkvloeroppervlak en de meeste keuzemogelijkheden heeft voor de oriëntatie om een punt in het werkgebied te benaderen is dit het meest universele robottype met de meeste toepassingsgebieden. Het toepassingsgebied is torusvormig. Het maximale hanteergewicht wordt bepaald door het draagvermogen in de uiterste stand omdat hier de hoogste belasting van de aandrijving wordt gevraagd.

Voordelen Deze configuratie heeft het grootste werkgebied ten opzichte van de mechanische afmetingen van de robotarm. De robotconfiguratie is geschikt voor vele toepassingen.

Nadelen De haalbare nauwkeurigheid is minder groot dan de vorig genoemde types en neemt af naarmate de lengte van de as groter wordt. Er moeten ingewikkelder berekeningen gemaakt worden om de arm te besturen.

Toepassingen Zeer vele waaronder:

- verfspuiten - puntlassen - booglassen - afbramen - laden en lossen van machines - monteren van allerlei onderdelen als er geen al te - grote nauwkeurigheid vereist is.

Dit type verdient een aparte vermelding dat aangeduid zou kunnen worden al RRT- configuratie. Bij deze configuratie staan de beide roterende assen verticaal gericht. De arm beweegt zich horizontaal en heeft enkele knikpunten. Deze configuratie staat bekend als SCARA- configuratie. SCARA is een acroniem of afkorting voor Selective Compliance Assembly Robot Arm. Deze robot is specifiek gemaakt voor montagewerkzaamheden waar de onderdelen van bovenaf gemonteerd moeten worden. Er is in de horizontale richting een vering voorzien zodat zelfcentrerende onderdelen hun positie kunnen zoeken tijdens het monteren. Er kan bij kleine afmetingen van de robotarm een positioneernauwkeurigheid van 0.01 mm bereikt worden.

2.1.2 De kinematische opbouw van de pols

Om niet alleen de positie van een voorwerp in de ruimte te kunnen veranderen maar ook de oriëntatie zijn er nog drie andere assen of vrijheidsgraden nodig. Deze assen situeren zich in de pols van de robotarm en zijn roterende vrijheisgraden omdat hiermee een willekeurige positie van de effector (gereedschap dat bevestigd is aan de pols voorbeeld: grijper, verfspuit) kan verwezenlijkt kan worden. De drie rotatie-richtingen worden vaak aangeduidt met ‘pitch’, ‘yaw’ en ‘roll’ (fig. 2.9). Door de moeilijke constructie van de pols vermindert het draagvermogen in de hand van de robot.

2.2 Aandrijvingen

Voor ieder as van een robot is een aandrijfsysteem nodig. Aandrijvingen bestaan uit:

-een aandrijfmotor met bijhorende energiebron -een overbrenging die kan bestaan uit tandwielen,tandriemoverbrengingen of een harmonic drive -bij lineaire bewegingsassen: een omzetting van een rotatie naar translatie door middel van een schroefspil

Bij een pneumatische en hydraulische aandrijving kan er gewerkt worden met cilinders die men aan de translerende assen koppelt hierdoor moet men geen overbrenging vn rotatie naar translatie voorzien.

Bij industriële robots treft men nu vrijwel alleen elektrische servosystemen, alleen bij speciale toepassingen wordt er nog gebruikt gemaakt van hydraulische servosystemen. Pneumatische systemen worden ook zelden gebruikt omdat de pneumatiek zich slecht leent voor toepassing in servosystemen omdat lucht gemakkelijker samendrukbaar is. Het gebruik van stappenmotors wordt nog niet zo veel toegepast omdat het geleverde aandrijfmoment te klein is.

2.2.1 De servokring

Bij industriële robots bestaat de aandrijving uit een servomotor met bijbehorende voeding. Er is altijd een mechanische overbrenging aanwezig die de kracht of het koppel van de servomotor overbrengt op het aangedreven robotonderdeel.

2.2.2 Hydraulische servosystemen

Elektro-hydraulische servosystemen bestaan uit een roterende of lineaire servomotoren en een elektrisch aangestuurde servoklep waarmee de motor in twee richtingen in iedere gewenste snelheid kan worden aangestuurd worden. Bij aanvang van de numerieke besturingstechniek werden zowel bij numeriek bestuurde gereedschapswerktuigen als bij de industriële robots hydraulische servosystemen toegepast maar met de komst van de betere elektrische servosystemen werd de hydrauliek bijna volledig verdrongen in beide gevallen

De voordelen

-zeer compacte bouw van de motor -grote stijfheid en demping

De nadelen

-lawaai -lekkage

Ondanks het beter servogedrag van hydraulische systemen zorgen de nadelen ervoor dat de elektrische systemen veel meer gebruikt worden. Hydraulische systemen worden nog maar zelden toegepast

“De kosten van de onderdelen van een hydraulische ?actuator? met servoklep veranderen niet veel met het geleverde vermogen. Als er grotere vermogens nodig zijn zal men soms toch opteren voor een hydraulisch systeem omdat de kosten van de elektrische systemen stijgen naarmate het vermogen stijgt en dus een hydraulisch systeem financieel voordeliger is. Een ander punt van overweging is de explosieveiligheid van een hydraulisch systeem wanneer men met brandbare stoffen werkt (verfspuiten). “Bron: Pagina 62 van Flexibele Productie Automatisering deel 3 zie Bibliografie

2.2.3 Elektrische servosystemen

Als elektrische servomotor worden voornamelijk ankergestuurde gelijkstroommotoren toegepast. Door de ankerstroom te regelen kan het draaimoment van de motor geregeld worden:

M = CMiA

CM = Motorconstante
iA = Ankerstroom

De schijfankermotoren (fig. 2.10) worden momenteel het meeste toegepast. De ankerwikkelingen zijn direct via de techniek van de gedrukte bedrading op de ankerschijf aangebracht. Ook de collector, waardoor de ankerstroom via koolstofborstels naar de ankerwikkelingen gevoerd wordt, is ook direct op de ankerschijf bevestigd. Het magnetisch veld wordt opgewekt door zeer sterke permanente magneten. Deze motor heeft een klein bouwvolume en bezit door de kleine ankermassatraagheid een goed servogedrag
Hoofstuk 4 Effectoren

Een effector is de algemene benaming voor het onderdeel dat op het uiteinde van de robotarm is bevestigd.Met de effector wordt de gewenste bewerking uitgevoerd. Dit kan zijn het hanteren van werkstukken, maar ook het hanteren van gereedschappen, zoals een verfspuit of lastoorts. Bij de aanschaf van een robot beschikt men over een constructie waarvan de armen kunnen bewegen en een besturing die via outputpoorten elektrische signalen naar het uiteinde van de arm kan sturen en die via de inputpoorten informatie van het uiteinde van de arm in de besturing kan inlezen. Het uiteinde van de arm bestaat uit een montageplaat (ook frontplaat of flens genoemd), de gebruiker moet hierop het juiste instrument aansluiten. De meeste robotfabrikanten beschikken over application engineering zodat een volledige installatie kan gebruikt worden die geschikt is voor het gewenste doel maar meestal is de gebruiker op zichzelf aangeezen om de robotarm te vervoledigen met een effector. De meeste ‘eenvoudige’ grijpers zijn meestal standaard leverbaar maar voor ingewikkeldere toepassingen is geen standaardoiplossing beschikbaar vanwege de grote verschillen in toepassingen of gebruiksomstandigheden. Men kan de toepassingen van effectoren opdelen in 2 grote groepen:

- het hanteren van objecten (werkstukken) - het hanteren van gereedschappen

De meest gebruikte gereedschappen bij industriële robots zijn de puntlastang, de lastoorts en de verfspuit.

4.1 Hanteermogelijkheden

Voor het hanteren van onderdelen hebben we een grijpvlak en een grijpkracht nodig deze beide zijn afhankelijk van het onderdeel. Om een product te kunnen oppakkenen voldoende klemkracht te kunnen uit oefenenom het onderdeel vast te houden tijdens het bewegen van de arm.De klemkracht kan in het algemeen op 5 manieren bekomen worden:

-mechanish -met vacuüm -elektromagnetisch -door middel van vasthaken -met een spandoorn -door vervorming van een balg onder luchtdruk

Al naar gelang de vorm van het onderdeel zal een geschikte vorm van krachtopwekker gekozen worden. Het aandrijfsysteem van de grijper dient om de grijperopening te verstellen en om de spankracht op te wekken. De meest voorkomende grijpers zijn mechanische grijpers. Er komen talloze soorten en uitvoeringen voor. Vrijwel ieder product kan met behulp van een grijper worden opgepakt maar soms zijn er echter simpelere oploissingen mogelijk. Onderdelen met vlakke oppervlakken van glas, kunststof of karton kunnen in het algemeen echter veel gemakkelijker worden opgepakt met behulp van zuignappen. Door de elastische flexibiliteit van de zuignappen vormen deze zich naar het oppervlak en komt er een goede afsluiting tussen de zuignap en het oppervlak. Hierdoor kunnen ook breekbare voorwerpen worden opgepakt. Om een vacuüm te creëren zijn er twee mogelijkheden:

- gebruik maken van een vacuümpomp - gebruik maken van een venturi

Met een pomp kan een hoog vacuüm bereikt worden met lage bedrijfskosten en met een laag geluidsdsniveau. Het nadeel hiervan is dat er een complex systeem moet zijn met een vacuümtank en een ontluchtingsklep. Het venturi heeft als voordelen een hoge betrouwbaarheid en het ontbreken van een vacuümtank en ontluchtingsklep. De nadelen zijn het hoge geluidsniveau en het hoge persluchtverbruik. Om een object snel los te kunnen laten zonder te hoeven wachten tot het vacuüm weg is moet men er voor zorgen dat er een stoot perslucht in de zuignap kan worden geblazen. Voor het hanteren van ijzerhoudende materialen kan er gedacht worden aan elektromagneten als transportmiddel.

4.1.1 Kenmerken van de grijpers

Aan een grijper kanmen dit onderscheiden:

-aantal aangedreven grijpvlakken -aantal vrijheidsgraden ((alle mogelijke translaties en rotaties) -soort grijpvlakken -aandrijving van de bewegende delen -klemkracht -besturing -sensoren -grijp-opening -afmetingen / gewicht

Ook de nauwkeurigheid, de beveiliging tegen het wegglijden van het product, onderhoudsvriendelijkheid en eventuele uitwisselbaarheid van belang. Een van de belangrijkste technisch kenmerken die belangrijk is voor de toepassing is de grijpkracht omdat de grijpkracht samen met de grijpvlakken en de wrijvingscoëfficiënt van het te hantereren object de groote bepalt van het te hanteren onderdeel. De grijpkracht dient alle inwerkende krachten en momenten tegen te werken ofwel te overwinnen deze krachten kunnen zijn:

- gewichtskrachten (eigen gewicht) - traagheidskrachten (Newton) - proceskrachten (vb montagekrachten) - momenten als het object niet in het zwaartepunt van de effector wordt vastgehouden

Buiten de absolute grootte van de grijpkracht is ook het verloop van deze kracht ten opzichte van de grijpopening belangrijk. Het verloop wordt wordt door de overbrengingsverhouding van de aandrijving beïnvloed.

De aandrijving van het grijpersmechanisme kan gebeuren met:

-elektromotoren (GIP: Jurgen Van Ginderen) -Luchtcilinders -hydraulische cilinders -elektromagneten

Het aanbrengen van een hydraulische cilinder tussen de grijper en de robotarm is vaak lastig (plaatsgebrek) waardoor het gebruik van hydraulische cilinders niet vaak voorkomt. De meest eenvoudige grijpersmechanismen worden aangedreven door een luchtcilinder. Deze vorm van energie is gemakkelijk door te voeren naar de pols van de robot (waar de effector of grijper is gemonteerd) en kan eenvoudig gekoppeld en ontkoppeld worden, ook het gewicht van de aandrijving is niet groot. Elektromotoren worden toegepast wanneer er een positieregeling wordt vereist en de grijpkracht moet worden geregeld. De grijpkracht kan worden gemeten met druksensoren in de grijpvlakken, via rekstrookjes op de grijpervingers of door het meten van de motorstroom als de overbrenging niet zelfremend is.

Bij het laden en lossen van machines kan er vaak gewerkt worden met een dubbele grijper die het materiaal aanbrengt en tegelijk het bewerkte meeneemt. De constructie is vrij ingewikkeld en daardoor ligt de prijs ook hoog.

4.2 Gereedschaphanteringen

Naast het hanteren van producten is het ook mogelijk om een gereedschap te hanteren waarmee een product wordt bewerkt. Het gereedschap dat door de mens gebruikt wordt zal enkele aan passingen nodig hebben om op een robotarm gemonteerd te kunnen worden en de bestuursignalen van het gereedschap zullen gekoppelt moeten worden aan de besturing. Enkele voorbeelden van gereedschappen die door de robot kunnen worden gehanteerd:

- puntlastang - lastoorts - gietkan - niet- spijkermachine - schroevendraaier - slijptol/polijststeen - boormachine - verfspuit - meettaster - waterstraalsnijder

Uit bovenstaande voorbeelden blijkt dat de robot veelzijdig is. De robot kan niet enkel producten hanteren maar ook een grote variëteit aan gereedschappen hanteren.

4.3 Functiewisselsysteem

Bij het uitvoeren van een bepaalde taak kan het zijn dat men niet alle handelingen kan uitvoeren met 1 effector. Vooral bij montagetaken kan het zijn dat er verschillende objecten of hulpgereedschappen gehanteerd moeten worden. Hiervoor moet de robot van functie wisselen en een andere effector nemen. Net zoals bij draaibanken en bewerkingscentra is hiervoor een magazijn aanwezig waarin de benodigde effectoren zijn opgeslagen.

Wanneer blijkt dat het vervangen van de grijpvlakken volstaat om bijvoorbeeld een ander vorm vast te nemen, is het mogelijk om met een vingerwisselsysteem te werken. Het aandrijfsysteem hiervoor is verbonden met de robot en hierdoor kunnen de vingers verwisseld worden. Als koppeling (verbinding) tussen de vingers en de grijper wordt een bajonetsluiting (conische verbinding zoals bij een boorkop) gebruikt.Indien men moet wisselen van grijper naar gereedschap dan is het nodig om volledig van effector te wisselen.

Hoofdstuk 5 : Toepassingen van industriële robots

Robots worden voor talloze toepassingen gebruikt. In feite zijn er weinig processen waar de industriële robot niet kan worden toegepast. Dit wil niet zeggen dat de toepassing van een robot praktisch en economisch zinvol is maar dit zal worden besproken in hoofdstuk 6. In dit hoofdstuk gaan we de belangrijkste toepassingen bestuderen.

5.1 De 3 hoofdcategorieën

5.1.1 De robot draagt een gereedschap

Toepassingen zijn o.a. : -puntlassen -booglassen -brandsnijden -verfspuiten -slijpen -polijsten -afbramen -lijmen -kitten -inspectie

5.1.2 De robot hanteert een product

Hierbij zijn er vele functies mogelijk. De robot kan gebruikt worden voor de functie hanteren zoals het vasthouden van een product bij het smeden. De robot kan ook gebruikt worden voor het laden en lossen van machines (voorbeeld: spuitgiet- of smeedmachines, persen, enz, ...) Ook kan de robot producten tussen een aantal stations bewegen (palletiseren, opstapelen, verpakken, sorteren, ...)

5.1.3 De robot monteert onderdelen

Bij de montage komen de werkzaamheden van de eerste 2 categorieën vaak samen voor: de robot hanteert ook producten maar kan ook nog eens gereedschappen hanteren, testen of inspecteren.

5.2 Booglassen

5.2.1 Booglassen met industrieële robots

In veel bedrijven worden kleine en middelgrote series producten nog met de hand gelast. De lassers leggen de losse onderdelen in een lasmal en lassen de te lassen onderdelen. Ten slotte neemt men het afgewerkte product uit de lasmal en verplaatst men het gelaste onderdeel. Deze cyclus kan nu van voor af aan herbeginnen. Men kan deze lasbewerking gaan automatiseren waardoor een productiestijging en een kostendaling een gevolg kunnen zijn. Het toepassingsgebied van booglasrobots is bijzonder breed: lasbewerkingen vinden plaats aan onder meer frames, tandwielkasten, tractoronderdelen, trekhaken, uitlaten, roosters, kachels, compressoren, enz...

5.2.2 De systeemstructuur

Een MIG/MAG- robotlassysteem dat gebruikt wordt in de productie, heeft meestal een systeemstructuur zoals op fig 5.1. Op deze figuur kunnen we de drie hoofdonderdelen onderscheiden: -robot (+bijbehorende besturing) -spanningsinrichting (of positioneerinrichting) -Lasapparatuur

Er kan afhanklijk van de toepassing ook een sensorsysteem aanwezig zijn. Een robotlassyteem in de productie moet altijd afgeschermd worden door bijvoorbeeld een omheinig. Bij booglassen is het belangrijk dat er een lasrookafzuigsysteem en een afscherming tegen het felle licht van de boog aanwezig is. Voor algemene veiligheidsaspecten zie hoofdstuk 7. Behalve deze apparatuur kunnen ook de producten aanzien worden als componenten in het lassysteem.

Bij het booglassen heeft de robot 2 primaire functies

-Het nauwkeurig besturen van de positie, orientatie en de snelheid van het laspistool -Communiceren met alle apparatuur (besturingssysteem)binnen het robotsysteem en het besturen hiervan

De functie van de lasapparatuur is dezelfde als die bij het handlassen De lasapparatuur zorgt voor het leveren van energie en het toevoegen van elektrodemateriaal en beschermgas
De spaninrichting heeft een tweevoudige functie: Ten eerste moet de spaninrichting de positie en de oriëntatie van de onderdelen in de ruimte op een nauwkeurige en eenvoudige wijze kunnen vastleggen In elk robotlassysteem is er op z’n minst spa,inrichting vereist
Behalve het spannen is er bij het robotlassysteem soms sprake van een extra functie: Het bewegen van het product om de bereikbaarheid te verbeteren Hierdoor kan er gezorgd worden voor een gunstigere laspositie

5.3 Verfspuiten

5.3.1 Verfspuiten met industriële robots

We weten allemaal dat bij het manueel verfspuiten de werkomstandigheden voor het direct betrokken productiepersoneel slecht zijn. De laknevel en de dampen van oplosmiddelen hebben een negatieve invloed op de gezondheid van de spuiter. Sommige pigmenten die in de lak zitten zijn zelfs kankerverwekkend. Het dragen van maskers is wel verplicht maar deze werken niet altijd even effectief. Het dragen ervan werkt ook al niet comfortabel vanwege het zware gewicht van deze maskers. Ook het lawaainiveau is hoog bij verfspuiten. Langdurige blootstelling aan dit lawaai kan oorbeschadiging veroorzaken. Als laatste is er ook altijd het gevaar voor brand (oplossers, verdunners = licht ontvlambaar) Buiten de ongunstige omstandigheden van het spuitproces kunnen ook nog andere vervelende factoren zijn zoals het spuiten van een groot vlak boven het hoofd. Ook de job van verfspuiter is niet echt geliefd. Dit laatste is meestal de doorslaggevende factor voor het invoeren van een robotsysteem want het werk moet wel vooruitgaan. De toepassingen van verfspuiten zijn zeer groot: vele producten zoals carroserie, huishoudelijkeapparatuur, kantoorapparatuur, enz... hebben ook vaak meerder lagen lak nodig.

5.2.3 De systeemstructuur

De verfspuitapparatuur bij het soµpuiten met robots is zo goed als hetzelfde als die van het gemechaniseerd of handmatig spuiten. De lak bevindt zich in vaten die bij de lakstraat of centraal in een magazijn staan opgesteld. Nadat de la k is gefilterd, gemengd en gedoseerd wordt de lak naar het verfspuitpistool gavoerd. De robot hanteert het verfspuitpistool zodat het werkstuk op gewenste wijze kan wordeen gespoten. Rond de robot is een verfspuitcabine gezet. Bij geheel automatisch spuiten is het mogelijk om de cabine volledig gesloten uit te voeren omdat men de ingang van de moffeloven (oven waarin de lak wordt uitgehard) kan inbrengen in de cabine. De oven, wordt dan wel hoger geplaatst zodat er niet te veel warmte wegvloeit.

Bij een verfspuitsysteem zijn aanwezig:

- een reinigingsinstallatie voor de toegevoerde lucht en dit om lucht te verkrijgen van de juiste kwaliteit (temperatuur, verontreinigingsgraad, vochtigheidsgraad) - een reinigingsinstallatie voor de afgevoerde lucht: deze zorgd ervoor dat oplosmiddelen, ... niet in de werkplaats terechtkomen - een reinigingsinstallatie voor de afgevoerde chemicaliën

Men kan bij een robotverfspuitsysteem nog enkele subsystemen aantreffen zoals:

- een herkenningssysteem dat verschillende producten, die langs de robot worden gevoerd, herkent zodat ze juist worden gespoten - een manipulator die dient om producten te hanteren, verplaatsen en oriënteren bij de ingang en/of de uitgang van het systeem - een eind- inspectiesysteem om de kwaliteit van de producten te waarborgen:

-laagdiktemeting -oppervlaktekwaliteit

5.4 Hanteren met industriële robots

In tot de twee hierboven behandelde toepassingen waar de robot een gereedschap hanteert, is de robot bij het hanteren van producten voorzien van een grijper. De constructie van een grijper is altijd afhanklijk van het product. Wanneer verschillende onderdelen met verschillende afmetingen gehanteerd moeten worden, kan het zijn dat men van grijper moet wisselen.

Bij het hanteren van producten zijn twee grote toepassingsgebieden te onderscheiden.

1.het hanteren van producten binnen een hanteerproces * hanteerfuncties zoals palletiseren (iets op palletten zetten), sorteren, enz... * laden en lossen van machines:

-spuitgietmachines, sinterpersen, enz... -verspanende gereeschapswerktuigen (draaibanken, freesmachines, bewerkingscentra, enz... -spaanloze gereedschapswerktuigen (persen, enz...) -ovens 2.hanteren van producten binnen een bewerkingscentra * smeden en soortgelijke bewerkingen * hanteren van producten onder een puntlasmachine, onder een slijpschijf, enz...

In het algemeen worden voor het hanteren van de 2de categorie 4- of 5-assige robots gebruikt. Bij laad- en lostoepassingen zijn 3-assige robots voldoende omdat daar het bewerkingsgebied meestal niet zo groot moet zijn. Bij het hanteren van producten in een bewerkingsproces is meestal een baanbesturing nodig.

5.5 Monteren met industriële robots

5.5.1 Soorten opstellingen

Montage met behulp van industriële robots kan gebeurenin een:

-celopstelling -lijnopstelling

5.5.1.1 Celopstelling

Een FMC (Flexible MontageCel) is een apparte cel (een zo klein mogelijke eenheid die op zichzelf kan werken binnen een geautomatiseerd prioductiesysteem) waar het mogelijk is om met zo weinig mogelijke tussenkomst van de mens producten te monteren. Personeel is enkel nodig voor controle en de in stand houding van de FMC.

5.5.1.2 Lijnopstelling

Een lijn kan uit verschillende cellen bestaan die verbonden zijn door een transportsysteem.

5.5.3 Montagerobots

In het algemeen zijn alle industriële robots die voldoen aan de eisen die het montageproces stelt geschikt voor de montage. De algemene eisen zijn:

-een minimale herhalingsnauwkeurigheid van +/- 0.2 mm -hoge snelheid, acceleratie en decleratie

Voor montage opdrachten worden meestal portaalrobots gebruikt (TTT), SCARA-robots (RRT) en knikarmrobots (RRR) gebruikt. SCARA-robots zijn zelfs speciaal ontwikkeld voor de montage. Hoofdstuk 6 Invoering van een robotsysteem

6.1 Achtergrond bij de invoering

Er zijn in het algemeen gezien 2 mogelijke redenen waarom men een robotsysteem zou invoeren:

- Vervanging - Uitbreiding

Bij vervanging moet het onderscheid gemaakt worden tussen tussen enerzijds de vervanging van de menselijke arbeid en anderzijds de vervanging van starre automatisering (gemechaniseerde automatisering). Men zou de menselijke arbeid kunnen vervangen met het oog op verhoging van de productiviteit en kwaliteit zonder al te veel verlies aan flexibiliteit. De vervanging van de starre automatisering wordt gedaan om de flexibiliteit ter verhogen zonder al te veel verlies aan productiviteit. De automobiliteitsindustrie is hier een zeer goed voorbeeld van: Hier wordt de gemechaniseerde productie volop flexibel geaotomatiseerd.

We kunnen spreken van uitbreiding wanneer er sprake is van een nieuwe vestiging, het produceren van nieuwe onderdelen en bij het verhogen van de capaciteit. Bij uitbreiding kan men vanaf het begin aandacht schenken aan de optimalisatie (zo optimaal mogelijk) van de automatisering. Hier zijn technische en organisatorische problemen gemakkelijker op te lossen dan bij het automatiseren van een bestaande situatie.

De invoering van een robotsysteem heeft een grote invloed op de omgeving er moet rekening worden gehouden met de veranderingen in organisatie en werkwijze.

6.2 De fasen bij de invoering

Uit een aantal recente praktijkgevallen is gebleken dat de invoering van een robotsysteem te vaak ondoordacht gebeurt. De robots werden aangekocht zonder dat men eigenlijk wist of deze eigenlijk wel rendabeler zouden zijn dan de huidige situatie. In een aantal gevallen ontstonden er problemen met de aanvaarding van het automatiseringsproject door de betrokken werknemers. Door de betrokken werknemers in een vroeg stadium in te lichten en te betrekken in het project kan de aanvaarding van het automiseringsproces verbeterd worden.

Men kan bij de invoering van een robotsysteem de volgende fasen onderscheiden:

-oriëntatiefase -voorbereidingsfase -implementatiefase -operationele fase

6.2.1. Oriëntatiefase

Er vindt er een globaal vooronderzoek plaats naar een mogelijke invoering, de organisatorische en financiële gevolgen van een invoering van een robotsysteem voor de te automatiseren toepassing. Dit vooronderzoek noemt men ook wel ‘feasibility study’, ‘toepasbaarheidsonderzoek’ of ‘haalbaarheidsstudie’. Men vraagt zich dus af of de invoering wel toepasbaar en haalbaar is. Het vooronderzoek moet de problemen naar boven brengen en deze verduidelijken het moet ook de voor- en nadelen en een kostenanalyse van de invoering geven.

Het doel van het globale vooronderzoek is het verzamelen van gegevens waaruit moet blijken of een invoering van een robotsysteem zinvol is in technisch, economisch en sociaal oogpunt. Het management kan aan de hand van het vooronderzoek inzicht krijgen in de mogelijkheden en de slaagkans van het automatiseringsproject.

Indien blijkt dat het niet haalbaar is om de ene of andere reden dan kan men het automatiseringsproject vroegtijdig afblazen. Indien het resultaat van het vooronderzoek positief is zal er een vervolgonderzoek (definitiestudie) komen. Dit onderzoek moet aangeven of er nog andere alternatieve mogelijkheden zijn om tot hetzelfde resultaat te komen.

Na de orëntatiefase wordt duidelijk of er een robotsysteem moet worden aangeschaft of dat men toch maar beter voor een gemechaniseerde oplossing kiest. Het is zelfs niet uitgesloten dat de handenarbeid de beste oplossing blijkt te zijn want dit hangt van toepassing tot toepassing af.

6.2.2 Voorbereidingsfase

De eerste stap in de voorbereidingsfase is het opstellen van de functionele specificaties van het robotsysteem. De systeemspecificaties kunnen direct uit het vooronderzoek afgeleid worden. Vervolgens gaat men op zoek naar de beschikbare robotsystemen. Dan gaat men na het selecteren op basis van de specificaties een uiteindelijke keuze maken. In deze fase worden ook de benodigde onderdelen voor de installatie voor het te maken product gespecificeerd. Hiervoor moet men dan beslissen of productspecifieke onderdelen in het bedrijf zelf worden ontworpen en vervaardigd of het moet worden uitbesteedt aan een ‘system integrator’ (een bedrijf dat systemen inbrengt in bestaande systemen) of aan een robotleverancier.

6.2.3Implementatiefase

In deze fase moet er worden gestart met de voorbereiding van de instalatie van het robotsysteem wat de volgende fasen bevat:

- het aanbrengen van wijzigingen aan de bestaande werkplek (layout) - het verrichten van afnametests van de diverse subsystemen binnen het robotsysteem ( de robot zelf, de spaninrichtingen, aan- en afvoersystemen - opleiden van de betrokken werknemers

Eén werkwijze is om het robotsysteem een tijd lang buiten productieomstandigheden te testen totdat alle kinderziekten zijn verdwenen Pas na uitvoerige testen zal het robotsysteem ingezet worden in de productie. Een andere mogelijke manier is om het robotsysteem direct in te zetten in de productie maar dan wel starten met geringe aantallen. Men houdt meestal de oude productiemethode nog enige tijd in reserve indien mogelijk.

6.2.4 Operationele fase

Als we in deze fase zijn is de invoering van het robotsysteem eigenlijk voltooid. Maar als er geen nazorg gebeurt kunnen er nog vele problemen voordoen. Het uitvoeren van een periodieke (om de zoveel tijd) controle, het bijhouden van storingsgegevens in een storingsrapport en een evaluatie kunnen van belang zijn bij een eventuele volgende invoeringsprocedure.

Hoofdstuk 7 Veiligheid

Het is van groot belang dat alle veiligheidsvoorzieningen functioneel worden getest in alle mogelijke voorkomende situaties en combinaties voordat het robotsysteem in productie mag gaan. De meeste veiligheidsvoorzieningen zoals schakelmatten, lichtgordijnen, toegangshekken, naderingssensoren, enz... kunnen pas worden getest als het volledige systeem is opgebouwd.

Er zijn 2 standaardtests die men onder veiligheid zijn te rangschikken. Deze betreffen netvervuiling en lawaai.

7.1 Het effect van netvervuiling

In een industriële omgeving is het elektriciteitsnet vaak vervuild. Dit houdt in dat netspanningsvariaties, pieken en korte pulsen aanwezig zijn die de besturing van de robot in de war kunnen brengen (verstoren). Om een gedacht te krijgen van hoe de robot reageert bij deze storingen moet men deze gaan simuleren. Hiervoor zijn er apparaten in de handel te verkrijgen waarmee men twee soorten van storingen tegelijkertijd (seperaat) kunnen simuleren:

- korte onderbrekingen van de netspanning die regelbaar zijn - simulatie van piekspanningen waarbij de amplitude, de pulsduur en de stijgingstijd van de puls regelbaar is

De afwijkingen worden opgevoerd totdat de robot niet meer gelijkmatig beweegt of stopt. Het optreden van niet gecontroleerde bewegingen mog niet voorkomen. Men moet trachten om de netvervuilingen zo goed mogelijk na te bootsen om een realistisch beel van het gedrag van de robot te verkrijgen.

7.2 Geluidsdruk

In de wet op de arbeidsomstandigheden (de ARBO-wet) staat er dat de geluidsdruk op de werkplek bepaalde waarden niet mag overschrijden. Bij hydraulische robots en bij sommige processen zoals afbramen kunnen hierbij problemen ontstaan. De waarden hiervoor kan men vinden in DIN 45635 [10.4]