Техническое зрение

Новые возможности резки крупногабаритных деталей на РТК с малой рабочей зоной

Одним из наиболее распространенных применений  промышленных роботов манипуляторов является их использование в различных комплексах резки. Это могут быть робототехнологические комплексы (РТК) лазерной, плазменной, гидроабразивной, газовой резки, предназначенные для обработки как 2D заготовок, так и заготовок, имеющих существенно пространственный характер.

Облик РТК резки, впрочем, как и любого другого РТК, в значительной степени определяется габаритами и формой обрабатываемого объекта. Выбор типа робота и вспомогательных устройств позиционирования производится, как правило, по наиболее габаритной и наиболее сложной для обработки заготовке или детали.

Традиционно, в случае, если габариты обрабатываемого изделия превышают зону досягаемости робота, используются треки для перемещения робота и расширения его рабочей зоны.  Если же геометрия обрабатываемой детали не позволяет обеспечить доступ инструмента к различным её частям без её поворота, то обычно используются  серийные  позиционеры, богатый арсенал которых представлен в продуктовой линейке практически любого серьезного производителя роботов.

Как правило, и треки и позиционеры полностью интегрируются  в РТК на уровне системы управления, становясь практически частью единого РТК, обеспечивая ему дополнительные степени свободы (оси) и возможность полного согласования движения по этим осям с движением по всем осям робота-манипулятора.

Необходимо отметить, что такое исполнение РТК ведет к существенному удорожанию РТК.  Например, стоимость 3-метрового трека может составлять порядка 36 000  Евро и в зависимости от его длины может составлять цену, сравнимую с ценой робота-манипулятора, а то и выше. Стоимость же самого простого одноосевого позиционера с грузоподъемностью около 250 кг (не самый грузоподъемный) составляет около 15 000 Евро.  При  более же сложных конструкциях и при большей грузоподъёмности стоимость позиционеров так же может быть сравнима со стоимостью роботов, а иногда и превышать её.

В настоящее время эксплуатационные и ценовые параметры промышленных роботов достигли таких значений, что они (роботы) становятся реальной альтернативой установкам выполненных на базе координатных столов, особенно если речь идёт  об установках с 5-ю степенями свободы, которые предназначены  для вырезания 3Dдеталей из 2Dзаготовки. (См. например статью «Робот становится станком с ЧПУ»). Однако, если речь идет о листах с габаритами более трех метров, то при традиционном подходе с использованием треков, увеличение цены РТК по сравнению с портальными машинами оправдано разве что существенно расширенными возможностями обработки 3Dзаготовок и большими возможностями по дальнейшему развитию участка при возникновении новых производственных задач.

Понятно, что любые технические решения, позволяющие существенно снизить цену РТК без существенного сужения его функциональности могут найти свое место в условиях современных производств.

Использование разработок УРТЦ «Альфа-Интех» в части технического зрения в отдельных случаях может существенно снизить стоимость РТК при работе с групногабаритными или сложными заготовками.

В состав предлагаемой нами системы технического зрения (СТЗ) входит видеокамера, устанавливаемая на 6-ой оси робота, соединенная по USB–интерфейсу с персональным компьютером, который, в свою очередь, соединен с системой управления РТК. В состав системы входят также специальные метки, стикеры на самоклеющейся основе, предназначенные для наклеивания в определенных местах на поверхности обрабатываемой заготовки. При этом на стикер нанесено специальное изображение, которое позволяет идентифицировать стикер и определить его точное положение в системе координат робота.

Рис. 1

На Рис.1 для примера изображен РТК гидроабразивной резки с использованием разработанной нами системы. Данный комплекс является альтернативой комплексу с использование трека (см. Рис. 2). Несмотря на то, что ванна имеет размер всего лишь 2х2 м, что соответствует зоне досягаемости робота, данный комплекс может обрабатывать заготовки размером до 8 м, так же, как и комплекс с использованием трека.  При этом, так же, как и при обычном подходе, возможно вырезание деталей, размер которых больше зоны досягаемости робота.

Рис. 2

Происходит это следующим образом. Предположим, что на установке необходимо вырезать деталь из листа,  изображенного на Рис. 1, которая по габаритам заведомо больше ванны и соответственно зоны досягаемости робота.  Для этого на поверхность листа наклеиваются пары стикеров, расположенных на примерно противоположных сторонах листа (как указано на Рис. 1). Расстояние между парами стикеров и количество пар определяется исходя из количества необходимых перемещений заготовки и размера ванны. В случае, изображенном на Рис. 1 ширина ванны в направлении перемещения равна 2 м, а размер листа равен 6 м, размер детали так же около 6 м,  поэтому для полного исполнения программы резки понадобится 6/2-1=2 перемещения. Соответственно, нам понадобится 2 пары стикеров,  находящихся на расстоянии примерно 2 м друг от друга.  

Лист с наклеенными стикерами располагается над ванной так, чтобы для резки была доступна первая часть листа (как на Рис 1). Робот с помощью камеры системы технического зрения определяет положение первой пары стикеров и запоминает его. Производится резка материала в той части листа, которая расположена над ванной и находится в зоне досягаемости робота. После окончания резки этой части, лист перемещают так, чтобы доступной для резки стала вторая его часть. Робот снова определяет положение первой пары стикеров и, сопоставляя его с положением этих стикеров до перемещения, вычисляет новое положение листа и пересчитывает программу резки второй части листа в соответствии с новым его положением. Так же робот определяет положение второй пары стикеров и запоминает его для использования при пересчете положения листа после следующего перемещения.  Рез продолжается ровно с тех мест, где он был закончен перед перемещением. Далее процесс продолжается аналогичным образом до тез пор пока не будет полностью исполнена программа.

При этом перемещение листа может осуществляться любым доступным способом, даже вручную, а требования по точности перемещения самые простые, точность в 100-200 мм вполне приемлема, важно лишь то, чтобы после перемещения листа та его часть, где был закончен рез на предыдущем шаге, была доступна и на втором.

Аналогичным образом строится рабочий процесс и при работе с 3D заготовками. С той лишь разницей, что для определения положения заготовки требуются не пары, а тройки стикеров и, при этом,  кроме продольного перемещения объекта возможно и его вращение в пространстве (см. Рис 3).

Рис. 3

Помимо указанного применения, описанной системы технического зрения (СТЗ), она может с успехом применяться и в ряде других случаев.

Например, исполнение больших программ при резке толстых листов может занимать весьма значительное время (смена и больше). В таких случаях часто может возникать ситуация, при которой по каким-либо причинам необходимо срочно исполнить другую программу, но прервать рез нельзя, так как после приостановки программы и повторной установки толстого листа начать рез с того же места, где было прервано исполнение программы, без дополнительных технических средств невозможно. Именно здесь на помощь может прийти СТЗ, чтобы вычислить новое положение заготовки и продолжить исполнение реза именно с того места где оно было прервано.

Кроме того, СТЗ может использоваться и просто для определения местоположения обрабатываемого объекта в системе координат робота. Если речь идет об обработке плоских заготовок сложной формы, то иногда сложно обеспечить их однозначное позиционирование и эта задача снимается с использованием СТЗ. При обработке же габаритных и тяжелых 3D заготовок, вообще вряд ли целесообразно требовать их точного позиционирования. Использование СТЗ для определения положения таких объектов может существенно снизить требования к точности их установки и, тем самым, как минимум, снизить время на переустановку и увеличить производительность, а как максимум, вообще, обеспечить саму возможность роботизации обработки.

Понятно, что обработка габаритных изделий частями с использованием СТЗ менее производительна, чем обработка с одной установки, так как на перемещения заготовки и определение нового положения требует дополнительного времени.  Однако на практике заказчик часто вынужден платить за габариты установки лишь потому, что ему изредка, а иногда и вообще очень редко необходимо обрабатывать габаритные листы или 3D заготовки.  Т.е. большие  габариты РТК очень часто не используются в полной мере и деньги доплаченные заказчиком за габариты вряд ли можно считать в данных случаях вложенными эффективно.

Таким образом, налицо следующие преимущества использования СТЗ разработки УРТЦ «Альфа-Интех»:

- возможность обработки габаритных заготовок за меньшие деньги;

- обеспечение дополнительной гибкости при организации работ с использованием РТК;

- увеличение производительности при обработке тяжелых крупногабаритных изделий;

- в ряде случаев, возможность роботизации обработки тяжелых крупногабаритных изделий.

P.S.

Принципы применения СТЗ, изложенные в данной статье применимы не только к РТК резки, но могут быть использованы и для других приложений роботов, таких, как сварка, обработка поверхностей, покраска и др.  УРТЦ «Альфа-Интех» продолжает работы в данном направлении.  Следите за новостями…