Применение датчиков в сборочных роботизированных системах

 

Достижение ритмичности и гибкости сборочного процесса при максимальном использовании оборудования и высоком качестве роботизированной сборки изделий требует решения комплекса задач по организации контроля.Таким образом, перед разработчиками систем контроля стоит задача выявления оптимальной сенсорной системы. Ее решение требует определения стратегии контроля с учетом факторов, влияющих на процесс сборки.

Ключевые слова: промышленный робот, датчики, роботизированные системы

 

Главная цель проведения контроля состоит в устранении дефектов и повышении производительности. Поэтому возникает необходимость записи состояния, сравнения условий и диагностирования. На основании данных диагностики могут выполняться процедуры исправления дефектов сборки, технического обслуживания и механической обработки. Применение на сборке промышленных роботов распространяет функции контроля на две области: собираемое изделие и сборочный процесс. Процедуры контроля для каждой из областей представлены на рис.1.

Рис.1. Процедуры контроля

 

Реализация одной или нескольких задач контроля возможна лишь при использовании сенсорной системы. Информация от датчиков может передаваться или в систему управления роботом, или в общую вычислительную систему.

Стоит обратить внимание на ряд трудностей, возникающих при использовании датчиков для контроля роботизированной сборки, среди которых: выявление специфических задач контроля; определение соответствующих параметров контроля (усилия или момента); выбор физических принципов построения датчиков для измерения параметров процесса контроля; выбор конкретных технических решений из широкого разнообразия существующих датчиков.

Выбор датчиков проводится по техническим, экономическим и организационным показателям. На основе методов разработки экономически эффективных решений в области контроля получены процедуры разработки плана применения датчиков в автоматизированной сборочной линии, включающей погрузочно-разгрузочные устройства и промышленные роботы. План содержит несколько этапов. В первую очередь по отношению к задачам сборки формируется вывод о необходимости проведения контроля, затем ставятся задачи контроля. Далее вырабатывается концепция и стратегия контроля. На последнем этапе выявляются и оцениваются альтернативные решения.

Тип системы контроля должен выбираться, исходя из поставленной задачи. Для этого выполняется процедура уточнения требований к контролю. Чтобы при этом обеспечить сведение к минимуму сложности и стоимости системы контроля, необходимо провести ряд подготовительных мероприятий таких, как переконструирование изделия с учетом особенностей автоматической сборки.

Выбор датчиков для системы контроля должен проводиться на основании критериальных оценок, включающих в себя характеристику объекта контроля (изделие, процесс сборки или производственное оборудование). Принимаются во внимание также условия, в которых предстоит работать датчику, экономические и организационные факторы. Указанная информация должна обрабатываться в рамках выбранной концепции и стратегии контроля.

При определении подходящей концепции контроля принимается во внимание состав необходимых данных, вид их записи и обработки. Стратегия контроля определяется с учетом параметров и принципа действия датчиков.

На основании положений стратегии контроля можно наметить приблизительную характеристику требуемой сенсорной системы. Окончательный выбор датчиков для системы контроля производится из имеющихся в продаже, наиболее близких по характеристикам к требуемым.

При этом датчики классифицируются по функциональным возможностям. После того как выбран тип датчика, можно проводить уточнение с учетом особенностей сенсорных систем, поставляемых различными изготовителями. Желательно рассмотрение альтернативных вариантов, исходя из экономической оценки.

Наиболее важные этапы проектирования системы контроля рассмотрены ниже более подробно. Прежде всего, должна проводиться оценка необходимости проведения контроля. Применительно к специфике задач сборки предлагается несколько процедур оценки. Сбор оперативной информации о состоянии производства может выявить дополнительную необходимость в проведении контроля. Учитываются такие факторы, как частота появления дефектов, дефекты заготовок, неправильное сопряжение деталей, отклонение от расчетной траектории при погрузочно-разгрузочных операциях. Изучение комплекта имеющейся технической документации позволяет расширить информационную базу принятия решения о необходимости контроля, особенно в случаях полной перестройки процесса в связи с автоматизацией сборочных операций. По документации анализируются перечни технологических операций, чертежи деталей, стандарты предприятия, характеристики оборудования, требования к качеству и точности изготовления деталей, к параметрам процесса сопряжения деталей. Анализ исходных производственных данных завершает формирование базы данных для обоснования необходимости введения контроля. Однако использование сформированной базы данных позволяет только теоретически определить необходимый уровень контроля, Поэтому необходима разработка тестов для проверки реальной потребности в контроле, которая может оцениваться с помощью различных критериев. Наибольшее значение придается экономическим факторам. Экономический критерий оценки формируется на основе сравнения расходов на организацию контроля с, ущербом, вызванным погрешностями сборки. Иными словами, оцениваются потери, вызванные отклонениями, и расходы на предотвращение их возникновения. Если рассматривать крайний случай, то расходы на систему контроля могут оказаться бесполезными. С помощью технического критерия оценивается влияние технических изменений, вносимых в конструкцию изделия и технологию изготовления, на степень потребности в системе контроля.

Вносимые изменения могут сделать контроль практически излишним.

Второй важный этап планирования состоит в выборе концепции контроля. Для супервизорного управления гибкой автоматизированной системой сборки, содержащей промышленные роботы, предлагаются три концепции:

1.                контроль с коррекцией
2.                контроль с прерыванием
3.                контроль по методу "скорой помощи"

Для конкретного случая гибкой автоматизированной сборки с погрузочно-разгрузочными устройствами при построении сенсорной системы обнаружения дефектов может с равным успехом использоваться любая из трех концепций. Концепция контроля с коррекцией предусматривает автоматическое устранение дефекта под управлением центрального процессора. Концепция прерывания требует автоматического прекращения работы сборочной системы в случае обнаружения дефекта. Причина, вызвавшая появление дефекта, или его последствия ликвидируются позднее. Концепция скорой помощи состоит в записи и индикации состояния. Выявленные дефекты должны незамедлительно исправляться обслуживающим персоналом без прерывания всего производственного процесса.

Выбор соответствующей концепции контроля может основываться на таких критериях, как частота появления критических дефектов или уровень автоматизации. Так, концепция корректирующего контроля наиболее целесообразна в случае частого появления дефектов.

Определение стратегии контроля осуществляется на третьем этапе разработки проекта. Стратегия контроля определяется рядом технических и организационных критериев. Для формирования стратегии контроля роботизированных систем сборки используется комплексный критерий. В этом случае технические критериальные оценки учитывают следующие факторы:

1.                объект контроля (заготовка, промышленный робот, периферийные
2.                устройства),
3.                параметры контроля (усилие, температура, длина),
4.                принцип действия датчика (контактный, бесконтактный),
5.                точность (высокая, средняя, низкая).

Организационные критериальные оценки строятся на основании указанных ниже факторов:

1.                занятость персонала (только для проведения диагностики),
2.                момент проведения измерений (до, во время, после сборочной
3.                операции),
4.                расположение датчика (установлен на работе или отдельно от него),
5.                частота контроля (непрерывно, периодически, стохастически),
6.                продолжительность контроля (миллисекунды, секунды).

Используя ряд характерных критериев, для каждой задачи контроля можно выбрать несколько возможных стратегий. При проектировании сенсорной системы задача сводится к сокращению числа рассматриваемых стратегий контроля на возможно более ранней стадии и выбору наиболее экономичного варианта. [1-5]

Таким образом, перед разработчиками систем контроля стоит задача выявления оптимальной сенсорной системы. Ее решение требует определения стратегии контроля с учетом факторов, влияющих на процесс сборки.

 

Литература:

 

1.   Поезжаева Е. В. Промышленные роботы: учеб.пособие: в 3 ч./ Е. В. Поезжаева. — Пермь Изд-во Пермь.гос, тех. ун-та, 2006.- Ч.1.-64 с.
2.   Зенкевич С.Л., Ющенко А:.С. Управление роботами.- М.:Изд-во МГОУ им. Н. Э. Баумана, 2006.
3.   Корендясев А.И. Теоретические основы робототехники: в 2 кн./ А.И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес; отв. Ред. С.М. Каплунов.– М.:Наука,2006.
4.   Хорн Б.К. Зрение роботов.– М.:Мир,1989.
5.   Михайлов С.В., Романов В.В., Заикин Д.А., Система технического зрения для диагностики процесса резания материалов//Вестник компьютерных и информационных технологий.,2007,№ 4,стр 23-26