Display 4726

ORADEA

2014

MINISTERUL EDUCAIEI NAIONALE UNIVERSITATEA DIN ORADEA

COALA DOCTORAL DE TIINE INGINERETI DOMENIUL: INGINERIE INDUSTRIAL

ing. MUDURA Lucian Florin

REZUMAT

TEZ DE DOCTORAT

APLICAII ALE TEHNOLOGIILOR LASER I PALPATOARELOR PENTRU

PROCEDURI DE ALINIERE A ANSAMBLURILOR SISTEMELOR FLEXIBILE DIN

INDUSTRIA AUTO

Conductor tiinific: Prof. univ.dr. ing. GANEA Macedon

TEZ DE DOCTORAT: ing. Lucian MUDURA, 2014

Aplicaii ale tehnologiilor laser i palpatoarelor pentru proceduri de aliniere a ansamblurilor sistemelor flexibile din industria auto

P a g i n a |2

CUPRINS

Prefa 6

Capitolul I. Introducere 7

Capitolul II. Stadiul actual i obiectivele tezei 15

2.1. Definirea principiului de aliniere cu laser al dispozitivelor de

asamblare a caroseriei auto

15

2.2. Definirea parametrilor de precizie care se soluioneaz prin proce-

dura de aliniere cu laser

17

2.2.1. Msurarea abaterilor de la rectilinitate i planitate 18

2.2.2. Msurarea preciziei de poziionare geometric 19

2.3. Definirea noiunii de flexibilitate i contextul de fabricaie flexibil la

asamblarea caroseriei

23

2.4. Descrierea echipamentelor i tipurilor de lasere 29

2.4.1. Descrierea laserului 29

2.4.2. Fenomene fizice la prelucrarea cu laser 30

2.4.3. Principii constructive ale dispozitivelor laser 31

2.4.4. Proprietile radiaiei laser 32

2.4.5. Tipuri de instalaii laser 34

2.4.5.1. Laseri cu mediu activ solid 35

2.4.5.2. Laser cu mediu activ lichid 35

2.4.5.3. Laser cu mediu activ gazos 35

2.4.6. Aplicaii ale laserului 37

2.5. Tipuri de lasere 41

2.5.1. Interferometru de la firma Renishaw 42

2.5.2. Laser Tracker 44

2.5.2.1. Principiul de constructie la Laser Tracker 47

2.5.2.2. La ce se folosete laser tracker-ul. 48

2.5.2.3. Operaiile laser tracker-ului 49

2.5.2.4. Laser Tracker FARO 49

2.5.2.5. Laser Tracker Leica GeSystems 53

2.5.3. Descrierea tipurilor de reflectori 55

2.6. Descrierea dispozitivelor de asamblare a caroseriei 56

2.6.1. Dispozitive de fixare pentru asamblare de tip jigs 57

2.6.2. Dispozitive de fixare pentru asamblare de tip fixture 58

2.6.2.1. Caracterisitcile dispozitivelor fixture 58

2.6.2.2. Clasificarea dispozitivelor fixture 59

2.6.2.3. Obiective considerabile pentru alegerea dispozitivele fixtures

59

2.6.2.4. Principii care guverneaz n proiectarea de dispozitive de sudur bune de tip jig/fixture

59



P a g i n a |3

2.6.2.5. Exemple de dispozitive de fixare/prindere 61

2.7. Descrierea procedurilor actuale de aliniere clasice 63

2.7.1. Metode de msurare 63

2.7.2. Descrierea procedurilor de aliniere cu laser 65

2.8. Obiectivul tezei 65

Capitolul III. Analiza tehnologic i ncercri experimentale priviind posibilit-ile i limitele metodei de explorare cu reflector sau palpator

67

3.1. Noiuni de folosire i calibrare a laserului 67

3.1.1. Compensarea factorilor de mediu i a condiiilor de msurare

67

3.1.2. Verificarea acurateii laserului pe calibre standard 69

3.2. Aplicaii folosite pentru msurarea i creare program robot 74

3.2.1. Program de msurare Metrolog XG13 75

3.2.2. Prezentarea unei sesiuni de msurare 78

3.2.3. Msurarea obiectelor definite 78

3.2.3.1. Compensarea entitilor de msurat 78

3.2.3.2. Msurarea punctului geometric 80

3.2.3.3. Msurarea unui cerc 81

3.2.3.4. Msurarea unui cilindru 82

3.2.3.5. Msurarea unui punct de suprafa 83

3.2.3.6. Msurarea unei slot 84

3.2.3.7. Msurarea unei suprafee rectangulare 84

3.2.4. Prezentare program simulare i programare robot -

RobCAD

84

3.3. Descrierea, msurarea i alinierea unei celule flexibile 86

3.4. Aspecte tehnologice ale utilizrii dispozitivelor gen fixture 91

3.4.1. Privire de ansamblu a tehnologiei de sudare a caroseriei 91

3.4.2. Utilizarea robotului n tehnologia de sudare a caroseriei 93

3.4.3. Descrierea unei tehnologii de sudare robotizate 95

3.5. Descrierea tipurilor de msurtori CAQ asupra dispozitivelor de

sudare

97

3.5.1. Msurarea i controlul pieselor i subansamblelor ce for-

meaz dispozitivul de asamblare 97

3.5.2. Msurare i confirmarea geometric a dispozitivului 99

3.5.3. Generarea rapoartelor de msurare 100

Capitolul IV. Contribuii privind aplicaia msurrii cu laser i asistate de robot 105

4.1. Descrierea tehnologiei 105

4.2. Contribuii privind soluia constructiv i tehnologic de poziionare a

bilei reflectoare

108

4.3. Stabilirea punctelor de msur conform modelului virtual n cadrul

programului Metrolog.

112

4.4. Construcia virtual a celulei flexibile. 117



P a g i n a |4

4.5.1. Pentru celula flexibil de sudare a feei de u 117

4.5.2. Pentru centrul celulei flexibile TMA-AL 550 117

Capitolul V. Achiziionarea datelor ca urmare a ex-plorrii unei celule de asamblare asistat de robot.

120

5.1. Achiziionarea datelor de msurare din celula flexibil 120

5.1.1 Achiziionarea datelor pentru alinierea i poziionare axei liniare suplimentare a robotului

120

5.1.2. Analiza diferenelor de poziionare a dispozitivelor pentru cele 2 modele de caroserie

121

5.1.3. Aprecierii asupra valabilitii procedeului 122

5.2. Achiziionarea datelor pentru preluarea off-set-ului al dispozitivului

tombstone

123

5.2.1. Precizia cuiburilor pe dispozitiv 125

5.2.2. Precizia plcii amovibile n cuib 126

5.2.3. Precizia i off-set-ul piesei pe placa amovibil purttoare 127

Capitolul VI. Concluzii 130

6.1. Concluzii generale 130

6.2. Contribuii personale 131

6.3. Perspective viitoare 131

Bibliografie 135

Anexa 1 140

Anexa 2 141

Anexa 3 144

Anexa 4 149

Anexa 5 153

Anexa 6 158

PREFA.

Scopul acestei lucrri este de a observa tendinele i necesitile privind calitatea dispozitivelor de sudur/nituire dintr-o linie de asamblare a caroseriei auto. Industira auto fiind ntr-o continu modernizare i automatizare a liniilor de asamblare s-a dorit s se fac o cercetare asupra posibilitii verificrii i alinierii automate a dispozitivelor de fixare ale caroseriei, folosind tehnologiile laser i palpatoarelor.

Firma GMAB Consulting, este o firm productoare de dispozitive de fixare pentru industria auto. Ea dispune i de echipamentele necesare pentru punerea n funciune a unei linii tehnologice furniznd soliii tehnice privind proiectarea, simularea virtual i manufacturarea a unei celule sau a unei linii de asamblare, ct i implementarea ei (folosind echipamente de msurare laser).

n ultimii patru ani autorul acestei teze a fost implicat direct n alinierea cu laser a mai multor linii tehnologice n cadrul mai multor firme productoare de automobile (exemplu Dacia, Jaguar, Land Rover).



P a g i n a |5

CAPITOLUL I. INTRODUCERE.

ntr-o societate n care consumul a crescut tot mai mult i preteniile omeniiri au crescut tot mai mult, astfel se impune acordarea unei atenii deosebite asupra calitii i preciziei produselor. Pentru a asigura un viitor ct mai ndelungat produ-sului se impune implementarea unor reguli i standarde de calitate ridicate. n cazul industie auto, se impun un set de reguli i standarde ridicate la sudarea caroseriei auto, care trebuiesc respectate de ctre productorii de dispozitive de sudur. Indiferent de producator aceste regulile i standarde care se impun trebuie s fie respectate pentru a putea obine caroserii de calitate din punct de vedere al fiabilitii, siguranei i nu n ultimul estetic.

Dac privim la prima linie de asamblare folosit de ctre Henry Ford pentru a produce modelul T, vom vedea ct de important a fost aceast inovaie aplicat in producia de mas a automobilelor. Nu Henry Ford a fost cel care a inventat liniile de asamblare, el s-a inspirat de un abator din Chicago, unde carcasa de vit era aezat n crlige pe un conveior i era adus pentru tranare la mcelari. Aceti fceau aceiai operaie i nu trebuia s se deplaseze pentru a trana carcasa de vit, aceast linie era numit linie de dezasamblare pentru c se fcea operaia invers, adic se descompunea un ntreg n buci.

Scopul lui Henry Ford a fost acela de a aduce maina n casele ceteanul de rnd. Nu doar c Henry Ford a realizat acest obiectiv, dar motenirea lsat de el nc mai are efecte i n ziua de azi. Prima linie de asablare Ford din Highland Park Michigan, a fost extrem de dur pentru muncitori. n figura 1.1 este prezentat linia de asamblare a vonatei magnetice n 1913, unde muncitorii montau magnei in form de V pe volanta modelului T. Fiecare muncitor monta doar o parte din aceasta, iar apoi o mpingeau pe linie la urmtorul muncitor.

Figura 1.1 - Linia de asamblare a volantei magnetice de la Ford Motor Company

Highland Park Plant, 1913 [56]



P a g i n a |6

Figura 1.6 - MLADA BOLESLAV, Republica Ceh: Skoda Auto - Pori deschise la 20 Ani de la asocierea cu Grupul Volkswagen, 16 Aprilie 2011 [57]

Caroseria mainii trebuie s fie fixat pentru ca punctele de sudur s fie date de ctre robot n acelai locuri. Pentru centrarea caroserie se folosesc cilindri, care intr n gurile din caroserie i suprafee de aezare, care asigur aceiai aezare n nlime a caroseriei. n funcie de numrul de puncte de sudur care pot fi date la un moment dat pe un astfel de dispozitiv (numit underbody), linia poate s conin un numr mare de dispozitive, care trebuiesc s fie identice (figura 1.4 i figura 1.5). n figura 1.6 se asableaz cadrul lateral al mainii, format din cadrul lateral interior (denumit inner body) i cadrul lateral exterior (outer body).

CAPITOLUL II. STADIUL ACTUAL I OBIECTIVELE TEZEI

2.1. Definirea principiului de aliniere cu laser al dispozitivelor de asamblare a caroseriei auto Datorit condiiilor geometrice impuse la construirea dispozitivelor de asam-blare, acestea trebuiesc aliniate i reglate n conformitate cu geometria caroseriei. Pentru o reprezentare corect a elementelor de caroserie n poziia lor real fa de autoturism a fost adoptat convenia de reprezentare fa de un sistem de coordonate absolut, cu origine comun pentru fiecare element de caroserie i cu aceeai orientare a axelor. Aceast convenie ne conduce la urmtorul rezultat: avnd sistemul de coordonate absolut al autovehiculului stabilit ntr-un punct arbitrar (definit pentru fiecare productor/beneficiar n parte) i avnd fiecare element de caroserie modelat n poziie corect fa de acest sistem, prin asamblarea diferitelor elemente de caroserie (suprapunnd sistemele



P a g i n a |7

individuale peste cel absolut) obinem practic o caroserie complet, aa cum arat ea n realitate. Unul din elementele principale ntr-un sistem de msurare este partul de referin sau sistemul de localizare. Indiferent de tehnologia de msurare folosit, aproape toate punctele msurtorilor sunt relaionate la un sistem de puncte de referin alea partului (elementul de caroserie) descrise n desenele de dimensionare i tolerane geometrice. Acest sistem de date ofer un sistem de referin pentru toate suprafeele partului i componente folosind coordonatele caroseriei. n figura de mai jos (figura 2.1) ilustreaz sistem tipic de coordonate pentru o caroserie [4]. Acest sistem nlocuiete denumirile tradiionale ale direciile lui X, Y, Z cu front/rear (X), in/out (Y), i up/down sau high/low (Z).

Figura 2.1 - Sistemul de coordonate al unei caroserii

Originea sistemului de coordonate este prestabilit pentru fiecare proiect n puncte precis definite, n funcie de productorul autovehiculului. n majoritatea cazurilor ns originea este aleas n punctul din mijlocul axei fa a autovehiculului iar orientarea axelor X,Y i Z n toate cazurile cunoscute respect orientarea celor de mai jos (regula mine drepte).

2.2. Definirea noiunii de flexibilitate i contextul de fabricaie flexi-bil la asamblarea caroseriei

Flexibilitatea n sens restrns, neleas ca i capacitatea de adaptare a

sistemelor flexibile la variaia sarcinii de fabricat, nu este o noiune nou, ea fiind specific i fabricaiei pe maini universale. Actualitatea acestui concept const n termenii n care se pune problema azi: adaptabilitate n condiii economice, adic n



P a g i n a |8

condiiile creterii productivitii muncii. Aceste condiii sunt asigurate de automatiza-re i robotizare, aa s-a ajuns la conceptul de automatizare flexibil.

Aproximativ 250 ~ 300 componente de caroserie obinute prin presare sunt aduse de la furnizori sau din producii proprii n departamentul de asamblare a caroserie. Subansamble de caroserie presat sunt asamblate n general prin sudare n puncte i alte metode care realizeaz ntr-o secven planificat pe numr de staii. Unele subansamblele sunt efectuate n celule de fabricaie off-line i apoi aduse n locaii adecvate pentru linia de asamblare principal. n figura 2.12 e prezentat caroseria auto mprit pe subansamble.

Figura 2.12 - Caroserie auto mprit n subansamble.

Figura 2.14 ilustreaz cateva secvene n procesul de asamblare a suban-

samblelor prin sudure/nituire a caroseriei principale.

Figura 2.14 - O secven tipic a linie de asamblare i sudare a caroseiei



P a g i n a |9

n figura 2.15 este prezenta scheletul unei caroserii care a iesit pe pe linia de sudare/nituire, la aceasta pe linia de asamblare a prilor mobile se monteaz uile, capota i capacul portbagaj.

Figura 2.15 - Un schelet tipic de caroserie asamblat

2.4. Descrierea echipamentelor i tipurilor de lasere

2.4. Tipuri de lasere

Folosirea tot mai larg i mai complex a echipamentelor metrologice (cum ar fi interferomere, laser tracker, teodolit electronic sau totalstation) este din ce in ce mai rspndit i relevante pentru industriile care au posibilitatea de a msura i s construiasc folosind direct formatele CAD ca i repere nominale, oferind astfel beneficii importante n direcia execuiei produselor i a calitii lor.

2.4.1. Interferometru de la firma Renishaw Sunt posibile msurri pe principiul interferometriei laser (precizie: +1 um la 20m) sau al radarului optic (precizie: sub +5 mm la 20 km).

Interferometria laser permite msurri de niveluri n medii inaccesibile, msu-rarea deformaiilor (fr contact, cu precizie de 1 m), etalonri pe maini unelte, poziionri de precizie la masini-unelte cu comand numeric. Se foloseste un dispozitiv similar interferometrului Michelson, reprezentat n figura 2.22.

Figura 2.22 - Interferometru Michelson.



P a g i n a |10

Schema conine o surs laser - 1 cu lungime de und, o prism fix - 2, o prism mobil - 3, un divizor de fascicul - 4 (oglind parial reflectant, cu factorul de reflexie 0,5 plasat la 45 pe traseul fascicului laser), un fotodetector - 5, un numrtor - 6 si un afisaj - 7.

Interferometrul XL-80 (figura 2.23) produce o raza laser extrem de stabil, cu o lungime de und care ndeplinete toate standardele naionale i internaionale. Toate caracteristicile sale fac interferometrul laserul XL-80 rapid i uor de utilizat.

Figura 2.23 - Interferometrul XL-80 [21]

2.4.2. Laser Tracker Ca metod alternativ de msurare precis a distanelor cu sisteme de

msurare industriale, este cunoscut metoda interferometric, cu domeniul de precizie situat in zona micronilor. Laser tracker este o combinaie bazat pe dou tehnici: un interferometru laser care msoar distane relative i un encoder optic care msoar azimutul i elevaia unui fascicol direcionat de ctre o oglind reflectoare rotativ (figura 2.24).

Dac un interferometru laser este strict liniar, lasr tracker-ul trece peste aceste limitri folosind o oglind reflectoare care s direcioneze fasciculul laser ntr-o plaj larg de direcii. Lucrul mai dificil este ca unda laser s urmeze micrile oglinziilor reflectoare. Cnd unda laser ajunge n centrul reflectorului, acesta reflect o fascicul paralel la unda laser incident, dar deplasat. Un senzor bidimensional msoar deplasamentul, permind dispozitivului laser tracker s ajusteze oglinzile reflectoare s redirecioneze unda laser ntr-o stare coaxial dorit (figura 2.23).

Figura 2.23 - Fascicol reflectat dintr-un reflector prismatic. [39]



P a g i n a |11

Figura 2.24 - Principiul de masurare la Laser Tracker [39]

Figura 2.29 - Sistem de msurare de la firma Leica Geosystems [20]



P a g i n a |12

Avantajul acestui sistem laser (figura 2.29) i al dispozitivelor T-Products (T-Probe, T-Scan, T-Cam) este c se pot face msurtori i n poriuni greu accesibile folosind aceste dispozitive n combinaii. Cel mai folosit dispozitiv este T-Probe, care are diferite adaptoare i accesorii (care sunt recunoscute automat) pentru efectuarea msurtorilor n zone greu accesibile fr a se muta laserul. Legatura dintre T-Probe i laser tracker se face prin T-Cam. Astfel cele trei componente Leica laser tracker, T-Cam i T-Probe ofer cea mai mare mobilitate de msurare 3D.

2.5. Descrierea dispozitivelor de asamblare a caroseriei (jigs/fixtures)

Sudarea semiautomat sau complect automatizat are ca rezultat creterea factorului de timp a arcului electric i o productivitate mai mare. Dar avantajele acestor procedee nu pot fi pe deplin exploatate cu excepia cazului n care dispozitivele de fixare (de tip jig sau fixture) i manipulatoare sunt integrate corespunztor cu echipamentele de sudur i piesa de sudat pentru care au fost concepute.

Sunt de dorit utilizarea acestor dispozitive de fixare de sudur de tip jig sau fixture i dipozitive de poziionare pentru cel puin patru motive:

a. Pentru a minimiza distorsiunile cauzate de cldura sudurii. b. Pentru a permite sudarea ntr-o poziie mai convenabil. c. Pentru a spori eficiena i productivitatea sudurii. d. Pentru a minimiza problemele mbinare (potrivire). Cu un dispozitiv de

fixare pentru sudur de tip jig sau fixture, componentele prii de sudat pot fi asamblate ntr-o aliniere precis i fixate bine i n concordan cu modul de asamblare n timpul de poziionare i n timpul sudrii, astfel nct toate piesele finite provenind din dispozitivul de fixare vor fi uniforme.

Pentru o productivitate mai mare, din punct de vedere economic este mai bine s se proiecteze i s se construiasc dispozitive precise, durabile de fixare.

2.6.1. Dispozitive de fixare pentru asamblare de tip jigs.

Dispozitivele de fixare de sudur sunt dispozitive specializate care permit ca componentele ce trebuiesc sudate s fie uor, rapid de fixat i inut.

Un dispozitiv de fixare de sudur de tip jig trebui s fie figura 2.31 [26,27]: a. Rigid i puternic, deoarece trebuie s stea n strngere solicitat fr s

deformeze. b. S funcioneze simplu, dar aceasta trebuie s fie corect. c. Proiectat astfel nct s nu fie posibil punerea piesei n mod greit. d. Confruntndu-se cu material rezistent la uzura s stea uzur continu.

Figura 2.31 - Dispozitiv de fixare de tip jig (sudarea cadrului de la scaune) [26,27]



P a g i n a |13

operare manual sau printr-un motor i trensmisie cu roi dinate cu reductor.

2.6.2.5. Exemple de dispozitive de fixare/prindere.

Figura 2.31 - Dispozitiv de fixare pentru nituire robotizat (Jaguar) [26,27]

Figura 2.32 - Dispozitiv pentru nituire robotizat - pentru 2 varinate de caroserie (Jaguar) [26,27]



P a g i n a |14

2.7.1. Decrierea procedurilor de aliniere cu laser.

Piesele active sunt piesele a caror poziie va determina poziia part-ului, mpreun cu cilindri de poziionare. Aceast poziie trebuie s fi ajustatabil pentru obinerea preciziei cerut de producator (n general 0.1mm pentru cilindri de poziionare i 0.15mm pentru blocurile de contact, sau suprafee active). Acest deziderat se poate obine prin utilizarea unor piese-distanier monobloc sau prin utilizarea unor pachete de piese distantier, numite cale de reglaj. Calele de reglaj monobloc pot fi cu dimensiunea nominal de 3mm, 4mm, 5mm etc., iar cele utilizate n pachete de reglaj pot fi cu dimensiuni nominale de 0.2mm, 0.5mm, 1mm, 2mm etc.

Proiectantul de dispozitive (tooling) trebuie sa aib tot timpul n vedere accesul uor cu dispozitivele de msur pentru a msura punctele de control, indiferent c sunt doar de suprafee de aezare i guri prelucrate precis sau c e vorba de buce pentru montajul pinulelor (Icky Bolts).

2.8. Obiectivul tezei Obiectivul acestei teze de doctorat este de a prezenta o expunere tehnologic

priviind posibilitatea i limitele metodei de explorare cu laser tracker / palpator al dispozitivelor dintr-o linie de asamblare sau pieselor dintr-o celul flexibil utiliznd robotul pentru a face msurtorile necesare de confirmare geometric.

Dispozitivele de asamblare a caroseriei auto sunt supuse permanent unor tensiuni i fore din parte caroseriei i a manipulrii acesteia n cicluri repetate i la viteze mari. O celul flexibil este n continu micare, ceea ce face accesul la dispozitiv s fie dificil i limitat.

Pentru a verifica metoda propus se vor face verificri experimentale privind msurarea manul a unor suprafee plane i curbe calibrate cu ajutorul laserului, apoi acelei msurtori se vor msura folosind robotul. Pentru realizarea acestor msurtori se va proiecta un dispozitiv de prehensiune, care va fi montat pe robot pentru a realiza micrile uzuale fcute de om pentru a msura.

Msurtorile se vor realiza cu ajutorul programului Metrolog XG13, pentru msurtorile automate se va crea o aplicaie de msurare folosind acelai program, Metrolog XG13. Pentru stabilirea punctelor de msurare i a traiectoriei robotului n cazul msurrii suprafeelor calibrate se va folosi robotul n modul nvare (teaching mode). Pentru cazul celulei flexibile se va face un studiu al micrilor robotului cu ajutorul programului RobCAD, care va cuprinde micrile robotului pentru ntreaga celul.

n cadrul firmei GMAB Consulting s-a realizat o celul flexibil pentru sudarea unor ntrituri la u. Celula este compus dintr-un robot ABB, un dispozitiv de ncrcare, un dispozitiv de sudur, un dispozitiv de manipulare (gripper) i un clete de sudur n puncte. n cadrul acestei celule se dorete msurarea suprafeelor de aezare i a pinilor de fixare a feei de u n dispozitiv.

Alte msurtori se vor face pe celula flexibil din laboratorul de Fabricaie Flexibil aflat n cadrul Universitii Oradea, care are n componen un centru de prelucrare TMA-AL 550, un robot ABB IRB1600 i un conveior. Msurtorile se vor face pe dispozitivul modular tombstone multicuib aflat la punctul de ncrcare-descrcare (load/unload station). Aceste msurtori se vor face automatizat cu ajutorul robotului i a dispozitivului de prehensiune pentru preluarea off-set pies n afara spaiului de lucru al mainii.



P a g i n a |15

CAPITOLUL III. ANALIZA TEHNOLOGIC I NCERCRI EXPERIMENTALE PRIVIND POSIBILITILE I LIMITELE

METODEI DE EXPLORARE CU REFLECTOR SAU PALPATOR.

3.1. Noiuni de folosire i calibrare a laserului.

3.1.1. Compensarea factorilor de mediu i a condiiilor de msurare Pentru folosirea laserului FARO ION este necesar s se urmeze civa pai

pentru instalarea i calibrarea dispozitivului inainte de nceperea msurtorilor efective. Respectarea acestor pai pentru instalare i calibrare sunt necesari pentru a ni introduce erori suplimentare n timpul msurtorilor. Pentru aceasta se folosete programul FARO Utilities versiunea 2.0.1 pus la dispoziie de firma productoare a laserului (figura 3.1).

Figura 3.1 - Conectare utilitar pentru calibrare i diagnosticare [29]

Pentru ca s ajung la temperatura optim de lucru, dispozitivul de msurare laser tracker are nevoie de 20-30 minute pentru nlzire. Dup nclzire se verific urmtoarele dou stri: Startup Checks i Health Checks (figura 3.2). Folosind opiunea Diagnostics din aceiai aplicaie se verifica starea motoarelor laserului (encoderelor), senzorii de temperatur intern, condiiile de mediu de lucru, parametri de performan, intensitatea laserului i stabilitatea undei laser, nivelul de precizie a undei laser, citirea dispozitivelor reflectoare (SMRs) folosite i alte caracteristici ale dispozitivului laser tracker.



P a g i n a |16

Figura 3.2 - Startup Checks i Health Checks [29]

Dup ce se fac aceste teste de stare a laserului se face compensarea laserului n funcie de condiiile de lucru la acel moment (figura 3.3). Dac apar modificri majore ale mediului n care se fac msurtorile (exemplu creteri de temperatur de peste 5C) se reface compensarea laserului.

Figura 3.3 - Compensarea laserului fa de mediul de lucru [29]

3.2. Aplicaii folosite pentru msurare i creare program robot

Programul Metrolog XG13 este un soft dezvoltat de ctre firma Metrologic Group din Frana. Metrologic Group este specializat n proiectarea i dezvoltarea de software pentru inspecia 3D a produselor finite realizate de diferite companii de renume. Metrologic a dezvoltat mai mult de 60 de interfee directe pentru a conecta software-ul su la orice tip de controler, cum ar fi controlerul de la maini unelte cu



P a g i n a |17

comand numeric, CMM-uri (coordinate measuring machine - main de msurat n coordonate), brae articulate, laser tracker i scanere 3D optice [37].

Pentru realizarea programului robot vom folosi aplicaia RobCAD, produs de firma Tecnomatix, SIEMENS. Ca o soluie accesibil, RobCAD integreaz complet tehnologii de baz i un set puternic de aplicaii-proces specifice care se adreseaz unei game largi de procese, inclusiv la sudur n puncte, sudare cu arc electric, cu laser, tiere cu jet de ap, gurire, nituire i vopsire.

3.2.1. Program de msurare Metrolog XG13 Pentru nceput voi face o scurt prezentare a softului pentru msurare

Metrolog XG13 (figura 3.5). Acest soft are capabilitatea de creare a unui program de msurare, care se preteaz la o msurare automat, atunci se definesc suprafeele i entitile care se doresc a fi msurare (cilindri, cercuri, puncte geometrice, puncte de suprafa etc.) ntr-o ordine bine definit.

Figura 3.5 - Interfa prgram Metrolog XG13 [26]

Programul Metrolog este un program care permite creare unor sesiuni de msurare. Aceste sesiuni pot fi utilizate i pentru msurtori ulterioare. Acest pro-gram are avantajul continurii msurtorilor n orice moment salvrii sesiunilor. n cazul particular folosit de mine cu un laser tracker FARO, dup schimbarea poziiei laserului se poate continua msurtorile n aceiai sesiune.

n figura 3.6 este prezentat fereastra principal de lucru a programului. Aceast fereastr conine feature bar (bara de obiecte), menu bar (bara de meniu),



P a g i n a |18

toolbar (bara de instrumente), feature database (baza de date a obiectelor), result windows (fereastra cu rezultate), 3D view (fereastra modelului 3D), status bar (bara de stare) i DRO (fereastra cu valorile de poziionare). DRO ne d volorile de poziionare pe cele trei axe ale unui punct fa de originea sistemului folosit. Schimbnd modul de afiare la aceast fereastr se pot vedea i abaterile obiectelor msurate fa de valorile nominale, care pot fi:

- abateri de poziionare (abaterile pe fiecare ax, ct i abaterea total) - abateri de form (diametre pentru cercuri, cilindri)

Figura 3.6 - Fereastra de lucru n Metrolog XG13 [26]

3.2.2. Prezentarea unei sesiuni de msurare.

Se deschide o nou sesiune de msurare (new working session) din meniul FILE i apoi se salveaz cu o denumire dorit (save working session). Apoi se fac iniializrile pentru aparatul de msura (cazul nostru a laser tracker-ului FARO). Aceste comenzi sunt disponibile n meniul CMM. Apoi se ncarc fiierul de palpatori sau SMR (reflector) pentru laser i se activeaz reflectorul dorit pentru a se face



P a g i n a |19

msurtorile. n figura 3.8 este prezentat modul de selectare din fiierul de palpatori i activare a tipului de SMR folosit pentru msurare. n acest fiier se pot defini reflectori de mrimi standard (1.5 inch, 0.87inch i 0.5 inch), dar se pot defini i alte mrimi (3mm RETRO), dar avnd grij s i se introduc corect valorile pentru compensare.

Figura 3.8 - Selectarea reflectori folosii [26]

3.2.3 Msurarea obiectelor definite. n continuare voi prezenta cele mai uzuale forme geometrice msurate: punct geometric, linie, plan, cerc, sfer, cilindru, punct de suprafa, slot i seciune.

3.2.3.1. Compensarea entitilor de msurat.

Se selecteaz o etitate de referin pentru calcularea ct mai precis a coordonatelor punctului. Sunt disponibile diferite moduri de compensare: AUTO, Punct n spaiu (space point), Centru bil (probe center), Compensare unghiular (angle point), Corner point, Nominal, Linie i Plan.

Compensarea Auto. Se realizeaz prin palparea unui singur punct, direcia de palparea determin direcia de compensare. Pentru a utiliza un plan de compensare, este necesar msurarea a cel puin 3 puncte. Se construiete un plan automat care trece prin centrul SMR-ului pentru a calcula compensaia pe ultimul punct palpat n funcie de normala planului (figura 3.9). Aceasta poate fi util atunci cnd suprafaa inspectat nu este perfect plan. n acest mod se poate folosi functia"tangent outside material".

Figura 3.9 - Compensarea AUTO [26]



P a g i n a |20

Punct n spaiu (space point). Aceast metod folosete un plan pentru compensare, astfel c sunt necesere palparea a minim trei puncte. Dac se folosete modul manual de msurare, n acest caz compensarea este echivalent cu modul compensrii auto.

Modul centru bil (center point). n acest caz nu exist compensare, deoarece laserul valoarea din cencrul SMR-ului.

Compensare unghiular (angle point). Folosit pentru a msura un punct care se afl la intersecia a dou plane (figura 3.10). Metoda de msurare este urmtoarea:

- este necesar s se msoare cel putin 6 puncte distribuite pe cele dou plane (jumtate din puncte de planul P1, iar cealalt jumtate pentru planul P2). Trebuie s existeun numr par de puncte selectate.

- apoi, software-ul calculeaz distana D2, care este linia de intersecie a celor dou plane.

- normala planului P2 este apoi proiectat pe planul 1. Se calculeaz automat distana D1, astfel rezultnd linia care trece prin punctul B, care este centrul de greutate a planului P1.

- punctul Pt (punctul deunghi) este definit de intersecia celor dou linii D1 i D2.

Figura 3.10 - Compensarea unghiular (angle point) [26] Figura 3.11 - Compensarea "corner

point".[26]

Compensare "corner point". Se folosete pentru a msura un punct care se afl la intersecia a 3 plane (figura 3.11). Metoda de msurare este dup cum urmeaz:

se msoar cel puin trei puncte distribuite pe cele 3 plane (P1, P2, P3). Numrul de puncte selectate trebuie s fie multiplu de 3.

programul calculeaz D, ca fiind linia de intersecie a planului P1 cu planul P2.

punctul Pt este definit ca intersecia linie D cu planul P3.



P a g i n a |21

Pentru a msura un punct (geometric) se selecteaz pictograma de masurare, iar apoi se alege msurare punct (figura 3.12). Msurarea poate fi manual sau automat. Petru calcularea offsetului se alege ca referin AUTO sau un plan, linie, ax etc. De asemenea, dac este nevoie se introduce i grosime. Dac dorim s proiectm punctul pe o suprafa (plan), atunci se bifeaz opiunea "probing projection", ceea ce va determina proiectarea automat a punctului n plan (PLAN1). Aceast opiune funcioneaz doar pentru plane. Dac se bifeaz opiunea "tangent outside material", atunci permite ca punctul msurat s fie translatat(cel mai potrivit de punctele msurate), astfel nct acesta trece prin punctul msurat la cea mai mare distan fa de material (pies). Aceast este adevrat doar dac compensarea este setat pe AUTO.

Figura 3.12 - Msurarea unui punct geometric[26]

3.2.4. Prezentare program simulare i programare robot - RobCAD.

RobCAD este un instrument de simulare a celulelor de lucru (figura 3.14), care ofer capacitatea de a dezvolta, simula, pentru a optimiza, valida i programa offline multi-dispozitiv din procesele de fabricaie automatizate i robotizate, toate n contextul produsului configurat i al resurselor de date. Aceste machete complect automatizate de celucle de fabricaie de fabricaie i ntr-un mediu 3D ofer o platform pentru a optimiza procesele i se calculeaz timpi ciclurilor pe parcursul a diferitelor etape ale cronologiei de dezvoltare, de la concept pn la punerea n aplicare.

Firugra 3.14 - Modelarea unei celule fexibile n RobCAD.[30]



P a g i n a |22

3.3. Descrierea, msurarea i alinierea unei celule flexibile (linie de asamblare)

O celul flexibil (linie de asamblare) din industria auto pentru asamblarea caroserie va conine urmtoarele dispozitive (figura 3.15):

- Dispozitive de fixare a subansamblelor caroseriei (fixtures) - Dispozitive de manipulare a ansamblelor sudate (conveior, griper) - Roboti si accesorii pentru ei (standuri, cabineti de sudur, echipamente de

conectare etc.) - Dispozitive pentru crearea ansamblurilor (pistol de sudur/nituire,

dispozitive de indoire a tablei etc.)

Figura 3.15 - Celula flexibil de asamblare.[30]

3.4.1. Privire de ansamblu a tehnologiei de sudare a caroseriei Asamblarea diferitelor elemente/subansamble ale caroseriei se poate face n

variant demontabil sau nedemontabil. Indiferent de procedul folosit aceste operaii se pot executa att manual (figura 3.21), ct i automat (figura 3.22).

Figura 3.21 - Sudur manuale n puncte (Uzina Dacia)



P a g i n a |23

Figura 3.22 - Sudur manuale n puncte (Uzina Volkswagen)

3.4.2. Descrierea unei tehnologii de sudare robotizat (sudarea n puncte)

Acest procedeu de sudare este folosit la mbinarea a dou componente (figura 3.24) de grosimi S1 i S2 n care grosimea S1 este mult mai mic dect grosimea S2 i nu depete valori de circa 0,5...2 mm. Prin topirea unei poriuni din componenta de grosime S1 i ptrunderea bii de metal topit i asupra componentei S2 se realizeaz un punct de sudur. Deci, punctul se va obine prin topirea local pe toat grosimea ei a tablei superioare de grosime S1, precum i topirea tablei inferioare suficient de mult pentru asigurarea rezistenei mecanice cerute punctului.

Acest procedeu de sudare este folosit n locul sudrii prin presiune n puncte, atunci cnd dimensiunile componentelor sunt mari i foarte mari, iar cletele de sudat prin presiune n puncte nu poate asigura cuprinderea acestora. Totodat, acest procedeu poate fi folosit la sudarea la faa locului a componentelor de sudat fr a fi necesar aducerea lor la maina de sudat prin presiune. Sudarea n puncte se realizeaz prin procedeul WIG sau prin procedeele MIG-MAG.

Figura 3.24 - Procedeu de sudare n puncte [14]



P a g i n a |24

Pistoletului de sudare (figura 3.25) i se adaug o buc exterioar, n jurul duzei, buc prin care se asigur transmiterea forei F, de presare a componentelor de sudare. Gazul de protecie intr n aceasta buc i elimin aerul de pe suprafaa componentei de sudat putnd iei printr-o serie de orificii practicate la baza bucei n apropierea componentei superioare a mbinrii.

Figura 3.25 - Pistolet de sudur sau clete de sudur [14]

3.5. Descrierea tipurulor de msurtori CAQ asupra dispozitivelor de sudare

3.5.1. Msurarea i controlul pieselor i subansamblelor ce formeaz dispo-zitivul de asamblare.

Controlul unui proces se poate efectua n dou moduri: control total, prin msurarea tuturor pieselor fabricate, sau control prin sondaj, bazat pe teoria probabilitilor i statistica matematic.

Un control total necesit un numr foarte mare de controlori i un volum foarte mare de date de prelucrat i uneori imposibil de realizat, n cazul proceselor continui.

Metodele de control n raport cu fluxul de fabricaie, pot fi privite i lund ca baz un proces tehnologic sau principala operaie a procesului. Din acest punct de vedere se disting trei etape ale controlului, respectiv controlul naintea, n timpul i la ncheierea procesului.

n mod normal, aplicarea controlului preventiv (primele dou etape descrise), trebuie s constituie o garanie suficient pentru succesul lucrrii respective.

Totui, numeroi factori care influeneaz procesele de prelucrare i abaterile im-previzibile de la disciplina tehnologic, conduc n mod inevitabil la neconformiti mai mult sau mai puin grave.

Obiectivul acestei etape de control const tocmai n depistarea acestor neconformiti. Ea include metode i tehnici de control distructive sau nedistructive, metode statistice.

3.5.2. Msurarea i confirmarea geometric a dispozitivului.

Un sistem de msurare ideal genereaz msurtori care convin exact cu un standard maester. Din pcate, sisteme de msurare cu astfel de proprietati rareori exist. Sisteme de rutin folosite produc de obicei date cu deviaii de msurare i variaie. Deviaiile de msurare sunt abateri ntre valorile msurate i valorile reale (de obicei se obin prin utilizarea echipamentelor de msurare mai precise). Variaia



P a g i n a |25

de msurare se refer la incapacitatea de a obine aceeai valoare pentru msurri repetate de aceeai parte.

Figura 3.27 - Raport cu vizualizarea punctelor msurate [30]

Figura 3.28 - Raport cu volarile msurtorilor

Dezavantajele aceistei metode const n faptul c erorile pot fi propagate de la proiectant la procesul de fabricaie, dac exist erori de proiectare a dispozitivului fa de caroseria auto acestea nu pot fi corectate n acest caz.

n figura 3.28 sunt prezentate n format text valorile obinute dup msurarea punctelor care determin poziionarea dispozitivului n suportul su.



P a g i n a |26

Figura 3.29 - Vedere grafic cu sistemul de aliniere a dispozitivului fa de part [26, 27]

n figura 3.29 este prezentat un modelul de generare al unui raport de msurare utiliznd formatul 3D al caroseriei auto pentru confirmarea geometric. n aceast figur se repezint vederea 3D a caroseriei i punctele de control msurate pentru realizarea aliniamentului.

n figura 3.30 sunt reprezentate valorile de referin pentru aceast caroserie. Acest caroserie avnd o dimensiune i un volum mare au fost necesar proiectarea a mai multor puncte de referin.

Figura 3.30 - Vedere grafic a punctelor de referin [26, 27]

n figura 3.31 sunt reprezentate valorile msurate fa de caroseria auto n punctele de contact dintre dispozitiv i caroserie.

Figura 3.31 - Reprezentarea vizual a punctelor masurate fa de part [26, 27]



P a g i n a |27

CAPITOUL IV. CONTRIBUII PRIVIND APLICAIA MSURRII CU LASER I ASISTATE DE ROBOT

4.1. Descrierea tehnologiei. Pentru realizarea obiectivului de cercetare propus n aceast lucrare de

cercetare, autorul a realizat n cadrul firmei GMAB Consulting o celul flexibil n care s se realizeze sudarea automat a ntriturii introduse n ua automobilului pentru mrirea rigiditii i siguranei. Msurarea i alinierea celulei se dorete s se fac automatizat, cu ajutorul robotului din celul, n acest sens msurarea dispozitivelor din celul se vor face automatizat. n figura 4.1 este prezentat modelul teoretic (forma numerizat) a unei ui fa de la autoturism.

Celula flexibil este compus dintr-o staie de fixare (welding fixture), o staie de ncrcare (loading fixture), un robot ABB (model IRB7600 M2000A - figura 4.2 [31]), griper de manipulare, pistol de sudur, dou standuri, un dispozitiv de fixare a bilei reflectoare pe flana robotului i un dispozitiv de msurare laser CMM. Dispozitivul de msurare este laser tracker produs de firma FARO, modelul ION, an fabricaii 2011.

n figura urmtoare este staia de sudur, unde se prezint dispozitivul de fixare i ua automobilului, mpreun cu ramfortul pregtit pentru sudare (figura 4.3).

n figura 4.4 este reprezentat ua autoturismului i a punctelor de contat cu monoblocurile metalice pentru poziionarea pe o direcie i cei doi cilindri de centrare pentru poziionarea ei pe celelalte dou direcii. Acestea sunt punctele de interes pentru msurare.

Figura 4.1 - Modelul virtual al uii fa.[30]

Figura 4.2 - Robot ABB model IRB7600 M2000A



P a g i n a |28

Figura 4.3 - Staia de sudur [30] Figura 4.4 - Puncetele de contac i locatorii

n figura 4.5 este prezentat studiul de interferen dintre cleti i tabl sau cleti i dispozitiv ca s se poat realiza sudare n puncte

Figura 4.5 - Studiu de interferen

4.2. Contribuii privind soluia constructiv i tehnologic de poziionare a bilei reflectoare.

Dispozitivul de fixare a bile reflectoare este concepie proprie i are la baz modul de funcionare a unui palpator obinuit (figura 4.6 adaptat pentru robotul IRB1600 disponibil n cadrul laboratorului Universitii Oradea). Prile componente ale dispozitivului de fixare a bilei reflectoare sunt:

- adaptor de fixare pe flana robotului (SP0100) - placa suport a tijei de susinere (SP0105) - tij de susinere fix (SP0101) - tij din material plastic mobil (SP0108) - capac plastic cu inveli metalic pentru nchidere circuit 12V (SP0106) - bil contact circuit 12V (SP0107) - ansamblu lagr cu o sfer (SP0110, SP0111, SP0112) - dou buce de ghidare Sankyo (20x28x20) din bronz grafitat - dou arcuri cilindrice de compresie (SF-TF-SS1774-04) - ase arcuri cilindrice de extensie (SF-DFR-SS2331-06)



P a g i n a |29

- tij susinere bil reflectorizat (SP0103) - suport fixare bil reflectorizant (SP0113) - bila reflectorizant break resistant SMR de 1.5inch (SP0114)

Cele dou tije mobile sunt prinse la sfera care este fixat n lagr. Prima tij are la capt fixat bila reflectoare, iar a doua tij are fixat un senzor, care rol de a opri robotul din deplasare lui. Senzorul are rolul de a opri deplasarea robotului cand are loc palparea piesei pe care vrem s o msurm. Fiecare palpare (atingere) cu bila reflectoare reprezint un punct msurat n programul Metrolog, de exemplu pentru msurarea unui cilindru sunt nevoie ca bila reflectoare s palpeze cilindrul de opt ori i astel se poate determina poziia cilindrului n sistemul de coordonate asociat.

Figura 4.6 - Dispozitiv de fixare bil reflectoare

Figura 4.8 - Calcul greutate dispozitiv.



P a g i n a |30

n figura 4.9 este prezentat dispozitivul de prehensiune montat pe robotul din cadrul laboratorului de Fabricaie Flexibil al Universitii Oradea cu reflectorul aezat pentru a se putea face echilibrarea lui.

Figura 4.9 - Dispozitivul de prehensiune echilibrat.

n figura 4.10 este prezentat dispozitivul de prehensiune echilibrat i reflectorul de 1.5 inch montat pentru msurare.

Figura 4.10 - Dispozitivul de prehensiune pregtit pentru msurare



P a g i n a |31

4.3. Stabilirea punctelor de msur conform modelului virtual n cadrul programului Metrolog.

Stabilirea puncetelor de msurare se face conform cerinelor de poziionare a modelului matematic, pentru aceasta se creaz o aplicaie cu ajutorul programului Metrolog XG13 (figura 4.11). La nceput se alege reflectorul cu care se va face msurtorile (1.5 inch), apoi se definesc punctele de referin pentru se crea sistemul de aliniere n cooncordan cu modelul matematic. Dispozitivul nostru respect mdoul de fixare 3-2-1 prezentat anterior.

Figura 4.11 - Aplicaia pentru realizarea msurtorilor automate.

Astfel, avem patru puncte (locatori - SRF1 ... SRF16) de susinere care poziioneaz piesa ntr-un plan primar sau o direcie (direcia Y). Pentru a doua i a treia direcie folosim doi pini (cilindri), primul cilindru (CYL1) fixeaz ntr-o gaur, iar al doilea cilindru (CYL2) intr-un slot. Pe fiecare suprafa de contact dintre pies i tabla uii se msoar patru puncte pe colurile piesei. Cilindri se msoar n 8 puncte i apoi se face intersecia cu un plan teoretic de pe suprafaa tablei n locul unde este gaura sau slotul. Apoi se definesc punctele de contact ntre faa de u i dispozitivul de fixare conform punctelor prezentate anterior n figura 4.4.

4.4. Construcia virtual a celulei flexibile.

Datorit complexitii crescut a produselor i a proceselor de fabricaie vedem provocrile cu care se confrunt productori, adic s fie la timp pe pia i optimizarea activelor. Se ateapt de la productori s livreze produsul perfect i la timp, dar n acelai timp s menin aceleai tinte, un cost sczut i calitate reidicat. Pentru a face fa acestor provocri, cei mai importanti producatori au nevoie de sisteme de validare virtual a procesului lor de fabricaie.

Simularea procesului ofer rspunsul la aceste probleme, prin modelarea, proiectarea i validarea acestor procese ntr-un mediu 3D dinamic. Simularea proce-sului se exstinde la o varietate de procese robotizate, care s permit simularea i punerea n funciune a sistemelor de producie.

n tabelul 4.1 este prezentat datele tehnice ale celulei flexibile din cadrul firmei GMAB Consulting.

Tabel 4.1 - Caracteristici tehnice ale celulei flexibile GMAB Consulting [30]

Celul flexibil Celula GMAB

Date: 29/06/2012

Numr Robot R1

Numr Staie ASAPC-O-OP110 & OP120 LH SHN./RH OPP.

Model Robot IRB7600 M2000iB/210F



P a g i n a |32

Clete sudur LH: V220-02808_CFSPIN-020-040-011 / RH: V220-02849_CFSPIN-020-040-013

EOAT N/A Plac montaj BRRO-125-5X

Suport montare LH: BRRO-CFP-03X / RH: BRRO-CFP-05X

n tabelul 4.2 sunt date valorile TCP-ului (Tool center point), masa i centrul de greutate (EOAT1 center of gravity) pentru gripper. Aceste valori sunt obinute din simularea gripper-ului n programul RonCAD.

Tabel 4.2 - Valori ale gripper-ului montat pe robot

n figura 4.12 este prezentat celula flexibil propus pentru msurarea

automat n cadrul firmei GMAB Consulting. Aceast vedere isometric reprezint aezarea dispozitivelor de fixare/sudur, de ncrcare n celul, precum i aezarea robotului IRB7600 M2000 i a dispozitivelor de aezare a gripper-ului i a cletelui de sudur.

Figura 4.12 - Celula flexibil simulat n RobCAD [30]

1 EOAT - End of Arm Tooling



P a g i n a |33

Figura 4.15 - Celul flexibil GMAB Consulting

4.5. Stabilirea traiectoriilor de micare a robotului

4.5.1. Pentru centrul celulei flexibile TMA-AL 550

Se definesc n 3D la scara 1:1 entitile care compun celula flexibil i apoi se introduc n context succesiv (figura 4.17): maina de baz (CP); load station (LS); dispozitiv modular (DM); conveior (CV); magazia Regal (MR); paleta mainii (PM); robot Nr.1 (R1); robot Nr.2 (R2).

Figura 4.17 - Reprezentare celul TMA-AL 550: load station (LS),

dispozitiv modular (DM), 2 roboi (R1 i R2), conveior (CV), i magazia Regal (MR)



P a g i n a |34

Modelarea i simularea funciilor de ncrcare-descrcare sa realizat cu ajutorul programului Robot Studio, care implic modelarea 3D la scar 1:1 a tuturor entitilor participante (figurile 4.18, 4.19, 4.20) i la care apoi se aplica legi de micare programate virtual.

Modelarea utiliznd programul Robot Studio trebuie iniiat prin ncrcarea i iniializarea unui controler virtual, care va avea exact aceleai funcii ca i controlerul real. n acest caz s-a iniializat controlerul IRC5. Dup iniializarea acestui controler urmeaz ncrcarea robotului IRB 1600 (R1) n celula de fabricaie.

Figura 4.18 - Prezentare robot (R1) n programul Robot Studio [32]

Dup ncrcarea robotului, urmeaz ncrcarea elementelor constituente ale celulei de fabricaie. n fig. 4.19 este prezentat ncrcarea mainii TMA-AL 550.

CAPITOLUL V. ACHIZIIONAREA DATELOR CA URMARE A EX-PLORRII UNEI CELULE DE ASAMBLARE ASISTAT DE ROBOT.

5.1. Achiziionarea datelor de msurare din celula flexibil

Autorul a realizat diferite ncercri experimentele pe celule flexibile aflate pe linia de asamblare. S-au ncercat metode noi de aliniere a robotului cu diferite dispozitive de fixare pentru diferite tipuri de automobile.

Achiziionarea acestor date i generarea raportului sunt n urma msurtorilor fcute cu ocazia alinierii unei noi linii de asamblare n cadrul firmelor Jaguar i Land Rover.

5.1.1 Achiziionarea datelor pentru alinierea i poziionare axei liniare suplimentare a robotului

n figura 5.1 este prezentat roportul pentru alinierea i poziionarea axei liniare suplimentar a robotului (robot 7-axe). Sunt cateva forme standard de rapoarte, dar de cele mai multe rapoartele se personalizeaz n funcie de cerinele clientului i de ceea ce acesta dorete s fie scos n eviden. Acest rapoart este generat n urma msurtorilor fcute cu ocazia alinierii unei noi linii de asamblare. Pe aceast linie nou se asambleaz dou variante diferite.

R2



P a g i n a |35

Figura 5.1 - Raport de nivelate robot 7-axe.

n figura 5.2 este prezentat alinierea unui dispozitiv de susinere a caroseriei pe linia de asamblare, vedere de sus a dispozitivului.

Figura 5.2 - Vedere de sus a aliniamentului.

5.1.2. Analiza diferenelor de poziionare a dispozitivelor pentru cele 2 modele de caroserie.

Autorul a dezvoltat o procedur pentru a alinia dispozitive de fixare noi ntr-o linie de asamblare deja funcional, care a fost aliniat nainte. n acest caz nu s-a putut msura flana robotului, deoarece era montat dispozitivele de nituire sau gripere. Noile dispozitive au fost pentru un alt model de autoturism, care a fost mai scurt dect prima main. Deoarece ambele variante aveau aceiai origine a sistemului de coordonate am putut folosi vechea aliniere pentru a poziiona laser tracker-ul, apoi s creez o legtur ntre poziia robotului i poziia instrumentului de msurare. Robotul are deja poziia pentru instrumentul vechi, aa c am putut crea relaii ntre 4 puncte din robot n main i linia de referin vechi. Dup aceasta am creat un nou aliniament n referin nou instrument i pentru a genera de 4 puncte pentru robot pentru fixare nou, cu noi posturi.

5.1.3. Aprecierii asupra valabilitii procedeului.

Prin metodele folosite am ajuns la valori care se afl n cmpul de toleran, ceea ce face ca aceste metode s fie valabile de fiecare dat cnd se refac msurtorile. n tabelul 5.1 este prezentat un raport care arat c valorile sistemului de referin sunt n acelai cmp de tolerane i ndeplinete condiiile de repetabilitate pentru celula flexibil msurat n firma Jaguar.



P a g i n a |36

Tabel 5.1. Valorile obinute pentru sistemul de referin

Atunci cnd implementm model teoretic n realitate este imposibil s coincid

modelul toretic cu modelul real. Din acest motiv, este important pentru a afla eroarea de poziionare a dispozitivului sau a mesei rotative, dup caz. Pentru aceasta este nevoie s facem alinierea dispozitivului cu robotul. Aceast aliniere se face fa de sistemul de referin al robotului pentru c acela se consider fix.

Achiziionarea datelor pentru preluarea off-set-ului al dispo-zitivului tombstone

n figura 5.4 se reprezint precizia centrrii dispozitivului modular pe paleta mainii, care se realizeaz prin intermediul unui cep cilindric de centrare.

Figura 5.4 - Precizia centrrii dispozitivului pe paleta mainii.



P a g i n a |37

Valorile msurtorilor realizate n faza iniial pentru a determina precizia de centrare sunt reprezentate n tabelul 5.3.

Tabelul 5.3 - Valorile msurtorilor realizate pentru precizia de centrare

5.2.1. Precizia plcii amovibile n cuib. Pentru determinarea preciziei plcii amovibile n cuibul dispozitivului s-a luat ca punct de referin centrul plcii, figura 5.6.

Figura 5.6 - Precizia plcii amovibile n cuibul dispozitivului



P a g i n a |38

CAPITOLUL VI. CONCLUZII.

6.1. Concluzii generale

Asa cum s-a mentionat la subcap. 2.8 Obiectivul Tezei, sistemele flexibile robotizate din domeniul auto, specializate pentru operatii complexe de sudura caroserii sau repere din tabla, utilizeaza dispozitive (fixtures) de fixare a semifabricatelor inainte de sudura, iar aceste semifabricate prezinta diferite erori initiale sau aparute pe parcurs, care trebuie identificate si compensate.

Tehnologia actuala impune utilizarea laserului Tracker (cu orientare automata dupa raza reflectata) si deservire manuala a oglinzii (integrata intr-o sfera de palpare) in scopul refacerii topografiei ansamblului dispozitiv piesa si cunoasterea exacta a off-set-ului piesei inainte de operatia de sudura, precum si pe parcursul acesteia ca operatie de control.

De asemenea, datele memorate de calculator pot fi utilizate si la alte lucrari din aval, ca intretinere, piese de schimb, etc.

Interventia manuala cu laserul in cadrul liniei de sudura robotizate presupune in prezent oprirea liniei cu toate consecintele negative aferente.

Autorul si-a propus (vezi subcap.2.8) sa automatizeze acesasta operatie, prin robotizarea miscarilor aferente de explorare a peisajului dispozitiv piesa cu ajutorul laserului, iar datele obtinute sa fie folosite la corectia parametrilor initiali ca si off-set piesa, sau de corectie pe parcurs.

Din analiza teoretica si incercariel experimentale realizate de catre autor rezulta posibilitatea automatizarii prin calculator robot laser a acestei operatii fara oprirea abuziva a liniei flexibile.

Este de mentionat faptul ca de la lansarea ideii in 2010 (cand nivelul de automatizare lipsea, iar manipularea oglinzii era manuala) si pana in prezent, se constata ca firmele de renume mondial au lucrat la aceasta problema si au avansat, chiar daca oarecum in mod diferit fata de ce se prezinta in teza.

Din analiza fenomenelor studiate rezulta ca trebuiesc indeplinite unele conditii tehnologice mentionate mai jos, dupa cum urmeaza.

Este important ca atunci cnd se ncepe fixarea dispozitivelor n celula de asamblare s se aib desenul de ansamblu cu poziia fiecrui dispozitiv din celul. Originea celulei de asamblare trebuie s fie n strns legtur cu originea liniei de asamblare, n mod special cand avem roboi care manipuleaz subansamblele rezultate din celulele flexibile. Se recomand folosirea dispozitivelor portabile de msurare n coordonate (exemplu, laser tracker) pentru poziionarea i alinierea lor. Dac este posibil se recomand marcarea ntregii zone cu unu singur punct de start.

Dispozitivele trebuiesc bine fixate pe duumea, ca s le ofere o rigiditate ct mai mare i repetabilitate. n cazul n care dispozitivele sunt montate pe mese rotative trebuie s ne asigurm c avem motoare capabile s efectueze micrile de rotaie foarte precis, adic s avem aceleai unghiuri de rotatie de fiecare dat cnd se rotete masa. De asemenea este important s se cunoasc de la nceput care este punctul zero al orientrii mesei rotative i s se marcheze.

Pentru roboi 7-axe este important s se tie unde se afl originea sistemului de coordonate robotului i orientarea axelor. De asemenea pentru robotul 7-axe este important s se verifice planeitatea acestuia fa de planul gravitaional msurat de ctre laser.



P a g i n a |39

Cnd se aliniaz mai multe dispozitive (conveior, dispozitive de fixare a prilor laterale de caroserie, dispozitive de fixare a asiului, lifturi, mese transporta-toare) dintr-o linie de asamblare este bine s se foloseasc aceiai baz de date ca i referin pentru crearea sistemului de coordonate.

Pentru generalizarea metodei i posibilitatea de a fi folosit pe celule duplicat este nevoie ca s se cunoasc amplasamentul exact al dispozitivelor din celula flexibil iniial i s se realize n aceleai condiii fiecare duplicat al celulei.

Acest procedeu nu se preteaz pentru celula flexibil din cadrul laboratorului de Fabricaie Flexibil al Universitii Oradea datorit urmtoarelor considerente:

1. Costul echipamentelor foarte ridicat. 2. Spaiu redus pentru aplasarea unor noi dispozitive. 3. Imposibilitatea realizrii msurtorilor pe toate feele dispozitivului.

In teza au fost prezentate doua tipuri de aplicatii, in functie de posibilitatile concrete ale autorului: -- experimente pe lucrari ale GMAB la clienti din domeniul auto; -- experimente pe celula flexibila TMA-AL-550 din Laboratorul Universitatii din Oradea, care ar putea beneficia de rezultatele si concluziile tezei pentru o alta aplicatie: preluarea automata a off-set-urilor pieselor inafara spatiului de lucru al masinii si fara oprirea acesteia. Concluziile acestui al 2-lea aspect vor duce la orientarea cercetarii spre o faza noua, utilizand palpatoare la bordul robotului, in locul oglinzii laser cu suport sferic, aceasta datorita costurilor. Pentru primul caz, concluziile cercetarii confirma justetea ideii din subcap. Obiectivul tezei si integrabilitatea acesteia in cadrul liniilor flexibile de sudura din industria auto. Aici mai apare o problema: cea a utilizarii dispozitivului de prehensiune amovibil purtator de oglinda laser sferica, si avand functia de schimbare automata, in vederea echiparii temporale a robotului cu functia de explorare cu oglinda laser, iar in rest ramanand functia tehnologica de baza din ciclul de sudura. Aceasta functie urmeaza sa fie realizata si implementata in cadrul cercetarilor viitoare, datorita complexitatii problemei de solutionat.

6.2. Contribuii personale

Autorul a atins urmatoarele obiective: -- A realizat o analiza a stadiului actual din prisma constructiei liniilor flexibile robotizate de sudura; -- A realizat o analiza tehnologica la obiect privind posibilitatea automatizarii operatiei de control cu laser; -- A realizat o analiza a operatiilor specifice si mijloacelor tehnologice implicate -- A realizat programarea robotilor utilizati in explorarea cu oglinda laser sferica; -- A realizat calibrarea procedeului privind precizia obtenabila, prin raportare la calibre metrologice de precizie (pentru profile circulare, plane, patrate); -- Analiza experimentala a limitelor preciziei obtenabile prin metoda de explorare cu oglinda laser sferica si compararea cu valorile etalon ale calibrelor metrologice folosite; -- Analiza parametrilor de precizie ai unui ansamblu dispozitiv prismatic multicuib (tombstone fixture divice) de la celula flexibila TMA-AL-550 (Universitatea din Oradea) si compararea datelor obtinute cu valorile initiale, in vederea concluzionarii daca metoda este fezabila;



P a g i n a |40

-- Valorile initiale ale parametrilor de precizie au mai fost masurate cu acelasi laser Tracker la masina TMA-AL-550 impreuna cu dispozitivul prismatic multicuib, dar acesta era fixat pe masa de lucru a masinii, in timp ce acum masuratorile au fost realizate pe ansamblul APC al masinii si inafara spatiului de lucru, tocmai in scopul de a se gasi o solutie de preluare automata a off-set-ului pieselor fara stationarea masinii unelte; -- Programarea ciclurilor robotului realizata de autor se bazeaza pe Layout-ul 3D al celulei flexibile, pe stocarea automata a datelor preluate de laser dupa ciclul de explorare cu oglinda cu suport sferic si utilizand programe specializate pentru robot (ROBCAD) si pentru masurare si analiza cu laserul Tracker (METROLOG - XG13), iar intregul proces fiind condus de calculator; -- Contribuii personale au mai fost n realizarea dispozitivul de prehensiune care a fost proiectat, realizat ca prototip si incercat de catre autor, iar la utilizarea in cadrul aplicaiei de msurat s-a folosit programul Metrolog XG13. -- Alte contribuii personale se refera la realizarea alinierii dispozitivelor noi introdu-se pe o linie existent. n acest caz s-a realizat o procedur n care s-a facut legtura ntre poziiile dispozitivelor existente n celula flexibil, robot, laserul Tracker i noile dispozitive adugate n celula flexibil.

6.3. Perspective viitoare

Perspectivele viitoare de cercetare sunt legate de realizarea unui sistem mai puin costisitor i care s poat fi implementat n cadrul laboratorului de Fabricaie Flexibil al Universitii Oradea. O direcie de cercetare este spre realizarea unui dispozitiv de palpare care s fie montat pe robot, folosind traductoare i encodere pentru fiecare joniune a robotului. Folosirea traductoarelor i encoderelor pe jonciunile robotului sunt pentru eliminarea erorilor robotului.

Pentru liniile automate o direcie viitoare de cercetare este n a realiza un sistem care s confere un grad de micare a robotului mpreun cu dispozitivul de prehensine ct mai mare i perfecionarea modului de captare a undei laser n SMR.

De asemenea, ramane de studiat cazul schimbarii automate a dispozitivului de prehensiune amovibil, atat la liniile de sudura auto, cat si la celula flexibila TMA-AL-550. In primul caz dispozitivul de prehensiune este purtator de oglinda laser cu suport sferic si va urma un ciclu de explorare al ansamblului dispozitiv piesa, ca alternativa fata de cazul functional majoritar din ciclul de sudura al robotului.

In al 2-lea caz dispozitivul de prehensiune contine palpator de contact Renishaw (precum si traductoare encoder in articulatiile robotului, pentru controlul precis al pozitiilor identificate in momentele de atingere a punctelor traseului de explorare), acestea ca alternativa la dispozitivul de prehensiune uzual de manipulare a pieselor si sculelor celulei flexibile in cadrul ciclurilor de incarcare descarcare specifice..

BIBLIOGRAFIE SELECTIV 10.Ciorba C., Mudura L., Mihil I.: Technological study on the execution of the

suspension, ANNALS of the ORADEA UNIVERSITY. Fascicle of Management and Technological Engineering, Volume X (XX), 2011, NR2.

33. Mudura L.: Raport de cercetare nr. 1: Stadiul actual n domeniul alinierii subansamblelor al sistemelor flexibile de producie (SFF) n industria auto



P a g i n a |41

34. Mudura L.: Raport de cercetare nr. 2: Bazele teoretice, modelare i simulare, referitor la soluiile aplicabile

35. Mudura L.: Raport de cercetare nr. 3: Cercetari privind conceptele aplicate si rezultate experimentale utilizand laserul si palpatoarele la alinierea SFF din industria auto

36. Mudura L., Ciorba C.: Constructive and technological issues to solve for the alignment of fixtures for the welding of the car body assisted by robots, ANNALS of the ORADEA UNIVERSITY. Fascicle of Management and Technological Engineering, Volume X (XX), 2011, NR3.

37. Mudura L., Ganea M.: Principles to align a cell assembly (assembly line) for spot welding or riveting of car body, The 6th edition of the Interdisciplinarity in Engineering International Conference, Petru Maior University of Trgu Mure , Romania, 2012

38. Mudura L., Ganea M.: The measurements and alignment of fixture in a cell assembly for car body, The 6th edition of the Interdisciplinarity in Engineering International Conference, Petru Maior University of Trgu Mure , Romania, 2012

ANEXA 4. Poze din cadrul laboratorului de Fabricaie Flexibil al Universitii Oradea cu ocazia ncercrilor efectuate

Display 4726

Documents