Кооперация осей в роботизированных системах сварки

Очень часто, при сварке габаритного изделия,  зоны досягаемости робота не хватает для подхода горелки ко всем  сварным  швам. В таких случаях, решением  является подключение к роботу дополнительных осей.

Дополнительные оси (для решения задачи досягаемости) могут использоваться разными способами:

1.  Доп.ось двигает свариваемую деталь

2.  Доп.ось перемещает робот относительно детали

3.  Комбинация способов  1 и 2

Необходимо отметить, что и перемещение детали, и перемещение робота может осуществляться как с помощью одной, так и с помощью нескольких осей.

Ниже показана модель 10-осевого комплекса сварки, включающего в себя:

-  поворотный позиционер для детали

- 3-х осевой портал для перемещения 6-ти осевого робота.

 

Управление осями можно организовать  следующими способами:

  1. Независимое управление.

Распространенный вариант, использующийся во многих системах. Решает задачу перемещения в фиксированное положение(я) определяемое концевыми датчиками. Типичным примером может  послужить 1я ось(основание) позиционера  PVK:

Данный позиционер, как правило, применяется следующим образом:

Участок, на котором устанавливается позиционер, разбивается на зону загрузки и зону сварки. За счет вращения 1й оси на +/-180 градусов осуществляется попадание изделия в зону сварки из зоны загрузки и обратно.  Важно, что систему можно использовать, только обеспечив безопасный поворот  позиционера.  В качестве привода  1й оси можно использовать асинхронный двигатель с частотным управлением.

  1. Синхронное управление

Данный тип управления повсеместно применяется в портальных системах, а так же  в позиционерах в случае решения сложных задач расположения детали в пространстве.

При синхронном управлении все оси системы управляются одним устройством (например, контроллером робота). В случае использования контроллера робота, все координаты точек в программе перемещения робота содержат значения всех синхронных осей, присутствующих в системе, т.е. каждое положение системы является уникальным и доступно для анализа в любой момент времени.

Данный тип управления накладывает ряд ограничений, связанных с совместимостью приводов портала/позиционера с системой управления роботом. Преимуществом синхронного управления является гибкость и целостность системы. Реализуются такие системы с использованием сервоприводов.

Типичные задачи, которые решают системы с синхронным управлением, следующие:

- Перемещение сварочного робота с использованием портальной системы между изменяющимися(по положению) зонами сварки

- Позиционирование детали с помощью многоосевого позиционера в нескольких положениях сварки, которые могут быть оперативно изменены.       

  1. Синхронное управление с кооперацией осей.

Данный способ управления является развитием предыдущего и использует аналогичную техническую базу. Изменения касаются лишь программной части управления движением.

Прежде всего в систему, управляющую движением робота, вносятся данные о положении дополнительной оси. Положение указывается относительно базовой системы координат робота (подробнее о системах координат робота можно прочитать здесь).

Основная идея кооперативного движения заключается в возможности управления инструментом робота в декартовой системе координат с использованием как осей робота, так и внешних доп.осей, т.е. оси робота работают в связке с внешними доп.осями при линейном/круговом перемещении  инструмента.

Соответственно, кооперация бывает двух типов:

- поворотная

- линейная

- многоосевая (комбинированная), включающая и поворотную, и линейную

      3.1.  Поворотная кооперация

Чаще всего используется при необходимости сварки кольцевого шва . В данном случае,  в кооперативном режиме работает ось позиционера-вращателя (например, PGV ).

Модельная схема представлена ниже:

 

 

 

Также круговая кооперация используется в случае применения поворотных оснований/колонн (например, RPV):

Кооперация такого вида позволяет значительно расширить рабочую зону робота в горизонтальной плоскости. При линейном/круговом движении инструмента робота поворотная ось колонны используется в равной степени с осями робота.

3.2.  Линейная кооперация

Линейная кооперация применяется почти во всех портальных системах, в gantry-системах (например, PGR) :

Линейная кооперация позволяет  сваривать  длинные  швы с использованием портальных осей.

3.3. Многоосевая кооперация

Кооперация такого вида реализуется в системах с большим количеством осей.

Целью реализации такой кооперации может служить сварка сложных пространственных швов большой длины.

Например, такую систему можно реализовать с использованием gantry - системы PGR и позиционера PGV:

Другой вариант комбинированной кооперации можно реализовать с помощью такой системы, как

RZV:

Интересной особенностью решения на базе RZV является возможность работы сварочного манипулятора на расстоянии до 4 метров по периметру всей системы. Данная возможность достигнута за счет использования поворотной колонны.

В заключение, стоит отметить, что:

  1.  Сварка крупногабаритных деталей с длинными пространственными швами возможна только с использованием  кооперации внешних осей  с осями робота.
  2. Работа в кооперации обеспечивает соблюдение такой важной характеристики для сварки, как скорость движения электрода.