Obsluha CNC kolaboratívnym robotom | EKOM

Ekom Piešťany je popredný slovenský výrobca dentálnych a medicinálnych kompresorov s exportom do celého sveta s viac ako 200 zamestnancami. Majitelia firmy sú špičkoví technici, ktorí dokázali nielen vytvoriť excelentné spoľahlivé produkty, ale ich aj neustále zlepšovať a dlhodobo uspieť na náročnom globálnom trhu. A to bez zahraničného kapitálu. Veľká inšpirácia pre nás všetkých.

Kolaboratívna robotická bunka – zadanie

Cieľom projektu bola (takmer) bezobslužná prevádzka CNC sústruhu pri výrobe medicinálnych piestikov počas 1 pracovnej smeny. Kolaboratívny robot UR10e rieši okrem komplexného zakladania do prípravku aj rôzne formy ofuku a čistenia dielu. Obsluha sa tak môže sústrediť na kontrolu kvality, korekcie a výrobu na ďalších dvoch CNC sústruhoch.

Realizačnou úlohou bolo vytvoriť kolaboratívnu robotickú bunku, ktorá funguje plug&play (premiestniteľná podstava) a zároveň má zásobu polotovarov na 8 hodín práce v bezobslužnom režime (2 palety po 80ks). V prípade potreby je bunka odpojiteľná a stroj pripravený na manuálny režim, prípadne je bunku možné presunúť na iné pracovisko/proces. Zároveň sa jednalo o prvé uvedenie robota do prevádzky firmy.

Precízna CNC výroba a presné zakladanie cobotom UR10e

Typ výroby je náročný na presnosť upnutia a orientáciu upnutia kusu v skľučovadle. Drobné odchýlky vedeli ľahko spôsobiť hádzavosť väčšiu ako 0,01mm na konci kusu, zlomený nástroj, zlé zrazenie hrany, či ovalitu kusu.

Kalibrácia systému robotická bunka – CNC stroj

Tím Stimba úzko spolupracoval s technologickým tímom Ekom. Postupný vývoj a nepatrné malé korekcie procesu trvali v konečnom dôsledku trvali asi rok. Menili sa upínacie prípravky, stanovil sa kalibračný postup systému CNC-robot, doplnili sa kontrolné a autokalibračné podprogramy, korigovali sa technologické postupy – podobne ako pri zavedení akéhokoľvek nového procesu vo výrobe, či nového výrobku = kontinuálne zlepšovanie.

Obsluha CNC robotom s presnosťou vyššou ako 0,1mm | 0,1°

V súčasnej podobe robot obsluhuje CNC stroj v toleranciách pod 0,1mm vo všetkých osiach, vykonáva taktiež čistenie prípravku, kusu a odihlenie/leštenie otvorov. Viaceré presné polohy nie je možné overiť vizuálne ani nástrojom, keďže sú vnútorne skryté.

Proces z hľadiska bežnej obsluhy:

• rýchloupínkami pripojí robotickú bunku na presný prípravok, pripojí konektor pre aktívnu komunikáciu robot – CNC
• naloží polotovary na ľavú a pravú paletu (160ks). Potvrdí tlačítko a naobrazovke robota zvolí pozíciu od ktorej chce pokračovať v procese (pre prípad prerušenia výroby)
• skontroluje prvé kusy (a následne ďalšie v stanovenej sekvencii) a vykoná prípadné korekcie na CNC.
• v prípade problému so zakladaním prevedie manuálnu kalibráciu podľa stanoveného postupu. (kus sa môže vzpriečiť  pri odchýlke v ktorejkoľvek osi X, Y, Z ,RX, RY, RZ o cca 0,1mm, resp. 0,1°. Je to obrazne povedané obdoba kalibrácie napríklad pri zoradení nového nástroja pri presnej výrobe. Vykonáva sa napríklad po servisnom odstránení presnej upínacej platne.

Silový (force) senzor, freedrive mode, súradné systémy cobota (features), komunikácia s CNC

Pri odlaďovaní procesu sme použili viaceré princípy a výhody použitia kolaboratívnych robotov Universal robots e-series UR10e.

Force senzor pri zakladaní kusov

Používame ho pri automatickom zrovnaní niektorých presných pozícii, napríklad v presne kalibrovanom súlade osi grippru a osi skľučovadla. Pomáha zrovnať presné mikrotolerancie.

Force senzor pri odihlovaní / leštení kusov

V rámci odlaďovania procesu sme používali rôzne nástroje a prípravky. Nakoniec sa osvedčilo najlepšie to, ako to “chlapi robili roky”. Na podstavu robota sme pripevnili nízkootáčkovú “Narexku”, zostrihli ukrúhly maliarsky štetec a prepojili s riadením robota. Samozrejme štetiny majú tendenciu sa drať, takže pohyby sa vykonávajú so stálym prítlakom kusu 15N. Pohyby sa takto automaticky prispôsobujú aktuálnej výške “odihlovacieho” nástroja.

Force senzor: kontrolný prípravok pre overenie správneho založenia kusu. Robot ako sonda.

Presnosť/tolerancia prípravok v skľučovadle – kus je taká úzka, že v niektorých prípadoch sa aj manuálna rotácia o 90°(+/- 0,1°) vykonáva ťažko a kus môže mať tendenciu sa vzpriečiť a následne čeľuste grippra (senzormi nezachytiteľne) len prekĺznu po jeho povrchu. Po cca 7000 vyrobených kusoch sa nám stalo, že z tejto príčiny došlo k opakovanému zlomeniu odihlovacieho nástroja.

Večer sme naskicovali kontrolný prípravok a na ďalší deň bol už 3D tlačou vyrobený. Po záverečnej sekvencii zakladania kusu overí kontrolným (oranžovým) prípravkom správnu orientáciu bočnej diery. V prípade zlej orientácie, pozastaví výkon programu a zobrazí informáciu s ďalšími pokynmi pre obsluhu.

Využitie módu freedrive (voľný pohyb) pri autokalibrácii polôh robota Universal robots UR10e.

Kolaboratívne roboty majú natívne vstavanú funkciu uvoľnenia pohybu (freedrive). V prípade UR10e sa štandartne spúšťa na zadnej strane teach pendantu (tabletu). Používa sa na rýchle učenie traťových bodov a všeobecne na presuny ramena robota. Jednou z vlastností je aj vyrovnanie pôsobiacich síl na rameno robota a jeho uvedenie do optimálnej polohy.

V minulosti nám tento princíp pomohol pri viacerých náročnejších aplikáciách. Používame ho v určitých fázach odoberania a zakladania kusov do prípravku v skľučovadle CNC stroja, keď je v ňom kus upevnený a zároveň uchytený gripprom.

Na niekoľko desatín sekundy vypneme automatické generovanie pohybov robota, prepneme do režimu freedrive. Gripper a os skľučovadla sa zrovnajú a následne vykonáme všetky pohyby relatívne voči novej presnej pozícii.

Paletizácia resp. depaletizácia kusov z paliet

Jednotlivé platne na kusy sú vyrobené strojovo presne. Taktiež musí byť presné odoberanie kusov z platní (výška, rotácia,…). Na jednej sa nachádza 80 ks. Universal robots UR10e má vstavané paletizačné podprogramy. Pre nastavenie odoberania/zakladania stačí nastaviť 4 rohové body a s pomocou sprievodcu stanoviť sekvenciu pre prvý kus.

Pre zjednodušenie procesu a zjednotenie úchopu pre správne zakladanie do CNC používame prechytávací/kalibračný tŕň a gravitačný princíp. Stačí nám teda odoberať kusy z palety spresnosťou do 0,2mm /0,2°. Problém nie je presnosť robota, ale prípadné odchýlky na paletách. V každom prípade je spoľahlivejšie riadiť 1 proces tŕň – CNC, ako 160 procesov / odchýliek paleta-CNC. Najmä ak to dovoľuje taktový čas.

Aktívna komunikácia robota s CNC sústruhom so Siemens Simatic systémom

Použili sme základné vstupy a výstupy robota. CNC posiela informácie o stave pripravenosti, otvorenie / zatvorenie skľučovadla, či dverí. Robot posiela naopak pokyny napríklad na otvorenie / zatvorenie skľučovadla, spustenie programu a podobne. Pri takýchto aplikáciách vytvárame priamo v CNC stroji podprogramy, ktoré si technológ/obsluha vyvolá updatovaním existujúcich výrobných programov v CNC pomocou “M” funkcii.

viac videí: https://www.stimba.sk/video-universal-robots/