Robótica Industrial IES Politécnico de Vigo: Proyecto

Contenido

Introducción
Proceso
Elementos empleados
Medidas de seguridad
Funcionamiento de la celda
Programación de la celda
Simulación de funcionamiento
Archivos descargables

1.Introducción

Soldadura de techo por cordón continuo

El siguinte proyecto consiste en realizar el diseño, montaje e implanteción de una célula robotizada utilizando el software de simulación y programación: KUKA Sim Pro v1.1

La programación de todos los elementos que componen la celda se realizará mediante el método "teaching" que consiste en situar el robot en cada una de las posiciones que componen la secuencia a realizar y guardarlas en el programa. Este método permite un ajuste final más preciso.

Requerimientos

La factoría de Volskwagen en Dresden (Alemania) necesita un sistema para implentar en su línea de producción del nuevo modelo Golf el cúal se encargará de colocar el techo del vehículo y soldarlo a la carrocería.

Imagen de una carrocería en fase de ensamblaje.

Solución

Para acometer dicha tarea se emplearán 3 brazos robotizados del fabricante alemán KUKA. El requisito más importante a tener en cuenta es la precisión a la hora de posicionar el techo sobre la carrocería y la calidad de la soldadura.
Del mismo modo es importante reducir lo máximo posible el tiempo de ciclo necesario para llevar a cabo la tarea para no retrasar la cadena de montaje.

Consideraciones

Área de trabajo
Los robots empleados para la soldadura son modelos diseñados especialmente para ello. Poseen un área de trabajo muy amplia, una gran capacidad de giro en sus ejes y una elevada precisión en el posicionado a pesar de su gran longitud.

Riesgo de colisión
Debido a que el espacio disponible para realizar la soldadura a lo largo de todo el perímetro de la pieza es muy reducido debido al tamaño del dispositivo de sujección que porta uno de los robots, los robots soldadores deben maniobrar si interferir con él.

Capacidad de carga
No es de excesiva importancia en los robots que realizan la soldadura pero si lo es en el encargado de posicionar el techo ya que este debe disponer de una herramienta neumática equipada con ventosas para coger el techo.
Al peso de dicha herramienta es necesario sumar el peso de la carga que va a manipular, en este caso, el techo del vehículo.

Ejecución de la soldadura
El movimiento deberá realizarse con un patrón determinado a lo largo de toda la zona a soldar y a una velocidad determinada y constante.

Disponibilidad
El sistema estará disponible las 24 h del día (excepto en tiempos de mantenimiento programado) para no retrasar el funcionamiento de la línea de producción.

2.Descripción del proceso

La carrocería del vehículo se encuentra fijada sobre un dispositivo de posicionamiento y avanza por la línea de montaje.
Uno de los robots coge el techo de un cargador y lo posiciona sobre la carrocería manteniendolo en ella hasta que finalice la soldadura.
A continuación 2 robots soldadores realizan la soldadura a lo largo del perímetro del techo.

3.Elementos utilizados

1 x KR 60 L30 HA : Será el encargado de posicionar el techo

2 x KR 16 L6 ARC : Serán los encargados de realizar la soldaura tipo MIG

Pedestal para robot : Base sobre la que se apoya el robot y se eleva del suelo para aproximarlo a la zona en la que va a trabajar.

Armario de control KRC-4 : Unidad donde se alojan todos los elementos que controlan y dan energia al robot. En ella se situan los servocontroladores que manejan los motores de cada uno de los ejes, la CPU de control (el cerebro) y las targetas de entradas/salidas exteriores y de seguridad.

Programadora KUKA SmartPad : Interface HMI que se emplea para acceder a la CPU alojada en el armario de control y poder controlar el robot y todos los dispositivos anexos a él de forma manual y gestionar los programas que se encuentran guardados en la memoria del controlador. Dispone de medidas de seguridad integradas como "el pulsador de hombre muerto" que ha de ser accionado y mantenido para governar de forma manual el robot y pulsador de paro de emergencia.

PLC : Controlador programable que da órdenes para coordinar las secuencias de cada uno de los elementos de la celda robotizada.

Herramienta de sujección por succión : Herramienta formada por una matriz de 4 x 4 ventosas de vacío por efecto venturi acoplada a la brida del robot para coger las piezas a manipular.

Antorcha de soldadura MIG/MAG : Herramienta de soldadura MIG/MAG en la cual el material de aportación necesario se alimenta por el centro de la boquilla de la misma y hace a su vez de electrodo.

4.Medidas de Seguridad

PLC de seguridad : Controlador programable que implementa funciones específicas de seguridad y control de elementos de seguridad.

Incluye la función muting, que permite discriminar entre piezas de trabajo y elementos extraños dando orden al sistema de control de detener el proceso en caso de que uno de estos cruce las barreras de entrada o salida de material.

Pulsador de paro de emergencia : Pulsador tipo "seta", de rearme manual giratorio o por medio de llave, que detiene todos los elementos de la celda en caso de ser accionado.

Conjunto de Barreras Fotoeléctricas : Sensor de presencia de tipo lineal compuesto por múltiples haces invisibles de luz láser, situada en las zonas de entrada y salida de piezas a la celda robotizada, que detecta la entrada de objetos.

Baliza de señalización luminosa : Indica el estado de funcionamiento del proceso mediante señales luminosas. Incluye indicaciones para: marcha (verde), situación anormal (naranja), parada (rojo), azul (acción manual requerida) y muting activo (blanco). Esta última cuenta con doble lámpara de señalización.

Sirena de señalización acústica : Señaliza alarmas o situaciones anormales del proceso que requieren atención.

Valla de malla metálica : Limita físicamente el acceso no autorizado a la zona de trabajo de la maquinaria móvil. La pintura, en caso de llevarla, ha de ser de color negro para el vallado y amarillo para los pilares.

5.Funcionamiento de la celda

El proceso que se lleva a cabo en la celda es el de soldadura MIG por arco continuo del techo de un vehículo con la carrocería, este proceso forma parte de una línea de montaje automatizada.

La carrocería del vehículo se encuentra fijada en un dispositivo de desplazamiento lineal que se mueve a lo largo de la línea de montaje. Este atraviesa la barrera de entrada cumpliendo la secuencia correcta de muting:

Cruza la 1ª barrera.
Cruza la 2ª barrera, dentro de una ventana de tiempo determinada, cortando también la 1ª
Cruza la 3ª barrera, ya en el interior de la celda.
Supera las 3 barreras y se cumple la secuencia programada de muting

Un PLC detecta esta posición mediante sensores y da orden de empezar la secuencia.

Uno de los robots se posiciona para coger el techo mediante ventosas, lo retira de su emplazamiento de forma segura y lo posiciona sobre la carrocería en su lugar correcto.

Dos robots equipados con antorchas de soldadura realizan la operación de soldadura a lo largo del perímetro del techo. Una vez finalizada se retiran a la posición de inicio y a continuación lo hace el robot que sostenía el techo en posición.

La carrocería sale de la celda cumpliendo una secuencia de muting igual a la de entrada.

En caso de que se dé una secuencia de activación y desactivación de las barreras fotoeléctricas que no sea igual a la definida anteriormente en la función muting, el sistema de control de seguridad (PLC de seguridad) dará orden parada a todos los mecanismos móviles situados dentro de la celda así como una señal de alarma luminosa, acústica y electrónica al sistema de control central.