Автоматизация метрологии
Промышленные роботы уже не являются редкостью. Согласно данным статистики, уже 10 лет назад производство и продажа роботов за один год превысили 150 тысяч единиц. Основной экспорт оборудования происходит в США, Японию, Китай, Корею, Германию и другие страны с развитой промышленностью. Оборудование успешно используется для опасных, сложных и точных работ в автомобильной, пищевой и химической промышленности, а также на производстве пластиков и в металлообработке.
Мы нечасто видим роботов в повседневной жизни, однако они успешно работают на производстве. Вы, скорее всего, каждый день находитесь в окружении того, что произвели эти машины. Но еще совсем недавно автоматизация производства с помощью роботизированного труда казалась нереальной мечтой. Со времени создания первых роботов до настоящих дней эти умные машины стали более точными, быстрыми и многозадачными. Для каждой отрасли промышленности можно подобрать робота, который сможет эффективно справиться с рутинной работой, намного эффективнее, чем человек.
Первая ласточка
С 1970-1980 годов прошлого столетия первые роботы начали активно внедрять в автомобильную промышленность. Роботизированные установки имели достаточную точность для сборки некоторых механизмов или помощи человеку. Через десятилетие производители роботов задумались о том, чтобы расширить функционал оборудования для выполнения более сложных и точных работ, например в авиастроении.
Сначала эта задумка казалась невыполнимой. Роботы отлично воспроизводят монотонные повторяющиеся действия, но точность работ оставляла желать лучшего. Например, это было хорошо заметно при перемещении объектов. Вместо заданных 20 см, машина могла перенести деталь на 19 или 21 см. Такая погрешность могла очень многого стоить в авиации. Так как заданная траектория движений не менялась, разработчики стали думать над тем, как увеличить точность перемещений. Для этого были проведены измерения самого робота, его траектории движения, углы поворота, заданные положения и другие параметры, позволяющие проводить расчеты и корректировки.
Трудность измерений заключалась в том, чтобы провести все замеры максимально точно при колебании температур. Прибором, который использовался для этих целей, стал лазерный интерферометр. Его использование было достаточно сложным, так как требовало особой точности при наведении отражателя, а также довольно сложных вычислений для определения точного значения изменения расстояния. Эти ограничения не дали широкого распространения интерферометрам, поэтому были испробованы другие способы измерений. Испытанные решения лазерной тригонометрической съемки и оптических датчиков положения не позволили повысить точность роботов.
Работа над ошибками
В начале 1980 годов группа ученых серьезно занялась проблемой неточных измерений с помощью интерферометра. Применяя различные трекинговые системы специалисты из Англии и Германии старались получить лазерный следящий интерферометр. А уже в конце десятилетия производители из США и Европы активно разрабатывали лазерные трекеры для промышленных измерений, которые могли бы использоваться на производстве, а не в лаборатории. В 1990 году на Ярмарке качества в Чикаго был представлен первый полноценный трекер.
Ближе к середине 90-х трекеры начали использоваться для настройки роботов. Специальное программное обеспечение для калибровки задавало команды для перемещения, а затем регистрировало реальные результаты, измеренные трекером. В результате сравнения данных программа задавала параметры, компенсирующие положение робота и его перемещение. При этом учитывались отклонения, связанные с колебаниями и изгибами от нагрузки. Такая система могла скорректировать работу робота в диапазоне 8-15 мм с точностью 0,5 мм.
Наиболее известные производители робототехники предлагают роботов с такими же показателями точности и в наше время. Тем не менее каждый производитель искал собственные решения для повышения точности. Это внесло некоторые трудности при синхронизации работы оборудования разных производителей. Тогда были созданы универсальные программы для калибровки в рабочем пространстве и в рамках процесса. К таким приложениям относится SA Machine от компании New River Kinematics. В дополнение ко всем настройкам оно позволяет компенсировать воздействие температурных колебаний на работу робота.
В качестве примера можно привести работу робота, которой некоторое время не использовался. При прогреве и увеличении тепловых зазоров его элементов изменения могут составлять 0,5 мм и больше. Калибровка позволяет рассчитать и свести на нет эти эффекты.
А что сейчас?
В настоящее время такая калибровка используется повсеместно, но это не значит, что дальнейшие изыскания в области точности перемещений роботов закончились. Последние 10 лет лазерные трекеры Leica улучшили свою работоспособность. Например, измерения в режиме 6DoF (6 степенях свободы) позволяет корректировать робота по меньшему числу положений. Вместо нескольких десятков измерений теперь достаточно знать конечную точку и ее координаты в 6 степенях свободы в реальном времени. Такая калибровка гарантирует точный конечный результат, но не принимает во внимание другие движения, в так называемом “смежном пространстве”.
Эта технология была внедрена в немецкий Premium Aerotec, который решал задачу размещения стрингеров для фюзеляжа нового воздушного лайнера Airbus A350 XWB. Большая длина деталей (около 18 метров) требовала от роботов абсолютной точности и корректировки в реальном времени.
Промышленные роботизированные установки уже не выглядят футуристично и используются на производствах по всему миру. Компания LIDER-3D готова помочь в выборе робототехнике для проведения измерений и выполнения других задач, а также внедрить оборудование в существующие производственные циклы. Новый взгляд на технологические процессы позволит автоматизировать те операции, которые раньше требовали больших временных затрат. Улучшите ваше производство с аддитивными технологиями и LIDER-3D!
