Časopis Industrija :: Automatizacija metrologije je ovde i sada

Čak i ako ih ne vidite i ne koristite te robote svakodnevno, oni ipak rade iza scene. Oni su pomogli da se naprave kola koja vozite, telefon koji vam je stalno na dohvat ruke, kao i kompjuter od kojeg zavisite.

Industrijski roboti su postali deo našeg svakodnevnog života. U izveštaju objavljenom 2013. godine od Međunarodne federacije za robotiku (IFR), 2012. godine je prodat drugi najveći broj robota širom sveta u periodu od godinu dana. Od prodatih 159 346 jedinica, skoro 70% je otišlo u Sjedinjene Države, Japan, Nemačku, Kinu i Koreju.

Automobilska, prehrambena, hemijska, industrija gume i plastike su doživele nagli rast porudžbina za robote, dok su mašinska i metalna industrija imale blag pad broja porudžbina. IFR je takođe izvestio o još jednom interesantnom trendu za Sjedinjene Države – isporuke robota su ponovo narasle za % na najviši nivo od 22 414 jedinica u 2012. godini, u poređenju sa prethodnom godinom, dok je prodaja već znatno porasla u 2010. i 2011. godini.

Izveštaj predsednika IFR-a je naveo da su tržišni podaci za prva tri kvartala 2013. godine pokazali dalji porast u odnosu na isti period prošle godine. Čak i ako ne vidite ove robote svakodnevno, oni ipak rade iza scene. Oni su pomogli da se naprave kola koja vozite, telefon koji vam je stalno na dohvat ruke i kompjuter od koga zavisite.

Bilo bi skoro nemoguće da prođe ceo dan, a da ne dođete u kontakt sa nečim što je napravljeno koristeći ove odlične mašine. Napredak je bio izuzetan s obzirom da je ovaj nivo automatizacije fabrika bio samo daleki san ne tako davno. Kako roboti postaju sve precizniji i inteligentniji, ima više stvari koje mogu da rade, šireći svoju primenu dalje u nove industrije i oblasti primene. Postojala je velika želja da se ove elektromehaničke mašine učine preciznijim od uvođenja industrijskih robota za automatizaciju fabrika.

Tokom 1970-ih i 1980-ih godina, roboti su široko integrisani u automobilskoj industriji, ali su retko korišćeni u vazduhoplovnoj proizvodnji. Jednostavno nisu bili dovoljno precizni za izvršavanje traženih zadataka. Tokom kasnih 1980-ih i ranih 1990-ih, mnogi proizvođači robota su počeli da traže načine kako da reše ovaj problem.

Po svojoj prirodi, industrijski roboti su u stanju da dobro ponavljaju radnje, ali im je apsolutna tačnost veoma loša. Na primer, ako program da nalog krajnjem efektoru robota da se pomeri 30 inča u ''Y'' pravcu, može se pomeriti 31 inč umesto željenih 30 inči. Ipak, pomeriće se istih 31 inči svaki put.

Pošto se njihove radnje ponavljaju, roboti bi mogli to da nadoknade do nivoa apsolutne tačnosti. Merenjem robota u određenom broju poza, dužina veza, uglovi zavoja, nulta veza i parametri krutosti bi mogli u principu da se izračunaju da se ispravi model robota.

Glavni problem je bio kako izmeriti robota tokom svih ovih poza, sa različitim rasponima temperatura sa dovoljno dobrom preciznošću, da bi se napravio isplativi model. U tom vremenskom periodu, standardni uređaj za precizne razdaljine i čak merenje ugaonosti je bio laserski interferometar. Problem sa laserskim interferometrima je bio taj što zahtevaju precizno usmeravanje retroreflektora kako bi se izbeglo prekidanje laserskog snopa. Kako se reflektor pomera u liniji sa laserskim snopom, pravac kretanja i brojanje amplitude talasa se beleži.

Tačna promena udaljenosti se onda može izračunati kada se pomnoži polovinom talasne dužine lasera. Ipak, ako se ovaj proces brojanja prekine u bilo kom trenutku (npr. prekidanjem snopa), ceo proces mora da počne od početka i od tačnog inicijalnog položaja reflektora. Samo ovo ograničenje je dovoljno da laserski interferometri ne budu u širokoj upotrebi za kompenzaciju robota.

Druga rana rešenja kao što su laserska triangulacija i optički žičani potenciometar su ispitana i testirana, ali ništa zapravo nije omogućilo lakšu upotrebu i preciznost koja je bila tražena.

Početkom 1980-ih, nekoliko organizacija se udružilo da reši problem ograničenja preciznog navođenja laserskih interferometara putem različitih sistema za ''praćenje''. Stručnjaci Nacionalnog ureda za standarde (NBS) koji je sada NIST, Univerzitet Surrey u Engleskoj i FhG Karlsruhe u Nemačkoj su radili na projektima zasnovanim na integrisanju laserskih interferometara sa sistemom praćenja da bi se stvorio laserski interferometar sa praćenjem. Krajem decenije, kompanije u SAD i Evropi su počele da rade na konceptu laserskog praćenja sa primenama kod industrijskog merenja, sistemom koji bi mogao da se koristi u proizvodnoj sredini van laboratorije.

Godine 1990-e Leica Geosystems Smart 310 aparat za lasersko praćenje, praćenje koje se može koristiti u proizvodnoj sredini van laboratorije, je predstavljeno svetu na Quality trgovačkom sajmu u Čikagu koji je održan 1990. godine.

Od početka do sredine 1990-ih, Leica aparati za lasersko praćenje su počeli da se koriste pri kalibraciji robota. Softver za kalibraciju je razvijen tako da pruži uputstva robotu da se pomeri na koordinate lokacija u radnoj oblasti, onda da zabeleži stvarne položaje kako ih meri aparat za praćenje.

Poređenjem teorijske i stvarne pozicije, softver stvara komplet kompenzacionih parametara koji će ispraviti položaj robota i tako i njegovo kretanje. Parametri treba da uzmu u obzir mehaničke nesavršenost modela kretanja kao i savijanje ili distorziju nadole izazvanu opterećenjem. Ovo kalibrisanje apsolutne tačnosti treba da ispravi robota sa varijabilnošću između 8 i 15 mm, na oko 0,5 mm.

Većina velikih proizvođača robota je nudila slično kompenzovane robote tokom ovog perioda. Ipak, svaki proizvođač je imao svoj vlasnički proces i klijenti sa robotima različitih proizvođača nisu imali način da usklade procese i platforme za kalibraciju. Ova dilema je dovela do toga da su mnoge kompanije nudile pakete za kalibraciju robota u ovim slučajevima.

Ovi softverski moduli mogu da dopuste robotu bilo kog proizvođača da se kalibriše bilo spoljno (unutar radnog prostora) ili unutrašnje (dužina veze, uglovi zavoja, itd.). Jedan primer takvog softvera je modul za SA Machine koga je razvio New River Kinematics. Takođe kompenzuje efekte toplotne varijacije kod robota.

Na primer, kada koristite robota koji je mirovao, fizički će se proširiti kako se bude zagrevao od toplotnog širenja svojih veza. Kako robot nastavlja da se zagreva, promena može dostići 0,5 mm (0,020 inča) ili više, što može znatno da utiče na reproduktivnost merenja. Ipak, softver za kalibraciju može da izračuna i ukloni ove toplotne efekte iz merenja tako da su stalno reproduktivna (tipično u okviru 0,10 mm ili 0,004 inča sigme).

Danas, ovi procesi su standardni i koriste se skoro svakodnevno. Ali to ne znači da ne postoji prostor za dalja usavršavanja. Tokom protekle decenije, Leica aparati za lasersko praćenje su znatno poboljšali svoju funkcionalnost. Jedno od najvažnijih poboljšanja jeste sposobnost Leica aparata za lasersko praćenje da mere sa punim Six Degrees of Freedom ili 6DoF.

Ova mogućnost dozvoljava proizvođačima robota da isprave krajnji efektor robota tokom ciklusa kalibracije sa manje poza, ali takođe pruža nove mogućnosti. U prošlosti pri upotrebi tradicionalnog aparata za 3-D lasersko praćenje, višestruke pozicije su morale da se izmere kako bi se izračunala središnja tačka alata (TCP) u 6D prostoru. Sada korišćenjem 6DoF aparata za lasersko praćenje AT901, moguće je da se zna tačna lokacija krajnjeg efektora u 6D prostoru u realnom vremenu. Ova inovacija uklanja potrebu da se robot u potpunosti kalibriše pošto aparat može da prati i ispravi položaj krajnjeg efektora u realnom vremenu bez da brine o tome šta robot radi u ''prostoru zgloba''.

Ova napredna tehnologija je nedavno primenjena kod Premium Aerotec (Nordenahm, Nemačka) za automatizuju procesa postavljanja gredica za trup aviona novog Airbus A350 XWB. Pošto su gredice bile do 18 metara dugačke, određena apsolutna tačnost robota koji se koriste nije još dovoljno precizna da ih pravilno postavi. Tim je samo bio u stanju da ispuni svoje stroge zahteve preciznosti ispravljajući robote u realnom vremenu na osnovu povratnih informacija dobijenih od 6DoF aparata za apsolutno praćenje lasera.

Automatizovane ćelije na bazi robota i mobilni sistemi za merenje se više ne smatraju futurističkim i ove primene su znatno porasle u celom svetu. Širom sveta, Hexagon Manufacturing Intelligence je primenio preko 60 automatizovanih ćelija na bazi robota i mobilnih sistema za merenje. Kao rezultat ove inteligencije, niz proizvođača i industrija vide svoje procese novim očima, tražeći oblasti u kojima merenja i inspekcija automatizacije mogu da imaju ključnu ulogu.

Usred pomeranja paradigme, istorija proizvodnje se menja pred našim očima.