Ny kompaktrobot förbättrar produktiviteten vid punktsvetsning ABB Robotics Products har i samarbete med ABB Flexible Automation och ledande bilindustri utvecklat ett nytt robotsystem IRB 6400C. Systemet ökar effektiviteten drastiskt, samtidigt som investeringskostnaden sänks vid produktsvetsliner. Mest utmärkande är robotens kompakta mekaniska arm, som med sin utrymmessnålhet ger nya möjligheter till minskade produktionskostnader vid punktsvetsning av bilkarosser. R obotsystemet är baserat på det kraftfulla styrsystemet S4 SpotWare [1] som lanserades med roboten IRB 6400. Med det nya utrymmessnåla konceptet och sitt karakteristiska arbetsområde kan fler kompakta robotar IRB 6400C sättas in på samma svetsstation 1. Det betyder bland annat färre svetsstationer och kortare svetsliner. Antalet robotar blir i stort sett oförändrat. Det nya robotsystemet uppvisar följande fördelar: Lägre investeringskostnad för punktsvetslinen. Genom färre kompletta stationer blir transportsystemet kortare och enklare. Färre fixturer behövs och minskad fabriksyta krävs. Dessutom krävs minskat ingenjörsarbete vid installationen. Underhålls- och servicekostnaderna minskar liksom el- och luftkonsumtion. Produktionstakten ökar och antalet varor i arbete minskar. Produktionen löper kontinuerligt även under service av en svetstång. Antalet svetspunkter kan lätt ökas, och ytterligare en kompakt robot kan sättas in i produktionen. Färre svetsstationer betyder minskat antal karosser i arbete. Den nya serien har stort arbetsområde, hög hanteringskapacitet och hög tillgänglighet. Ledtiden för punktsvetslinen förkortas. På grund av minskad kringutrustning, som transportsystem och fixturer, blir tiden från projektstart till igångkörd svetsline kortare. Ökad personsäkerhet i svetslinen vid service. Genom att roboten både kan böja och vrida sig bakåt 180 kan service utföras på svetstången utanför säkerhetsstaketet för svetsstationen. Robotsystemet ingår i den redan så framgångsrika robotfamiljen IRB Eric Hemmingson Staffan Ellqvist ABB Robotics Products AB Jo Pauwels ABB Préciflex Systèmes 6400. Hittills har över 7000 system av typen 6000/6400 för punktsvetsning av bilkarosser installerats runt om i världen. Kompakt och robust konstruktion. Den mekaniska roboten är tillverkad i segjärn och uppbyggd av moduler. Låga investerings- och tillverkningskostnader för bilindustrin Robotsystemet 6400C har utvecklats för att möta bilindustrins alltmer tydliga krav på sänkta investerings- och tillverkningskostnader av karosser i plåtverkstaden. Användningsområdet är huvudsakligen punktsvetsning och svetsning i kombination med montering av komponenter för motorrum, bottenplatta, karossida och komplett bilkaross m m. Robotens stora flexibilitet, utrymmessnåla koncept och unika arbetsområde gör att den används vid andra tillämpningar som för närvarande är under utveckling. Genom det utrymmessnåla ABB-konceptet kan nu ända upp till åtta IRB6400C placeras på golvet i en punktsvetsstation för t ex bottenplatta eller komplett bilkaross 2. Samtidigt går utvecklingen av liner, t ex inom sammansättning av komplett bilkaross, till att bli mer flexibel och tillgänglig för robotisering i stället för konventionell punktsvetsautomation. Dessa nya verktygssystem med t ex flexibla fixturer, transportsystem, roterande komponentmagasin och mer kompakta punktsvetsrobotar medför att samma line inte bara kan producera olika modeller inom karossfamiljen, den klarar även olika typer av bilkarosser 3. Ledande biltillverkare har beslutat investera i IRB 6400C efter en uppskattad kapitalbesparing på upp till 20% av den totala investeringen vid punktsvetslinen jämfört med konventionella punktsvetsrobotar. 4 ABB Tidning 3/1996
Den nya kompaktroboten IRB 6400C vid en visning för säljkåren 1 Kompakt konstruktion I robotsystemet IRB 6400C finns sex olika varianter som skiljer sig åt med avseende på arbetsområde och hanteringskapacitet. Det rör sig om 120 och 150 kg. Tack vare modulplanerad uppbyggnad är skillnaden i uppbyggnad mellan varianterna liten och består i ändringar av mjukvara, kablage och driftslag på axel 4, 5 och 6 i roboten. Det nya systemets robot har också sex axlar, frihetsgrader, men skiljer sig främst från den konventionella sexaxliga armtypen genom att axel 1 och 2 har bytt plats 4. För IRB 6400C har således axel 1 en böjande rörelse och axel 2 en vridande, vilket tillgodoser kundens krav om att kunna placera upp till åtta robotar runt en bilkaross. Tack vare den unika rörelsen i axel 1 har roboten ett arbetsområde framåt som är lika med eller bättre än det för syskonet IRB 6400. Detta trots att IRB 6400C sett efter de fysiska måtten är en mindre robot. Axel 3 kan dessutom, i två av de sex varianterna, böjas 180 bakåt. Handledsaxlarna, dvs 4, 5 och 6, har samma lösning som hos syskonet IRB 6400. Det unika med den tekniska lösningen i axel 1 är att staget baktill inte är parallellt med underarmen. Lösningen har krävt forskning under utvecklingen av robotsystemet och mer beräkningar i mjukvaran än vad som normalt krävs vid traditionella armtyp-robotar. Åtta golvstående IRB 6400C (fyra på var sida) kan med lätthet utföra punktsvetsning av en bilkaross i en sammansättningsstation. 2 ABB Tidning 3/1996 5
Vid jämförelse av de tre viktigaste parametrarna arbetsområde, robotbredd och robothöjd med andra kompaktrobotar på marknaden har IRB 6400C visat sig vara bäst i klassen. IRB 6400C vid svetsning av en bottenplatta till en bilkaross 3 A3 A4 A5 Kraftfulla drivpaket Det kraftfulla drivpaketet, elmotor och växellåda för axlarna 1, 2 och 3 har integrerats i den utrymmessnåla konstruktionen så att roboten blivit mycket kompakt. Kablaget med sin unika lösning har till skillnad från övriga ABB-robotar placerats utanför den mekaniska strukturen för att lätt kunna bytas vid till exempel omställning av varianter. Tack vare att flera funktioner är integrerade i samma detalj har antalet detaljer minskat med mer än 20% i jämförelse med IRB 6400. Elmotorerna, här permanentmagnetiserade synkronmotorer 5, har samma principiella uppbyggnad som de hade vid introduktionen vid mitten av 80-talet för IRB 2000. Drivdonet är en generell trefas frekvensomriktare. De motorberoende funktionerna ligger i robotdatorns mjukvara. Motorerna har utvecklats till att bli kraftfullare, mindre i omfång och är i dag skräddarsydda för sina uppgifter och respektive inbyggnad. Transmissionerna vid axel 1, 2 och 3 är drivna föreningspunkter mellan robo- A2 A6 Rörelserna (A) i de olika axlarna för IRB 6400C 4 A1 Axel 1: Lutning av robotstativet framåt och bakåt Axel 2: Rotation av överdelen åt höger och vänster Axel 3: Tippning av robotarmen uppåt och neråt Axel 4: Vridning av robotarmen kring längsaxeln Axel 5: Rörelse av handleden kring en vågrät axel Axel 6: Vridning av handleden resp verktygsflänsen kring robotarmens längsaxel 6 ABB Tidning 3/1996
En robottransmission, kompaktväxel i genomskärning 6 En av de sex elmotorerna, en permanentmagnetiserad synkronmotor i genomskärning 5 tens konstruktionselement, alternativt utformade som kompaktväxeltyp och kommer här från en tysk leverantör. Kompaktväxelns principiella uppbyggnad och funktion 6 är följande: Inuti två separata ringar med invändiga kuggbanor det är stator och rotorringarna finns ett antal planetkugghjul placerade. De är av tvåstegstyp och har ingrepp i båda ringarna. I växelns centrumlinje är den ingående axeln placerad, och den driver det första steget på planethjulen. Via planethjulens andra steg drivs rotorringen, som är växelns utgående axel. Huvudlagringen för respektive robotaxel, ett kryssrullager, är också integrerad i kompaktväxeln. Detta bidrar till den kompakta konstruktionen av föreningspunkterna för robotaxlarna 1, 2 och 3. Drivpaketen kunde optimeras redan före prototypstadiet genom att robotens cykeltider kunde simuleras med hjälp av sin egen mjukvara. Dessutom optimerades drivpaketet för axel 1 med avseende på utrymmessnålhet och låg kostnad genom att den större delen av det statis- ka momentet balanseras med hjälp av en kvävgasfylld cylinder. Stort arbetsområde Beroende av arbetsuppgifter och var i svetsstationen roboten ska placeras, väljs ett av tre arbetsområden. IRB 6400C/B har sitt huvudsakliga arbetsområde framför sig 7. Vid service av t ex svetstången kan överarmen böja sig hela 180 bakåt. Vid kombination av punktsvetsning och materialhantering och vid service av svetstång kan roboten bibehålla sitt stora arbetsområde framåt som vid B-utförandet, svänga 200 åt höger (IRB 6400C/R) eller 200 åt vänster (IRB 6400C/L). Specialfunktioner för punktsvetsning IRB 6400C är utrustad med styrsystem S4, [1] som inkluderar SpotWare med speciella funktioner som förbättrar effektiviteten i den kompletta punktsvetsstationen. Exempel på funktioner är: Stängning av tång Det är möjligt att inleda stängning av svetstången innan rätt punkt uppnås för arbete 8. Genom att definiera stängningstiden kan svetstången stängas på avsett sätt oberoende av robotens aktuella rörelsehastighet. Cykeltiden optimeras då svetstången just ska stängas när roboten når arbetspunkten. Snabb start Roboten sätts i rörelse omedelbart då aktiveringssignal ges. Detta uppnås genom förberedelser för nästa rörelse under tiden som svetsning av en punkt fullbordas. Utökade kundrutiner och parametrar Roboten kan hantera olika slags svetsintervall och svetstänger. Signalerna för tidsanpassningen mellan svetsstyrprogrammet 9, svetstången och robotrörelser kan lätt anpassas till ändrade krav. Rörelsen efter en utförd svetspunkt kan utformas så att den startar antingen A BB Tidning 3/1996 7
B R L a b Arbetsområdet för de olika IRB 6400C-varianterna 7 a IRB 6400C/B (Bend back) b IRB 6400C/R (Turn back Right) och IRB 6400C/L (Turn back Left) på körsignal från användaren eller efter tidsfördröjning efter svetsning. Programmet kan provas utan att ansluta svetstimer eller svetstång. Detta förenklar provandet. Styrsystemet är utformat för dubbla svetstänger, små och stora rörelser och olika tångtryck. Fler svetstänger kan styras i samma program. Vid processfel kan anläggningsspecifika rutiner användas, t ex förflyttning till serviceläge beordras manuellt. När lämplig åtgärd vidtagits, återupptas svetsarbetet från den punkt där det blev avbrutet. Realistisk robotsimulering med CAR-Tool På senare år har användningen av CAR- Tool, datorgrafik-baserade verktyg för planering, simulering och off-line programmering av industrirobotar, blivit allt vanligare inom bilindutrin. För att på bästa sätt få tillgång till exakta robotdata i dessa CAR-Tool har bilindustrin, tillver- Det är enkelt att bestämma svetsprocessen, eftersom svetsparametrarna sätts med hjälp av programmeringsenheten. 9 Stängning av svetstången startar innan roboten når svetspositionen, vilket minimerar tiden mellan de olika svetspunkterna. 8 8 ABB Tidning 3/1996
Noggranna simuleringssystem gör det möjligt att konstruera och optimera punktsvetsstationerna före installationen. Punktsvetsprogrammen skrivs off-line. 10 Senaste produktionsteknik används vid tillverkningen. En ABB målningsrobot utför förbehandlingen med primer före målning av IRB 6400C. 11 karna av simuleringsutrustningen och robotleverantörerna i samarbete skapat ett interface, Realistic Robot Simulation (RRC) 10. För IRB 6400C har ABB Robotics Products utvecklat en Robot Controller Simulation modul (RCS). Då denna modul kopplas ihop med ett dator-grafikbaserat verktyg, CAR-Tool, kan noggrann simulering av robotens rörelsemönster och körtid i en punktssvetsstation göras. Med detta interface har sammankopplingen mellan olika robotdata och olika dator-grafikbaserade verktyg förenklats avsevärt. Realistic Robot Simulation Interface är ett mycket värdefullt hjälpmedel vid planeringen av en punktsvetsline, där de olika robotarnas punktsvetsarbete nu lätt kan optimeras. Medlem i The New Product Line Introduktionen av IRB 6400C robotarna förstärker ytterligare ABBs förmåga att möta kundens krav på maximal produktivitet, jämnhög kvalitet och enkel implementering till effektiv kostnad 11. Vid punktsvetsning av bilkarosser med ABBs nya robotkoncept i en svetsline blir produktiviteten högre och den totala investeringen lägre än vid användningen av konventionella robotar. Referenser [1] Madesäter, Å.: Nytt styrsystem för industrirobotar. ABB Tidning 2/95, 31 34. [2] Hemmingson, E.: Automatisk montering av topplock. ABB Tidning 4/89, 3 8. [3] Hemmingson, E.; Loll, J.: Monteringsrobotar i bilindustrin. ABB Tidning 9/92, 3 8. Författarnas adresser Eric Hemmingson Staffan Ellqvist ABB Robotics Products AB S-721 68 Västerås Fax: +46 (0) 21 34 41 87 Jo Pauwels ABB Préciflex Systèmes F-95250 Beauchamp Fax: +33 (0) 1 30 40 48 16 ABB Tidning 3/1996 9