Thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM MẠNH TRƯỜNG THIẾT KẾ - CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT HÀN TỰ ĐỘNG NHẬN DIỆN MỐI HÀN S K C 0 9 NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM MẠNH TRƯỜNG THIẾT KẾ - CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT HÀN TỰ ĐỘNG NHẬN DIỆN MỐI HÀN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ CHÍ CƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 10(2011 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Phạm Mạnh Trường Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 07 - 12 - 1986 Nơi sinh: Nam Định Quê quán: Trực Ninh – Nam Định Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Khu tập thể gia đình Vùng Hải Quân, Cam Nghĩa – Cam Ranh – Khánh Hòa Điện thoại quan: Điện thoại riêng: 0987627880 Fax: E-mail: mtruong712@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09 / 2004 đến 02/ 2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thi tốt nghiệp Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 1/2009 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Người hướng dẫn: III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 4/2009 đến Nơi công tác Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng i Công việc đảm nhiệm Giảng viên LỜI CAM ĐOAN  Tôi cam đoan công trình nghiên cứu  Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 (Ký tên ghi rõ họ tên) Phạm Mạnh Trường ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu chương trình đào tạo sau đại học trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM, em tiếp thu đúc kết nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn Với đề tài nghiên cứu hình thức luận văn thạc sỹ, em vận dụng kiến thức học để giải vấn đề thực tế Đề tài nghiên cứu giải vấn đề lĩnh vực hàn tự động, lần tiếp xúc nên em gặp nhiều khó khăn Với hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn TS Lê Chí Cương với hỗ trợ gia đình, bạn bè Cho đến thời điểm luận văn em đạt kết mong muốn Đến đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Ban Giám Hiệu trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM - Thầy TS Lê Chí Cương – Khoa Cơ khí chế tạo máy - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM - Quý thầy cô khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy - Trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM - Quý thầy cô phòng đào tạo quý thầy cô khoa khác – Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP HCM - Gia đình, bạn bè Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ động viên quý báu tất người Xin trân trọng cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2011 Học viên thực luận văn iii TÓM TẮT Nội dung luận văn thiết kế - chế tạo thử nghiệm mô hình robot hàn tự động nhận diện mối hàn để hàn đường cong mặt phẳng nằm ngang Nôi dung gồm: Chương 1: Trình bày tổng quan robot hàn: lịch sử phát triển ngành hàn, ứng dụng robot hàn sản xuất, dạng robot hàn, tình hình nghiên cứu nước, mục tiêu nghiên cứu luận văn Chương 2: Trình bày phương pháp hàn tự động lớp thuốc Chương 3: Trình bày cấu trúc phần cứng robot Chương 4: Trình bày giải pháp nhận biết đường hàn điều khiển đầu hàn Chương 5: Trình bày điều khiển robot Chương 6: Trình bày việc thử nghiệm robot đánh giá kết đạt Chương 7: Kết luận vấn đề giải quyết, vấn đề tồn đọng hướng phát triển luận văn iv ABSTRACT The main content of essay tends to design – make a prototype of welding mobile robot automatic recognize the welding track to weld curve in horizontal plane The content includes: Chapter 1: This chapter shows general of welding robot: history and development of welding, using of welding robot in manufacture, type of welding robot, problems concerned in the research of welding robot in Viet Nam and other countries, objective of essay Chapter 2: This chapter shows the method Submerged Arc Welding Chapter 3: This chapter shows the hardware of robot Chapter 4: This chapter shows the way to recognize the welding track and control welding torch Chapter 5: This chapter shows control robot Chapter 6: This chapter shows the results of research and comment about the result Chapter 7: Sumary of essay v MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách hình x Danh sách bảng xvi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LĨNH ROBOT HÀN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN 1.2 ROBOT HÀN 1.2.1 Ứng dụng robot hàn sản xuất 1.2.2 Các dạng Robot hàn 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 25 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 25 1.4.2 Giới hạn đề tài 26 CHƯƠNG HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC 27 2.1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN 27 2.1.1 Sự tạo thành mối hàn 27 2.1.2 Tổ chức kim loại mối hàn 30 2.2 KHÁI NIỆM 31 2.3 THIẾT BỊ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC 32 2.4 VẬT LIỆU HÀN 35 2.4.1 Dây hàn 35 2.4.2 Thuốc hàn 36 2.5 KỸ THUẬT HÀN 37 vi 2.5.1 Mồi hồ quang 37 2.5.2 Ngắt hồ quang 39 2.5.3 Kỹ thuật lót 39 2.5.4 Hàn giáp mối 41 2.6 HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC MỐI HÀN 44 2.6.1 Ảnh hưởng chế độ hàn 44 2.6.2 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ 47 2.6.3 Ảnh hưởng yếu tố kết cấu 51 CHƯƠNG CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT 53 3.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT HÀN TỰ HÀNH 53 3.1.1 Dạng 1: Robot hàn tự hành dùng để hàn góc phận tạo quỹ đạo công nghệ hàn 53 3.1.2 Dạng 2: Robot hàn tự hành dùng để hàn phẳng hay hàn góc 53 3.1.3 Dạng thứ 3: Robot hàn tự hành dùng để hàn phẳng hay hàn góc có ray dẫn hướng 54 3.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ KHÔNG GIAN CHO ROBOT 55 3.2.1 Phương án 55 3.2.2 Phương án 56 3.2.3 Phương án 57 3.2.4 Phương án 58 3.2.5 Phương án 58 3.2.6 Lựa chọn phương án phù hợp 59 3.3 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT 60 3.3.1 Module ray dẫn hướng 61 3.3.2 Thân robot `63 3.3.3 Module trượt gắn cảm biến dò đường hàn 64 3.3.4 Module trượt gắn đầu hàn 75 3.4 QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN 79 3.4.1 Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn 79 vii 3.4.2 Các phương pháp tạo quỹ đạo chuyển động công nghệ hàn 80 3.4.3 Giải pháp tạo quỹ đạo công nghệ hàn cho robot 82 CHƯƠNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐẦU HÀN 82 4.1 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT ĐƯỜNG HÀN Ở CÁC ĐỀ TÀI TRƯỚC 85 4.1.1 Nhận biết phương pháp dò theo vách đứng hàn góc: 85 4.1.2 Tạo vết dẫn đường để điều khiển đường robot theo đường hàn: 86 4.1.3 Lấy mẫu điểm đường hàn với công cụ lập trình Teach Pendant: 87 4.1.4 Nhận biết điểm mép đường hàn dùng cảm biến quang: 89 4.2 PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT MÉP HÀN 90 4.2.1 Phân tích cấu tạo đường hàn 90 4.2.2 Các phương án nhận biết điểm mép đường hàn 92 4.3 CÁC PHƯƠNG ÁN NHẬN BIẾT ĐƯỜNG HÀN 95 4.3.1 Các phương án 95 4.3.2 Lựa chọn phương án tối ưu 103 4.3 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐẦU HÀN 104 CHƯƠNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CỦA ROBOT 110 5.1 SƠ ĐỒ KHỐI ĐIỀU KHIỂN ROBOT 110 5.1.1 DC Motor 110 5.1.2 Mạch công suất H – Bridge 112 5.1.3 Bộ điều khiển PID tốc độ, vị trí cho DC motor 114 5.1.4 Cảm biến quang E3X-DA-S 120 5.1.6 Vi điều khiển ATmega128 123 5.2 MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ROBOT 124 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 128 6.1 THỬ NGHIỆM 128 6.2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 131 viii CHƯƠNG KẾT LUẬN 132 7.1 TÓM TẮT 132 7.2 NHỮNG CÔNG VIỆC ĐÃ THỰC HIỆN ĐƯỢC 132 7.3 NHỮNG HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 132 PHỤ LỤC 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 157 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Các phương pháp hàn Hình 1.2 Robot hàn điểm nhà máy sản xuất xe Hình 1.3 Hệ thống robot hàn đường hãng FANUC Hình 1.4 Tay máy bậc tự Hình 1.5 Đầu hàn MIG/MAG có ly hợp chống va đập Hình 1.6 Robot hàn với ray trượt nằm ngang Hình 1.7 Robot hàn với ray trượt trần vách Hình 1.8 Robot hàn ray trượt đứng ray trượt cong hãng Bug-O Hình 1.9 Robot hàn tự hành hoàn toàn tự động Hình 1.10 Robot hàn hãng ABB Hình 1.11 Robot hàn tự hành hãng Ishimatsu Hình 1.12 Robot hàn cắt tự hành hãng Bug-O Hình 1.13 Các đơn vị hệ thống hàn đa cảm biến 10 Hình 1.14 Cấu hình điều khiển nhúng cho robot hàn di động 'RRX3' 11 Hình 1.15 Sơ đồ khối hệ thống 11 Hình 1.16 Cảm biến thị giác 12 Hình 1.17 Cấu trúc robot hàn ống đề tài 13 Hình 1.18 Đường hàn hình chữ nhật (RWL) 14 Hình 1.19 Mô hình nguyên lý Robot 14 Hình 1.20 Mô hình thực tế robot 15 Hình 1.21 Mô hình nguyên lý robot hàn di động dùng để hàn góc 16 Hình 1.22 Mô hình thực tế robot hàn di động dùng để hàn góc 17 Hình 1.23 Robot gỡ xỉ hàn đề tài 17 Hình 1.24 Hình ảnh robot đề tài 19 Hình 1.25 Sơ đồ cấu trúc robot hàn 20 Hình 1.26 Nguyên lý hoạt động robot 21 x Hình 1.27 Mối tương quan quỹ đạo lấy mẫu quỹ đạo công nghệ 22 Hình 1.28 Robot han Panasonic AW 7000 22 Hình 1.29 Robot hàn Almega AX-V6 23 Hình 1.30 Sản phẩm robot hàn mặt phẳng ngang đề tài luận văn hàn thử nghiệm sàn tôn 24 Hình 1.31 Hình ảnh Robot đề tài 25 Hình 1.32 Giới hạn đường cong hàn đề tài 26 Hình 2.1 Mối nối hàn 27 Hình 2.2 Bể hàn 28 Hình 2.3 Hình dạng kích thước bể hàn 28 Hình 2.4 Tác dụng lực từ trường ép lên que hàn 29 Hình 2.5 Tổ chức kim loại mối hàn 30 Hình 2.6 Nguyên lý trình hàn hồ quang lớp thuốc 31 Hình 2.7 Các khả chuyển động đầu hàn tự động xe tự hành 33 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý xe hàn vạn 34 Hình 2.9 Thiết bị hàn tự động lớp thuốc 35 Hình 2.10 Bột sắt phoi thép 38 Hình 2.11 Cắt vát đầu dây hàn 39 Hình 2.12 Hàn lót để hàn SAW 40 Hình 2.13 (A) Hàn giáp mối rãnh V, (B) hàn giáp mối vuông 40 Hình 2.14 Lót thuốc hàn 40 Hình 2.15 Lót gốm 41 Hình 2.16 Tấm lót thép để hàn giáp mối mỏng 42 Hình 2.17 Hàn hai phía dày 19 ÷ 25.4mm 42 Hình 2.18 Hàn hai phía dày 32 ÷ 38 mm 43 Hình 2.19 Các kích thước đặc trưng mối hàn 44 Hình 2.20 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo cường độ dòng điện hàn 45 Hình 2.21 Sự thay đổi hình dạng mối hàn mức tiêu thụ thuốc hàn theo điện áp hàn 46 xi Hình 2.22 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo tiết diện điện cực 46 Hình 2.23 Ảnh hưởng tốc độ hàn 47 Hình 2.24 Góc nghiêng dây hàn ảnh hưởng góc nghiêng phía trước lên hình dạng mối hàn 48 Hình 2.25 Góc nghiêng vật hàn hình dạng mối hàn 49 Hình 2.26 Vị trí dây hàn hàn mối hàn vòng đường kính nhỏ cường độ dòng điện hàn tối đa 50 Hình 2.27 Ảnh hưởng cực tính dòng hàn 50 Hình 2.28 Độ nhú điện cực 51 Hình 2.29 Ảnh hưởng góc rãnh hàn khe đáy lên hình dạng mối hàn 51 Hình 3.1 Robot hàn góc hãng Koile (Nhật) 53 Hình 3.2 Robot hàn tự hành dùng hàn phẳng góc Bug-O 54 Hình 3.3 Robot hàn tự hành dùng hàn đứng Bug-O 55 Hình 3.4 Phương án 56 Hình 3.5 Phương án 57 Hình 3.6 Phương án 57 Hình 3.7 Phương án 58 Hình 3.8 Phương án 59 Hình 3.9 Phương án truyền động robot 60 Hình 3.10 Mô hình tổng thể robot 61 Hình 3.11 Mô hình 3D trượt bi dùng làm ray dẫn hướng 62 Hình 3.12 Các hình chiếu trượt trượt 62 Hình 3.13 Gắn trượt khung gá 63 Hình 3.14 Kích thước khung gá 63 Hình 3.15 Thân robot 64 Hình 3.16 Chuyển động song phẳng 64 Hình 3.17 Mô hình toán chuyển động song phẳng 65 Hình 3.18 Xác định tâm quay tức thời 66 xii Hình 3.19 Puly tầng 68 Hình 3.20 Nguyên tắc thay đổi tâm quay tức thời 69 Hình 3.21 Sơ đồ hoạt động cấu 69 Hình 3.22 Mô hình cấu đảo chiều thay đổi tâm quay tức thời 70 Hình 3.23 Module trượt gắn cảm biến dò đường hàn 71 Hình 3.24 Bộ vitme – đai ốc bi 71 Hình 3.25 Ổ bi đỡ 72 Hình 3.26 Khớp nối trục 73 Hình 3.27 Module trượt gắn lên thân robot 74 Hình 3.28 Hình ảnh thực tế module trượt 74 Hình 3.29 Mô hình 3D module 75 Hình 3.30 Thanh trượt bi gắn đầu hàn 76 Hình 3.31 Bộ điều chỉnh cao độ đầu hàn 76 Hình 3.32 Module trượt gắn đầu hàn lắp lên thân robot 77 Hình 3.33 Module trượt gắn đầu hàn 77 Hình 3.34 Hình ảnh thực tế module trượt gắn đầu hàn MIG 78 Hình 3.35 Kết cấu thiết kế hoàn chỉnh robot 78 Hình 3.36 Kết cấu hoàn chỉnh thực tế robot 79 Hình 3.37 Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn 79 Hình 3.38 Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn khác 80 Hình 3.39 Phương pháp gắn cấu phụ tạo quỹ đạo công nghệ hàn 80 Hình 3.40 Robot hàn có gắn phận tạo qũy đạo công nghệ Bug-O 81 Hình 3.41 Qũy đạo công nghệ hàn tạo kết hợp chuyển động khớp 82 Hình 3.42 Tạo quỹ đạo zigzag cách phối hợp chuyển động robot 83 Hình 3.43 Tạo quỹ đạo zigzag cách lắc đuốc hàn 83 Hình 3.44 Tạo quỹ đạo zigzag nguyên lý tay quay trượt 84 Hình 4.1 Mô hình thực tế robot hàn di động dùng để hàn góc 85 Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc robot hàn 86 xiii Hình 4.3 Nguyên lý hoạt động robot 87 Hình 4.4 Teach pendant hai công ty Kawasaki Panasonic - Nhật Bản 88 Hình 4.5 Mối tương quan quỹ đạo lấy mẫu quỹ đạo công nghệ 88 Hình 4.6 Robot han Panasonic AW 7000 89 Hình 4.7 Sản phẩm robot hàn mặt phẳng ngang đề tài luận văn hàn thử nghiệm sàn tôn 89 Hình 4.8 Hình ảnh Robot đề tài 90 Hình 4.9 Mặt cắt đường hàn vát mép chữ V 91 Hình 4.10 Đường hàn không vát mép 91 Hình 4.11 Đường hàn không vát mép 91 Hình 4.12 PA1 – Đầu dò di chuyển qua phải 92 Hình 4.13 PA1 – Đầu dò di chuyển qua trái 93 Hình 4.14 PA2 – Đầu dò di chuyển qua trái 94 Hình 4.15 PA2 – Đầu dò di chuyển qua phải 94 Hình 4.16 Nguyên lý dò đường hàn không vát mép 95 Hình 4.17 Phương án 95 Hình 4.18 Quỹ đạo gấp khúc PA đầu hàn 96 Hình 4.19 Phương án 97 Hình 4.20 Quỹ đạo gấp khúc PA đầu hàn 98 Hình 4.21 Phương án 98 Hình 4.22 Chuyển động đầu dò PA 99 Hình 4.23 Quỹ đạo gấp khúc PA3 đầu hàn 99 Hình 4.24 Phương án 100 Hình 4.25 Chuyển động đầu dò PA 100 Hình 4.26 Quỹ đạo gấp khúc PA đầu hàn 101 Hình 4.27 Quỹ đạo gấp khúc PA đầu hàn 102 Hình 4.28 Quỹ đạo gấp khúc PA đầu hàn 102 Hình 4.29 Vị trí Home 105 Hình 4.30 Tọa độ đỉnh gấp khúc đầu hàn 105 xiv Hình 4.31 Lưu đồ giải thuật điều khiển với phương án 1, 2, 107 Hình 4.32 Lưu đồ giải thuật điều khiển với phương án 108 Hình 4.33 Sơ đồ khối điều khiển động 109 Hình 5.1 Sơ đồ khối điều khiển robot 110 Hình 5.2 Động DC Motor TS 198 110 Hình 5.3 Mạch công suất H – Bridge 113 Hình 5.4 Hình ảnh board mạch thực tế 113 Hình 5.5 Board mạch gắn nhôm rail 114 Hình 5.6 Module PID điều khiển tốc độ, vị trí 115 Hình 5.7 Sơ đồ khối PID 115 Hình 5.8 Sơ đồ khối LM629 117 Hình 5.9 Biên dạng vận tốc 117 Hình 5.10 Mạch công suất LMD18200 119 Hình 5.11 Board điều khiển PID 119 Hình 5.12 Cảm biến quang E3X-DA-S 120 Hình 5.13 Sơ đồ đấu dây cho cảm biến quang E3X-DA-S 120 Hình 5.14 Các dòng AVR khác nhau: Tiny, AVR Mega 123 Hình 5.15 Cấu trúc Vi điều khiển AVR 123 Hình 5.16 Sơ đồ nguyên lý điều khiển robot 125 Hình 5.17 Sơ đồ mạch điện điều khiển robot 126 Hình 5.18 Tủ điện điều khiển robot 127 Hình 5.19 Các thiết bị giao tiếp điều khiển 127 Hình 6.1 Máy hàn MIG để hàn thử nghiệm 128 Hình 6.2 Chuẩn bị mép hàn cho hàn thử nghiệm 128 Hình 6.3 Mối hàn mẫu thử nghiệm thứ 129 Hình 6.4 Cảm biến dò tìm rãnh hàn mẫu thử thứ 129 Hình 6.5 Màn hình LCD hiển thị điểm mép hàn mà cảm biến dò tìm mẫu thử thứ 130 Hình 6.6 Mối hàn mẫu thử nghiệm thứ 130 xv DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1 Các yêu cầu thành phần dây hàn theo AWS A5.17 35 Bảng 2.2 Các yêu cầu tính theo AWS A5.17 37 Bảng 2.3 yêu cầu độ dai va đập theo AWS A5.17 37 Bảng 2.4 Thông số hàn giáp mối với lót đồng 41 Bảng 2.5 Thông số hàn giáp mối lót thép 42 Bảng 2.6 Thông số hàn hai phía dày 19 ÷ 25,4 mm 43 Bảng 2.7 Thông số hàn dày 32 ÷ 38 mm 43 Bảng 3.1 Các kích thước trượt bi 62 Bảng 3.2 Các kích thước vitme – đai ốc bi 71 Bảng 3.3 Các kích thước ổ bi đỡ 72 Bảng 3.4 Các kích thước khớp nối trục 73 Bảng 3.5 Các kích thước trượt bi gắn đầu hàn 76 Bảng 5.1 Thông số Motor TS 198 111 Bảng 5.2 Thông số kỹ thuật Motor TS 198 111 Bảng 5.3: Ký hiệu màu dây encoder Motor TS 198 112 Bảng 5.4 Thông số kỹ thuật khuếch đại E3X-DA-S 120 Bảng 5.5 Các model sợi quang phản xạ có đầu mỏng / nhỏ 122 Bảng 6.1 Bảng đánh giá khuyết tật mối hàn mắt (Visual Testing – VT) 131 xvi Chương 1: Tổng quan Robot hàn GVHD: TS LÊ CHÍ CƯƠNG  CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÀN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN: Khoảng đầu thời đại đồ đồng, đồ sắt, người biết hàn kim loại Năm 1802, nhà bác học Nga Pê-tơ-rốp tìm tượng hồ quang điện rõ khả sử dụng nhiệt để làm nóng chảy kim loại, mở thời kỳ hàn hồ quang tay ngành công nghiệp đóng tàu Năm 1882 Kỹ sư Bê-na-đớt sử dụng hồ quang điện cực than để hàn kim loại Năm 1886 Tôm-sơn tìm phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối áp dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp vào năm 1903 Năm 1887 Bê-na-đớt tìm phương pháp hàn điểm Năm 1888, Sla-via-nốp áp dụng điện cực nóng chảy - điện cực kim loại vào hồ quang điện, đến năm 1907, kỹ sư Thụy Điển Ken-Be phát phương pháp ổn định trình phóng hồ quang bảo vệ vùng hàn khỏi tác động không khí xung quanh cách lắp lên điện cực kim loại lớp vỏ thuốc Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc bảo đảm chất lượng mối hàn Thời kỳ phát triển cao công nghiệp hàn mở vào năm cuối 30 đầu 40 kỷ XX, sau công trình tiếng viện sĩ E O Pa-tôn hàn thuốc Phương pháp hàn bán tự động sau hàn tự động lớp thuốc đời; sau ứng dụng rộng rãi công nghiệp, thành tựu vô to lớn kỹ thuật hàn đại Cho đến nay, hàn thuốc phương pháp khí hoá kỹ thuật hàn, với ưu điểm vượt trội hiệu suất chất lượng mối hàn Từ năm cuối 40, phương pháp hàn khí bảo vệ nghiên cứu đưa vào sản xuất Hàn bảo vệ làm tăng vọt chất lượng mối hàn phương pháp hàn sử dụng rộng rãi nhất, đặc biệt khả sử dụng dễ dàng nhiều tư hàn khác Hàn xỉ điện phát minh tiếng tập thể Viện Hàn điện B O Pa-tô (Ki-ép, Liên Xô) Quá trình hàn điện xỉ nhà bác học Xô Viết phát năm 1949, nghiên cứu đưa vào sản xuất năm 50 Phương pháp hàn điện xỉ đời phát triển cách mạng kỹ thuật nghành chế tạo máy móc hạng nặng lò hơi, tua bin, máy ép cỡ lớn, … Các phường pháp hàn ngày nghiên cứu cải tiến để nâng cao suất, hiệu chất lượng mối hàn, nâng cao khả tự động hóa Hiện nay, có 120 phương pháp hàn khác nhau, đó, phương pháp hàn sử dụng rộng rãi là: hàn hồ quang tay, hàn bán tự động tự động lớp thuốc (Submerged Arc Welding - SAW), hàn bán tự động môi trường khí bảo vệ (MIG, MAG), hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc (FCAW-Flux Cored Arc Welding), hàn hồ quang tự bảo vệ (Self-Shielded Arc Weld), hàn TIG Một số phương pháp hàn HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang Chương 1: Tổng quan Robot hàn GVHD: TS LÊ CHÍ CƯƠNG  nghiên cứu đưa vào sản xuất như: hàn tia điện tử (electron beam welding), laser beam, hàn siêu âm, hàn plasma hồ quang, v.v… Nói chung, phương pháp hàn ngày hoàn thiện sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân, kỹ thuật quốc phòng đặc biệt nghành du hành vũ trụ Có thể nói hàn phương pháp gia công kim loại tiên tiến đại Hàn Việt Nam xuất từ thời thượng cổ, hồi ông cha ta dã biết sử dụng hàn để làm dụng cụ cần thiết phục vụ cho đời sống cải tiến điều kiện lao động Trước cách mạng tháng tám, môn hàn ứng dụng Sau cách mạng tháng tám thời kỳ kháng chiến, môn hàn phát triển hơn, đóng góp vào công nghiệp quốc phòng mẻ Sau hòa bình sử dụng hàn nhiều cách mạng kỹ thuật xây dựng kinh tế xã hội chủ nghĩa Nhiều công trình đồ sộ mọc lên sử dụng nhiều đến hàn lò cao khu gang thép Thái Nguyên, nhà công nghiệp, tàu bè, nồi v.v Tuy việc nghiên cứu áp dụng phương pháp hàn tiên tiến gặp nhiều khó khăn chưa đủ điều kiện để phát triển mạnh mẽ Với lực lượng cán khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghề ngày đông đảo, tin rằng, kỹ thuật hàn Việt Nam ngày phát triển ứng dụng ngày nhiều vào sản xuất Hình 1.1 Các phương pháp hàn HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang Chương 1: Tổng quan Robot hàn GVHD: TS LÊ CHÍ CƯƠNG  1.2 ROBOT HÀN: 1.2.1 Ứng dụng robot hàn sản xuất: Từ đời robot công nghiệp áp dụng nhiều lĩnh vực góc độ thay người Nhờ vậy, dây chuyền sản xuất tổ chức lại, suất hiệu tăng lên rõ rệt Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động Đạt mục tiêu nhờ vào khả to lớn robot như: + Làm việc mệt mỏi + Rất dễ chuyển nghề cách thành thạo + Chịu tia phóng xạ môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao + Thay người công việc đơn điệu mà dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn + … Trong ngành khí, robot sử dụng nhiều công nghệ đúc, công nghệ hàn, công nghệ cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm, … Công nghệ hàn tự động với robot ứng dụng từ lâu ngành công nghiệp sản xuất ô tô nước công nghiệp phát triển, tiêu biểu số Hoa Kỳ, Nhật Bản, CHLB Ðức, Pháp, Ý, Hàn Quốc, Trung Quốc,… gần nước khu vực Ðông Nam Á Sau đó, công nghệ hàn tự động với robot áp dụng ngành đóng tàu biển, chế tạo máy Ứng dụng chủ yếu robot công nghiệp hàn lắp ráp Gần 25% robot công nghiệp robot hàn Các robot lắp ráp chiếm 33% dân số robot giới, có mặt nhiều nhà máy sản xuất xe đồ điện tử Trong nhà máy sản xuất xe hàn điểm công việc sử dụng robot nhiều nhất: Mỗi khung xe cố định vào palette điều khiển di chuyển khắp nhà máy Khi khung xe đến trạm hàn, phận kẹp cố định chi tiết vào vị trí cần thiết, robot di chuyển dọc theo điểm hàn lập trình trước (H 1.2) HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang [...]... máy 6 bậc tự do 5 Hình 1.5 Đầu hàn MIG/MAG có ly hợp chống va đập 6 Hình 1.6 Robot hàn với ray trượt nằm ngang 6 Hình 1.7 Robot hàn với ray trượt trên trần và trên vách 7 Hình 1.8 Robot hàn ray trượt đứng và ray trượt cong của hãng Bug-O 7 Hình 1.9 Robot hàn tự hành hoàn toàn tự động 8 Hình 1.10 Robot hàn của hãng ABB 8 Hình 1.11 Robot hàn tự hành của... chất lượng mối hàn, cũng như nâng cao khả năng tự động hóa Hiện nay, có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau, trong đó, các phương pháp hàn được sử dụng rộng rãi nhất là: hàn hồ quang tay, hàn bán tự động và tự động dưới lớp thuốc (Submerged Arc Welding - SAW), hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ (MIG, MAG), hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc (FCAW-Flux Cored Arc Welding), hàn hồ quang tự bảo vệ (Self-Shielded... khiển robot 125 Hình 5.17 Sơ đồ mạch điện điều khiển robot 126 Hình 5.18 Tủ điện điều khiển robot 127 Hình 5.19 Các thiết bị giao tiếp của bộ điều khiển 127 Hình 6.1 Máy hàn MIG để hàn thử nghiệm 128 Hình 6.2 Chuẩn bị mép hàn cho hàn thử nghiệm 128 Hình 6.3 Mối hàn của mẫu thử nghiệm thứ nhất 129 Hình 6.4 Cảm biến đang dò tìm rãnh hàn ở mẫu thử thứ... của Robot 14 Hình 1.20 Mô hình thực tế của robot 15 Hình 1.21 Mô hình nguyên lý của robot hàn di động dùng để hàn góc 16 Hình 1.22 Mô hình thực tế của robot hàn di động dùng để hàn góc 17 Hình 1.23 Robot gỡ xỉ hàn của đề tài 17 Hình 1.24 Hình ảnh các robot của đề tài 19 Hình 1.25 Sơ đồ cấu trúc của robot hàn 20 Hình 1.26 Nguyên lý hoạt động của robot. .. Bể hàn 28 Hình 2.3 Hình dạng và kích thước của bể hàn 28 Hình 2.4 Tác dụng của lực từ trường ép lên que hàn 29 Hình 2.5 Tổ chức kim loại của mối hàn 30 Hình 2.6 Nguyên lý quá trình hàn hồ quang dưới lớp thuốc 31 Hình 2.7 Các khả năng chuyển động của đầu hàn tự động trên xe tự hành 33 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý xe hàn vạn năng 34 Hình 2.9 Thiết bị hàn tự. .. 3.35 Kết cấu thiết kế hoàn chỉnh của robot 78 Hình 3.36 Kết cấu hoàn chỉnh thực tế của robot 79 Hình 3.37 Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn 79 Hình 3.38 Các dạng quỹ đạo công nghệ hàn khác 80 Hình 3.39 Phương pháp gắn cơ cấu phụ tạo quỹ đạo công nghệ hàn 80 Hình 3.40 Robot hàn có gắn bộ phận tạo qũy đạo công nghệ của Bug-O 81 Hình 3.41 Qũy đạo công nghệ hàn được tạo ra do kết... dạng mối hàn 51 Hình 3.1 Robot hàn góc của hãng Koile (Nhật) 53 Hình 3.2 Robot hàn tự hành dùng hàn phẳng và góc của Bug-O 54 Hình 3.3 Robot hàn tự hành dùng hàn đứng của Bug-O 55 Hình 3.4 Phương án 1 56 Hình 3.5 Phương án 2 57 Hình 3.6 Phương án 3 57 Hình 3.7 Phương án 4 58 Hình 3.8 Phương án 5 59 Hình 3.9 Phương án truyền động. .. Sau đó, công nghệ hàn tự động với robot được áp dụng trong các ngành đóng tàu biển, chế tạo máy Ứng dụng chủ yếu của robot công nghiệp là hàn và lắp ráp Gần 25% robot công nghiệp là robot hàn Các robot lắp ráp chiếm 33% dân số robot trên thế giới, có mặt nhiều nhất trong các nhà máy sản xuất xe hơi và đồ điện tử Trong các nhà máy sản xuất xe hơi thì hàn điểm là công việc sử dụng robot nhiều nhất: Mỗi... chuyển động của các khớp 82 Hình 3.42 Tạo quỹ đạo zigzag bằng cách phối hợp các chuyển động của robot 83 Hình 3.43 Tạo quỹ đạo zigzag bằng cách lắc đuốc hàn 83 Hình 3.44 Tạo quỹ đạo zigzag bằng nguyên lý tay quay con trượt 84 Hình 4.1 Mô hình thực tế của robot hàn di động dùng để hàn góc 85 Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc của robot hàn 86 xiii Hình 4.3 Nguyên lý hoạt động. .. 42 Hình 2.18 Hàn hai phía tấm dày 32 ÷ 38 mm 43 Hình 2.19 Các kích thước đặc trưng của mối hàn 44 Hình 2.20 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo cường độ dòng điện hàn 45 Hình 2.21 Sự thay đổi hình dạng mối hàn và mức tiêu thụ thuốc hàn theo điện áp hàn 46 xi Hình 2.22 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo tiết diện điện cực 46 Hình 2.23 Ảnh hưởng của tốc độ hàn ... ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM MẠNH TRƯỜNG THIẾT KẾ - CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM ROBOT HÀN TỰ ĐỘNG NHẬN DIỆN MỐI HÀN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 605204... CỦA ROBOT 53 3.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT HÀN TỰ HÀNH 53 3.1.1 Dạng 1: Robot hàn tự hành dùng để hàn góc phận tạo quỹ đạo công nghệ hàn 53 3.1.2 Dạng 2: Robot hàn tự hành... dạng mối hàn 51 Hình 3.1 Robot hàn góc hãng Koile (Nhật) 53 Hình 3.2 Robot hàn tự hành dùng hàn phẳng góc Bug-O 54 Hình 3.3 Robot hàn tự hành dùng hàn đứng Bug-O 55 Hình 3.4 Phương