4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1.2. Lựa chọn Robot hàn [2,3,9]
a. Mở đầu
Ứng dụng chủ yếu của robot công nghiệp rất đa dạng. Tuy nhiên 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…
Một quá trình hàn gồm nhiều thao tác lặp đi lặp lại trên những chi tiết giống nhau sẽ thích hợp để tự động hóa. Số lƣợng chi tiết cần hàn trong quá trình chế tạo quyết định xem có nên tự động hóa quá trình hàn hay không. Nếu bình thƣờng phải điều chỉnh để các chi tiết ăn khớp với nhau hoặc các mối hàn quá rộng hoặc có vị trí khác nhau trên mỗi chi tiết thì không thể tự động hóa đƣợc.
Những lợi ích lớn nhất của hàn tự động là có độ chính xác và năng suất cao. Hàn bằng robot nâng cao độ tin cậy của mối hàn. Một khi đƣợc lập trình hợp lý, các robot sẽ tạo ra những mối hàn y nhƣ nhau trên các vật hàn cùng kích thƣớc và quy cách.
Chuyển động của mỏ hàn đƣợc tự động hóa sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lƣợng công việc phải làm lại. Robot không những làm việc nhanh hơn mà còn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, hiệu quả hơn nhiều so với một thiết bị hàn tay.
Quá trình hàn đƣợc tự động hóa giải phóng ngƣời công nhân khỏi những tác hại khi hàn do tiếp xúc với bức xạ hồ quang, vẩy hàn nóng chảy, khí độc.
Robot hàn thƣờng có các loại sau: Robot hàn điểm, robot hàn hồ quang, robot hàn đặc biệt (hàn ma sát, hàn laser, hàn siêu âm, hàn tia điện tử...).Tuy nhiên robot hàn điểm và robot hàn hồ quang đƣợc ứng dụng rộng rãi hơn cả. Robot hàn điểm đƣợc ứng dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp ô tô còn robot hàn hồ quang đƣợc ứng dụng rộng rãi hơn nhƣ: Ngành công nghiệp đóng tàu, ngành công nghiệp chế tạo chi tiết máy, chế tạo thiết bị điện, ngành công nghiệp ô tô...
Robot hàn hồ quang thƣờng sử dụng chủ yếu là phƣơng pháp hàn MIG/MAG, TIG do những ƣu điểm vƣợt trội của phƣơng pháp hàn này.
b. Cấu hình cơ bản của hệ thống robot hàn hồ quang
Cấu hình của hệ thống robot hàn hồ quang trên hình 3.5 là các thông số kỹ thuật của các linh kiện cấu thành nên hệ thống thiết bị đó, đồng thời có xét đến sự tƣơng thích và độ mạnh yếu của chúng.
Hình 3.5: Cấu hình cơ bản của hệ thống robot hàn
1 - Tay máy; 2 - Bộ điều khiển; 3 - Bảng dạy; 4 - Hộp thao tác; 5 - Nguồn hàn; 6 - Chai khí bảo vệ; 7 - Cơ cấu cấp dây hàn; 8 - Mỏ hàn
- Tay máy
Các robot hàn chủ yếu có dạng cánh tay có khớp hoặc xoay. Loại robot trục Đềcác chỉ đƣợc dùng cho các robot rất lớn hoặc rất nhỏ. Cánh tay robot đƣợc sử dụng nhiều do đó nó cho phép súng hàn chuyển động nhƣ cách tay con ngƣời thao tác. Góc súng hàn và góc di chuyển có thể thay đổi để hàn ở mọi vị trí, nhất là ở những vị trí khó tiếp cận. Cánh tay robot cũng gọn nhẹ nhất và có tầm với lớn nhất. Thƣờng các robot hàn có 5-6 trục tự do, lập trình đƣợc. Các cánh tay robot do nhiều nhà cung cấp bán sẵn nhƣ ABB, FANUC, PANASONIC, OTC DAIHEN, MOTOMAN…
- Bộ điều khiển: Phần mềm điều khiển, phần cứng. - Bảng dạy.
- Nguồn hàn:
Nguồn hàn phải cung cấp dòng điện điều khiển đƣợc với điện áp thích hợp cho quá trình hàn. Thƣờng là (10-35)V và (5-350)A. Các máy hàn hồ quang tự động cần nguồn điện phức tạp hơn hàn bán tự động. Máy hàn tự động cần giao tiếp với nguồn điện để điều khiển nguồn hàn nhằm mang lại hiệu năng tối ƣu.
- Khí bảo vệ:
Thƣờng sử dụng các loại khí bảo vệ nhƣ: CO2 , Ar, He, và hỗ hợp khí trơ với CO2.
- Cơ cấu cấp dây hàn:
Bộ cấp dây dùng để bổ sung kim loại điền đầy trong qúa trình hàn tự động. Điều này cho phép linh hoạt trong việc thiết lập nhiều tốc độ cấp dây khác nhau để phù hợp với những yêu cầu cụ thể của từng dây chuyền. Bình thƣờng, bộ cấp dây đƣợc mắc trên cánh tay robot, độc lập với nguồn hàn. Với hàn tự động, cần có một giao diện điều khiển giữa bộ điều khiển robot, nguồn và bộ cấp dây. Hệ thống cấp dây hàn phải phù hợp với quá trình hàn và kiểu nguồn điện đƣợc sử dụng.
- Mỏ hàn (súng hàn): Có nhiều loại và cỡ mỏ hàn nhằm tạo hiệu suất hàn tối đa. Theo cấu tạo, chụp khí bảo vệ có thể thẳng hoặc cong, đƣợc làm mát bằng khí hoặc nƣớc. Các phụ tùng cơ bản của một mỏ hàn bao gồm:
Ống kẹp điện cực nằm bên trong chụp khí bảo vệ, thƣờng đƣợc chế tạo bằng đồng hoặc hợp kim đồng, dùng để dẫn dòng điện hàn vào dây hàn. Ống kẹp điện cực đƣợc nối với nguồn điện hàn thông qua cáp hàn. Có các cỡ kẹp ống điện cực khác nhau tùy thuộc vào kích thƣớc và kim loại dây hàn.
Chụp khí bảo vệ có nhiệm vụ hƣớng cột khí bảo vệ vào vùng hàn. Tùy theo ứng dụng và cƣờng độ dòng điện hàn, cần chọn đúng cỡ chụp khí.
Ống dẫn dây hàn đƣợc nối với bộ phận cấp dây hàn vào tới ống kẹp điện cực. Chi tiết này quan trọng vì nó quyết định việc cấp dây hàn không gián đoạn. Bề mặt trong của ống dẫn điện cực có thể làm bằng các loại vật liệu khác nhau tùy thuộc vào kim loại cơ bản cần hàn. Ống dẫn điện cực có kích thƣớc phù hợp với kích thƣớc dây hàn sử dụng.
Súng hàn đƣợc mắc vào thân robot bằng một cánh tay thích hợp. Thƣờng là một ly hợp chống va đập, phòng khi điện cực bị dính hoặc va chạm khi lắp đặt, khởi động.
c. Một số hình ảnh về robot hàn MIG/MAG/TIG đang đƣợc ứng dụng rộng rãi hiện nay thể hiện trên hình 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 3.10.
- Một số dòng sản phẩm về robot hàn MIG/MAG của hãng OTC-DAIHEN như: AX-
V6, AII-B4, AII-B4L, AII-V6, AII-V6L...
Hình 3.6: Robot hàn MIG/MAG AII-V6 và AII-V6L của hãng OTC-DAIHEN
- Một số dòng sản phẩm về robot hàn MIG/MAG của hãng FANUC như: OiA-170,
OiB-188, 50iC/5L, 100iC, 120iC...
- Một số dòng sản phẩm về robot hàn MIG/MAG của hãng Panasonic như: TA-
1000, TA-1400, TA-1600, TA-1800, TA-1900...
Hình 3.8: Robot hàn MIG/MAG TA-1400 của hãng Panasonic
- Một số dòng sản phẩm về robot hàn MIG/MAG của hãng Motoman như: MA- 1400, VA-1400...
Hình 3.10: Một số hình ảnh về robot hàn TIG đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay
Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 66 Trên cơ sở phân tích nhƣ trên tác giả lựa chọn Robot AX-V6 của hãng OTC DAIHEN là thiết bị dùng để tích hợp với hệ thống hàn TIG tự động cấp dây.
d. Cấu hình cơ bản của hệ thống Robot hàn AX-V6 [9,10]
Một hệ thống Rôbôt thông thƣờng gồm một Rôbôt, bảng dạy và các thiết bị ngoại vi khác. Tất cả đƣợc kết nối với một tủ điều khiển.
* Tay máy Rôbôt:
- Cơ cấu tay máy AX-V6 và chiều di chuyển của các trục trên hình 3.11.
Hình 3.11: Cơ cấu tay máy và chiều di chuyển các trục - Thông số kỹ thuật của tay máy thể hiện trên bảng 3.7:
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật của tay máy
Hạng mục Thông số kỹ thật
Tên AX-MV6
Kết cấu Kiểu khớp thẳng đứng
Số trục 6
Tải trọng có ích tối đa 6 kg
Sai số lặp lại ví trí ± 0.08 mm
Hệ thống truyền động Động cơ trợ động AC Công suất dẫn động 2750W
Phản hồi vị trí Thiết bị mã hoá tuyệt đối 1:1
Mặt cắt ngang vùng hoạt động cánh tay
3.14 m2x3400
Nhiệt độ môi trƣờng xung quanh 0 ~ 450C
Độ ẩm môi trƣờng xung quanh 20 ~ 80% RH (không ngƣng tụ) Trọng lƣợng (nặng) 155 kg
Tải trọng có ích khi cánh tay nâng 10 kg
Kiểu lắp đặt Tại sàn, treo tƣờng, treo trần Trở về vị trí gốc Không cần thiết
Màu sơn Cánh tay: trắng, đế: xanh nƣớc biển
* Bộ điều khiển Rôbôt: Chức năng của bộ điều khiển Robot thể hiện trên bảng 3.8.
- Hệ điều hành: Windows NT
- Khởi động: Thẻ CF (compact Flat)
- Cấu tạo của bộ điều khiển trên hình 3.12:
Công tắc nguồn nằm trên Panel phía trƣớc của tủ điều khiển AX- C. Bảng dạy và hộp thao tác đƣợc kết nối ở phía mặt bên của tủ điều khiển.
Bảng 3.8: Chức năng bộ điều khiển
Tên Chức năng
Công tắc nguồn
- Công tắc nguồn dùng để bật/tắt(ON/OFF) bộ điều khiển
Bảng dạy
- Bảng dạy có các phím và nút ấn để thực hiện công việc dạy học cho Rôbôt, thao tác trên file, cài đặt các chế độ, v.v.
Hộp thao tác
- Gồm các nút ấn dùng để thực hiện những thao tác yêu cầu một cách tối thiểu, ví dụ : Bật nguồn của động cơ về ON, khởi động và ngừng chế độ vận hành tự động (Auto operation), ngừng khẩn cấp, chuyển đổi giữa chế độ dạy (Teach) và chế độ chạy tự động (Playback).
Hình 3.12: Cấu tạo bộ điều khiển
- Đặc điểm của bộ điều khiển AX – C thể hiện trên bảng 3.9
Bảng 3.9: Đặc điểm bộ điều khiển AX-C
Hạng mục Đặc điểm kỹ thuật
Model
AXCAN1 (MV4AP), AXCAL (MV4LAP), AXCMN1 (MV6), AXCML1 (MV6L, MV16), AXCMG1 (MG3), AXCSN1 (MH3), AXCSS1 (MS3). Hệ thống điều khiển
Chế độ dạy Chế độ dạy/ chế độ chạy tự động (playback) Số trục có thể điều
khiển
Tổng số trục có thể điều khiển độc lập : 54 trục
Hệ thống điều khiển tốc độ
Điều khiển tốc độ không đổi của mỏ hàn
Hệ trục toạ độ
Hệ trục toạ độ điểm (Joint), hệ trục toạ độ góc phải (Hệ trục toạ độ máy (Rôbôt), hệ trục toạ độ công cụ (Tool)), hệ trục toạ độ phôi, hệ trục toạ độ quốc tế (Hệ trục toạ độ gốc), hệ trục toạ độ ngƣời sử dụng.
Bộ nhớ
Môi trƣờng lƣu dữ Thẻ CF (Compact Flat) Bộ nhớ tối đa 160 000 điểm dạy
Nội dung bộ nhớ Vị trí (điểm, đƣờng và cung tròn), điều kiện (Điều kiện hàn, dao động, thời gian chờ, I/O,…)
Số chƣơng trình công việc
9999
Môi trƣờng lƣu dữ bên ngoài
Thẻ CF hoặc PC ( phải có phần mềm tuỳ chọn)
Lịch Lịch đƣợc lƣu dữ bởi pin CR2032 Chức năng điều khiển hàn Nguồn hàn có thể kết nối 4
Điều kiện cài đặt Đặt giá trị trực tiếp, thiết lập file điều kiện hàn Chế độ hàn Hàn CO2, MAG/MIG, TIG
Điều kiện hàn
Thời gian thổi khí trƣớc khi hàn (0.0~9.9 giây), dòng hàn (0~500A), điện áp hàn (0.0~50.0V), thời gian điền đầy (0.0~9.9 giây), thời gian thổi khí sau khi hàn (0.0~9.9 giây), thời gian chờ tắt khí (0.0~9.9 giây). Tín hiệu hàn vào Hết dây, áp lực khí yếu, thiếu nƣớc làm mát, đẩy/thu
dây,...
Tín hiệu hàn ra Không có hồ quang, hết dây, áp lực khí yếu, thiếu nƣớc làm mát, …
Phƣơng thức dao động
Kiểu dao động (đƣờng, hình sin, cung tròn), dao động điểm, dạy dao động (tuỳ chọn).
Vận hành
Chức năng nội suy Điểm(Joint), đờng (line), cung tròn (cir).
Thao tác kiểm tra Kiểm tra tiến/lùi (CHECK GO/CHECK BACK), Tốc độ vận hành
bằng tay
5 cấp (tối đa 250mm/giây).
Tốc độ vận hành kiểm tra
5 cấp.
Chức năng đẩy/thu dây
Sử dụng trên bảng dạy áp dụng cho từng nguồn hàn.
Soạn thảo
Chức năng soạn thảo (Edit)
Copy, Add, Delete, Cut dán, sửa đổi….
Chức năng dịch chuyển
Dịch chuyển đối xứng, dịch chuyển song song, góc trục, ảnh gƣơng, 3 kích thƣớc,...
Gọi chƣơng trình Call, Jump, Jump có điều kiện,…
Hiệu chỉnh nóng Soạn thảo chƣơng trình trong khi đang chạy tự động
Chức năng hỗ trợ hàn Chức năng khôi phục lỗi hàn
Thử lại hồ quang, chức năng trùng lặp, tự động nhả chức năng khi dính dây.
Chức năng hƣớng dẫn điều kiện hàn
Tự động chọn điều kiện hàn tốt nhất khi nhập chiều dày, rãnh giáp mối và các chỉ số khác của phôi (áp dụng cho nguồn hàn CPDRA, CPDPAS và DM điều kiện hàn
CO2/MAG, dây 1.2, đƣờng song song). Điều khiển thiết bị ngoại vi
Cài đặt điều kiện Đặt trực tiếp cổng logic I/O trong chƣơng trình công việc.
Hệ thống chỉ định cài đặt
Chỉ định tín hiệu logic I/O cần dùng đến cổng I/O vật lý trong bảng chuyển đổi I/O.
I/O vật lý chuyên dụng Output: 4 cổng, Input: 7 cổng. I/O vật lý thông thƣờng 64 cực (32 cực Output, 32 cực Input). Đặc điểm về điện tín hiệu vào
Tiếp điểm rơle vào hoặc Collector hở, Công tắc ON/OFF (DC24V, 10mA).
Đặc điểm về điện tín hiệu ra
Tiếp điểm rơle ra: AC100V hoặc DC3V, 1A Điện tối thiểu: 5V 1mA.
Phần mềm PLC
Điều kiện cài đặt hệ thống
Soạn thảo các file chƣơng trình LD(chƣơng trình khối) trên bảng dạy.
Công suất chƣơng trình 32KB chữ (=3.2kB chữ/file x 10file). Vận hành tự động Đơn vị cung cấp khởi động
Khởi động theo số chƣơng trình thiết lập hoặc quy trình ngƣời sử dụng.
Tốc độ vận hành tự động
Tốc độ di chuyển: Phụ thuộc vào tay máy sử dụng. Tốc độ hàn: 1~999 cm/phút.
Hệ thống khởi động
Chọn hệ thống khởi động nhiều trạm hoặc hệ thống nhập trực tiếp số chƣơng trình
Số trạm khởi động Tiêu chuẩn: 1 trạm Tuỳ chọn: 4 trạm (kèm theo hộp khởi động)
Thiết lập trực tiếp số chƣơng trình
Thiết lập số chƣơng trình theo mã hệ thập phân (BCD) (số chƣơng trình áp dụng: 9999).
Thiết lập số chƣơng trình theo mã hệ nhị phân (Binary) (số chƣơng trình áp dụng: 9999).
trình bằng bit 1~16. Sửa trực tiếp điều
kiện hàn
Chỉnh sửa hoặc ghi dòng hàn, điện áp hàn, tốc độ hàn trong khi đang vận hành tự động.
Ngừng tạm thời
Khi đang di chuyển: Rôbôt giảm dần và dừng lại.
Khi đang hàn: Rôbôt ngừng thực hiện hàn và chuyển động.
Chỉnh sửa chƣơng trình áp dụng sau khi dừng tạm thời. Sau khi chỉnh sửa, khởi động lại có thể đƣợc thực hiện theo quy trình thiết lập hoặc tại vị trí dừng.
Emergency stop Chức năng này dùng để tắt điện cho động cơ, ngƣời vận hành có thể vào vùng hoạt động của Rôbôt.
Chức năng chạy lại (playback)
Khoá máy, chạy không tải, Tăng tốc độ, hàn ON/OFF, sóng ON/OFF, chạy 1 bƣớc, không bƣớc,…
Chức năng điều khiển
Thời gian chu kỳ, thời gian hàn, đếm số lƣợng sản phẩm, chức năng đếm thời gian làm việc.
Chức năng an toàn
Khoá cửa bên trong, nút cho phép dạy, chốt an toàn, Công tác chuyển chế độ dạy/chạy tự động, công tắc Deadman.
Chức năng bảo vệ
Cảm biến chống va đập, cảm biến chống va đập servo (tuỳ chọn), chặn giới hạn, công tắc giới hạn, giới hạn mềm, màn hình hiển thị nhiệt độ bên trong, hiển thị điện áp, giới hạn vùng kiểm tra.
Chức năng bảo dƣỡng Thông báo kiểm tra định kỳ, hiển thị lịch sửa lỗi, màn hình hồ quang, lƣu dữ tự động.
Chức năng phát hiện lỗi
Lỗi dừng khẩn cấp, lỗi quy trình điều khiển, lỗi liên quan đến CPU, lỗi Servo, lỗi bộ phận khuyếch đại, lỗi bộ mã hoá, lỗi bảng dạy, lỗi PLC, lỗi ngƣời sử dụng, lỗi vận hành, lỗi hàn điểm, lỗi hàn hồ quang, lỗi cảm biến.
Chức năng chuẩn đoán
Kiểm tra kết nối giữa bộ điều khiển và bảng dạy. Kiểm tra kết nối giữa bộ điều khiển và nguồn hàn. Kiểm tra kết nối giữa bộ điều khiển và tay máy. Kiểm tra mạch điện trong bộ điều khiển.
Kiểm tra mạch điện trong bảng dạy. Độ ồn 70 dB hoặc thấp hơn.
Nhiệt độ môi trƣờng xung quanh
0~45 oC.
Môi trƣờng lắp đặt
Lƣợng bụi, bẩn, hơi dầu, nƣớc, … phải nhỏ nhất. Không có chất lỏng dễ cháy hoặc ăn mòn, khí cháy. Không có các nguồn va chạm hoặc rung động mạnh. Không có nguồn gây nhiễu về điện khu vực gần Rôbôt. Độ rung phải nhỏ hơn 0,5G (4,9m/giây2).
Nguồn điện vào
AC 200V +10%,-15% 3pha 50/60Hz 1,0 kVA(AX- S3), 1,5 kVA(AX-H3), 2,0 kVA(AX-G3), 3,0 kVA(AX-V4AP),3,0 kVA(AX-V6), 6,0 kVA(AX- V4LAP), 6,0 kVA(AX-V6L), 6,0 kVA(AX-V16). Trọng lƣợng 80 kg (V6).
Kính thƣớc 558mm(D) x 503mm(R) x 865mm(C).
* Nguồn hàn kỹ thuật số DM350 trên hình 3.13
+ Nguồn hàn kỹ thuật số hoàn toàn.
+ Giảm bắn toé nhờ điều khiển cảm kháng điện tử số, cải thiện chất lƣợng hàn. + Phù hợp với nhiều phƣơng pháp hàn.