Egyszerűnek tűnő pick&place feladat 4 tengelyes SCARA robottal

A négytengelyes SCARA robotok kettővel kevesebb szabadságfokkal rendelkeznek, ezért Z tengelyének döntésére nincs mód. Nagyon könnyen készíthetünk terveken jól működőnek tűnő megoldásokat, ami aztán a valóságban mégsem álljá meg a helyüket. Egy egyszerű példán keresztül szeretnénk megmutatni, hogy egy ilyen típusú robotcella sikeres megvalósulásához mennyire fontos a cella egyéb elemeinek helyes megtervezése és beüzemelése.

Nézzük az alap paramétereket: a fészekbe előre bekészített alkatrészt kellene egy másik JIG be továbbítani további megmunkálás céljából.

A felső részt kellene belehelyezni az alsó részbe, a felső rész külső átmérője 0,1mm-rel kisebb, mint az alsó rész belső átmérője. Látszólag semmi vész, hiszen a legtöbb SCARA robot ismétlési pontossága vidáman 0,03 mm alatt van. Tehát bármelyik irányban is tér el a robot a betanított helyzettől a behelyezés mindig sikeres lesz. Továbbá a tervezés során feltételezzük, hogy mind a robot, mind a felvételi pont, mind pedig a lerakási pont egy (párhuzamos) síkban van.

Mik lehetnek a Pick&Place buktatói?

Kezdjük a tűrésekkel! Mindkét alkatrész illeszkedő felülete nyilvánvalóan tűréssel rendelkezik. A fenti példában 0,02 mm hézag marad a tengelyre merőleges síkban minden irányban az elméleti középhelyzetben lévő csap és furat körül a robot ismétlési pontosságát figyelembevéve. Ez bizony a jelen példában nem sok teret hagy az alkatrészek számára, ha bármelyik átmérő tűrése meghaladja a 0,04 mm-t a nekünk kedvezőtlen irányban, a behelyezés máris meghiúsulhat, pedig kézzel még gond nélkül behelyezhető lenne az alkatrész.

Azonban általában a helyzet még ennél is rosszabb hiszen a megfogónknak is van tűrése, az alkatrész megfogási felületei sem esnek egybe a behelyezni kívánt felületekkel, továbbá mindkét alkatrész fészek is tűrésekkel készül. Ezen túlmenően, ha palettán érkezik az alkatrészfészek a berendezésbe, akkor még a konvejor pozíció tűrését is figyelembe kell vegyük. Tehát a tervező mérnöknek minden esetben a teljes tűrésláncot figyelembe kell vennie a tervezésnél.

Sajnos a valóságban a helyzet még ennél is tovább bonyolódik, ugyanis egy megvalósult berendezésen jellemzően semmi nincs tökéletesen párhuzamos síkban. Természetesen ez egy elnagyolt ábra, viszont a példában szereplő két alkatrész összerakásához szükséges síkok egybevágásának pontossági igénye miatt akár szemmel nem is látható mértékű, néhány szögperces eltérés is összeillesztési, lerakási problémákat okoz.

Nyilvánvalóan egy ilyen helyzetben hiába a SCARA robotunk kiemelkedő ismétlési pontossága, gyakran esélytelenek vagyunk az ütközés, szorulás, mechanikai deformáció nélküli behelyezésre. Ez aztán gyakori megállásokhoz, a rendelkezésre állás és a gépképesség jelentős romlásához vezet. Akkor mégis mi a megoldás?

Szerencsére sokféle irányban el lehet indulni:

• Talán a legegyszerűbb a robot és a megfogó között elhelyezendő kompenzáló elemek alkalmazása. Ezeket több gyártótól is beszerezhetjük (Schunk, Zimmer, Koganei) és egy, két, illetve akár mind a hat irányban is képesek az eltéréseket kompenzálni. A működési módjuk rendkívül egyszerű közvetlenül a behelyezés előtt. Egy pneumatika henger segítségével felszabadítják a megfogót az adott irányokban, így az képes néhány millimétert elmozdulni megelőzve a befeszüléseket. Egy szűk fészekből való kivételnél is nagyon hasznos lehet ezeknek az eszközöknek az alkalmazása.
• High tech megoldás a kamerás mérések beillesztése a rendszerbe. Ezzel a fészek, megfogó és alkatrész bázis hibákat kompenzálhatjuk a behelyezés síkjában. Akár mindkét alkatrész valós helyzetét is ellenőrizhetjük megfelelő felbontású kamerákkal, majd a kapott valós helyzetnek megfelelően a robot pozícióit kompenzálhatjuk a pontos bevezetés érdekében.

Bármelyik megoldást is választjuk, a tűrés analízis és a lehetséges eltérések gondos vizsgálata nem maradhat el a tervezés folyamán, különben komoly problémákkal, határidő csúszással és jelentős plusz költségekkel nézhetünk szembe a beüzemeléskor.

Továbbá a beüzemelés folyamán különös gondot kell fordítani a beállításokra, figyelni kell a robot, fészek, paletta megfelelő párhuzamos síkjaira. Valamint nagyon fontos a pontos pozíció beállítás, sok munkát és kínlódást megtakaríthatunk magunknak erre a célra tervezett sablon „muster” legyártásával, hogy legalább a kezdő pozíciónk helyzete legyen a lehető legprecízebben a tűrésmező közepén.