Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf

в сварочных роботах, основной особенностью которых является применение специального освещения, триангуляционных методов измерения формы объектов наблюдения и специальных способов выделения необходимой информации. Так, при сварке угловых швов тавровых соединений проектор с мощной ксеноновой лампой осве­ щает зону соединения под углом 65° к горизонтали, а видеодатчик направлен на эту же зону под углом 45° (рис. 6.8). За счет разных углов падения светового потока на вертикальный и горизонтальный свариваемые элементы их освещенность оказывается^азличной (см. график освещенности на рис. 6.8).

Аналоговый сигнал, пропорциональный освещенности, конвер­ тируется в четырехбитовый цифровой сигнал (уровни освещенности 0—15), который поступает в мини-ЭВМ для обработки и выдачи информации для корректировки программы. Для определения поло­ жения начала и конца шва в зону наблюдения проецируется специ­ альная точка. Появление точки в зоне наблюдения свидетельствует о наличии шва под датчиком, а ее исчезновеЕше — о проходе конца шва под датчиком. Эта информация используется для формирования команд начала и окончания сварки.

Более универсальным является способ, основанный на триангу­ ляционном измерении площади сечения зоны, прилегающей к линии соединения, световой плоскостью, которая может быть представлена сканирующим точечным лучом, стационарным щелевым лучом или светотеневой границей.

В системах с применением триангуляционного метода могут быть также определены зазор в соединении (превышение кромок) и сечение разделки или заплавляемой части соединения (для угловых соединений снаружи).

При использовании оптических СТЗ в роботах для дуговой сварки необходимо учитывать помехи от светового излучения дуги и брызг расплавленного металла. Кроме того, оптика видеодатчиков на сварочных роботах подвергается интенсивному загрязнению и эрозии пылью, брызгами металла и агрессивными газами. Измере­ ния, выполняемые для каждого изделия во время сварки, требуют применения специальных осветителей и фильтров, в частности осветителей с модулированным световым потоком, и использования инфракрасной части спектра. Эти меры позволяют в известной сте­ пени уменьшить помехи от светового излучения дуги.

В ряде случаев могут применяться и более простые видеодат­ чики. Например, при сварке в защитных газах угловых швов может быть использован отраженный свет излучения дуги. При направле­ нии дуги строго по биссектрисе угла средиестатическая освещенность в точках, выбранных на некотором удалении от места сварки, оди­ накова. При смещении дуги на один из свариваемых элементов осве­ щенность будет неравномерной. Освещенность воспринимается двумя фоторезисторами с помощью световодов и бленд. Проблема охлажде­ ния фоторезисторов здесь решается путем расположения их вдали от горелки. Однако недостатком такой системы является отсут­ ствие возможности автоматизации процесса выхода на шов до на-

190

Рис. 6.9. Датчик с круговым сканированием!

1 — двигатель кругового сканирования; 2 — дат­ чик; 3 — горелка; 4 — сварной шов; 5 — поверх­ ности свариваемых элементов

чала сварки. Одним из путей умень­ шения чувствительности к световым помехам является использование мо­ нохроматического освещения с по­ мощью лазера. Применением лазера решается также проблема получения остросфокусированного светового зонда.

Для того чтобы обеспечить воз­ можность измерения в зонах, распо­ ложенных как перед точкой сварки, так и после этой точки, применяют метод кругового сканирования луча

вокруг точки сварки. При этом за один цикл сканирования осу­ ществляется измерение одного цилиндрического или конического сечения соединения, подготовленного под сварку, и одного цилиндри­ ческого или конического сечения полученного сварного соединения. Система, реализующая такой метод измерения, основана на использовании лазерного дальномера с применением принципа три­ ангуляции (рис. 6.9). В качестве излучателя может быть исполь­ зован полупроводниковый лазер из арсенида галлия с мощностью от 1 до 10 Вт в импульсе, работающий на волне длиной 904 нм (ближ­ ний инфракрасный свет). Излучение лазера формируется оптиче­ ской системой в тонкий луч диаметром 2 мм у выхода оптической системы и 0,3 мм — на расстоянии 180 мм. На поверхность изделия проецируется яркое пятно соответствующего диаметра. Положение указанного пятна наблюдается под углом 15—20° к оси этого луч i второй оптической системой, которая фокусирует изображение пятна на линейке приборов (фотодиодов) с зарядовой связью (ПЗС). Рас­ стояние между центрами элементов такой линейки может составлять 10—15 мкм, а ее чувствительность достаточна для получения раз­ личимого импульса в достаточно широком диапазоне изменения коэффициента отражения поверхности изделия. Для уменьшения влияния света дуги перед приемником ПЗС устанавливают интер­ ференционный фильтр. Оптическая система обеспечивает разреша­ ющую способность примерно 0,3—0,5 мм в зависимости от расстояния от выходного отверстия оптической системы лазерного излучателя, изменяемого в диапазоне 100—200 мм, и случайных помех.

Полученная информация подвергается предварительной фильтра­ ции для измерения расстояния, которое является функцией теку­ щего положения горелки. В результате многократных измерений (примерно 200 в течение одного поворота датчика вокруг горелки) формируется полная трехмерная модель свариваемого соединения в зоне вокруг места сварки. Эта модель позволяет определить: угол разделки или угол между свариваемыми элементами; превыше-

191

Г л а в а СБОРОЧНЫЕ АДАПТИВНЫЕ 7 ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

7.1. Сборочное технологическое оборудование для производства радиоэлектронной аппаратуры

В настоящее время создано большое количество высоко­ производительного оборудования для производства радиоэлектрон­ ной аппаратуры. Дальнейшее резкое повышение эффективности этого производства может быть обеспечено лишь путем его комплексной автоматизации, создания гибких производственных систем, способ­ ных адаптироваться к изменяющимся условиям производства.

Первым шагом к созданию гибких производственных систем являются автоматические линии, широко применяемые в произ­ водстве радиоэлектронной аппаратуры. Такие системы должны адаптироваться к изменениям номенклатуры выпускаемых изделий, состояния технологиче кого оборудования, самих технологических процессов, параметров материалов, заготовок печатных плат и комплектующих изделий.

Гибкая производственная система, предназначенная для радио­ электронной промышленности, в общем случае состоит из ряда автоматических роботизированных рабочих мест, связанных авто­ матической транспортной сетью с устройствами загрузки и раз­ грузки.

Можно рассматривать три уровня управляющих устройств, на которых решаются определенные задачи.

К устройствам первого уровня относятся локальные системы управления оборудованием: командоаппараты, устройства ЧПУ, системы управления роботами, автооператорами, транспортными средствами. Возможности этих систем определяются характери­ стиками оборудования и часто ограничиваются решением логических задач.

Второй уровень устройств обеспечивает оперативное управление путем передачи соответствующих программ на локальные системы управления. Здесь реализуется автоматический и полуавтоматиче­ ский режимы работы.

Системы управления третьего уровня координируют работу гиб­ кой производственной системы в целом. Они обрабатывают адми­ нистративную и производственную информацию, регулируют гра­ фик работы оборудования и технологические маршруты, принимают организационные решения.

Далее рассмотрим вопросы построения систем управления пер­ вого и второго уровней.

193

Наиболее сложными и трудоемкими в производстве радиоэлек­ тронной аппаратуры являются сборочные операции. Под сборкой здесь понимается установка радиоэлементов на печатную плату, осуществляемая автоматически на специализированном оборудовав нии. При этом нужные точки печатной платы последовательно подво­ дятся под установочную головку, куда подаются необходимые ра­ диоэлементы. Для выполнения сборочных операций в наибольшей степени требуются системы управления, приспосабливающиеся к из­ менениям номенклатуры выпускаемой продукции.

Локальные системы управления в сборочном оборудовании могут состоять из контроллера на основе мини-ЭВМ, быстродействующего устройства считывания с ленты, а также запоминающего устройства с большой емкостью и нескольких периферийных устройств, в число которых могут быть включены быстродействующее печатающее устройство, перфоратор, телетайп и дисплей с клавиатурой.

Позиционирование стола можетосуществляться приводами на основе двигателей постоянного тока, включенных в систему с обрат­ ной связью, измерительным звеном которого является фотоэлектри­ ческий датчик перемещения.

Станки отличаются высоким быстродействием и точностью. Для

Отечественная промышленность также выпускает ряд станковавтоматов, которые являются промышленными роботами для сборки радиоэлектронной аппаратуры. Однако они имеют ограниченную производительность, так как в них используются приводы, построен­ ные на базе шаговых двигателей с системами ЧПУ.

Адаптивный электропривод на двигателях постоянного тока, который реализует оптимальное по быстродействию управление, предназначен для высокопроизводительного сборочного оборудова­ ния в производстве радиоэлектронной аппаратуры. При этом обеспе­ чивается максимальное быстродействие путем адаптации к перемеще­ ниям. Динамические характеристики такого привода значительно превосходят динамические характеристики привода на шаговых двигателях.

Станки с таким адаптивным приводом имеют следующие харак­ теристики:

Для обеспечения оптимального по быстродействию управления необходимо реализовать достаточно сложный закон управления.

194