PATRONI ROBOTYKI:
 

WIADOMOŚCI PRZEMYSŁOWE

2014-09-24 09:03

Zrobotyzowane stanowisko paletyzacji listew transportowych

Zakłady Intemo w Piotrkowie Kujawskim produkują szeroki asortyment wyrobów z tworzyw sztucznych. Jednym z nich są listwy transportowe, służące do produkcji podkładów paletyzacyjnych. Po połączeniu, np. tekturową płytą nośną, tworzą paletę transportową, zastępującą powszechnie stosowane palety drewniane. Latem 2009 r. Intemo złożyło zamówienie w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów PIAP na zbudowanie i uruchomienie zrobotyzowanego stanowiska do transportu, pozycjonowania i pakowania listew transportowych.

Stanowisko oddano do użytku w styczniu 2010 r. Półtora roku później zostało ono przeniesione w inne miejsce hali fabrycznej i rozbudowane o nowe elementy, a w maju 2013 r. poddane kolejnej modyfikacji.

Przed wdrożeniem

Do momentu uruchomienia stanowiska PIAP wytłoczone na wtryskarce listwy transportowe przenoszono manipulatorem firmy Wittmann na szeroki transporter, skąd były podejmowane przez operatora i układane przez niego w poziome stosy po 50 listew. Stosy te ręcznie układano warstwami na europalecie i owijano folią mającą zapobiec wypadaniu poszczególnych listew, a następnie transportowano do magazynu. Stanowisko PIAP miało zautomatyzować ten proces i dodatkowo wyeliminować stosowanie europalet, zastępując każdą z nich czterema listwami transportowymi ułożonymi w prostokąt.


Budowa stanowiska


Główną jego część stanowi robot przemysłowy KR 100-3 firmy Kuka, wyposażony w zaprojektowany i wykonany w PIAP chwytak. Robot przemieszcza elementy między dwoma identycznymi transporterami taśmowymi, buforem odkładczym, podajnikiem kartonów i transporterem łańcuchowym. Warstwowo ułożone stosy listew transportowych są następnie przemieszczane tym transporterem w zasięg owijarki firmy Grasso.


Ogólny widok stanowiska widoczny jest na powyższych fotografiach. Na pierwszej fotografii w centralnym miejscu znajduje się robot przekładający Kuka KR 100-3. Za robotem widoczna jest sterta, ułożona z dziewięciu warstw stosów uformowanych z listew transportowych. Sterta znajduje się na transporterze łańcuchowym, którego zadaniem jest jej przemieszczenie pod owijarkę firmy Grasso (cztery niebieskie słupy), a następnie transport do miejsca, z którego może zostać podjęta przez wózek widłowy. Po lewej i prawej stronie na zdjęciu widać stelaże do formowania stosów z listew transportowych, które osadzono na dwóch transporterach taśmowych. Powyżej nich znajdują się manipulatory portalowe firmy Wittmann, przenoszące parami listwy transportowe z wtryskarek na transportery taśmowe.


Fotografię drugą zrobiono stojąc między słupami owijarki. Widoczny jest robot trzymający w chwytaku stos 50 listew transportowych. Przed robotem, w kielichach transportera łańcuchowego, ułożono w prostokąt cztery listwy transportowe z przekładką kartonową. Stanowią one podstawę, na której robot będzie odkładał kolejne warstwy. Po lewej i prawej stronie zdjęcia są widoczne transportery taśmowe, a za robotem po prawej stronie – bufor odkładczy i podajnik przekładek kartonowych. Za buforem odkładczym znajduje się szafa sterownicza stanowiska z nadrzędnym sterownikiem. Widoczny obok drzwi wejściowych stolik i monitor komputerowy nie są częściami stanowiska, tylko elementami wykorzystywanymi podczas jego uruchamiania.


Pracą stanowiska zarządza sterownik nadrzędny Siemens S7-315-2DP, współpracujący ze sterownikami dwóch manipulatorów portalowych firmy Wittmann, systemem bezpieczeństwa Pilz oraz komputerem PC, sterującym robotem Kuka. Komunikacja między sterownikiem a robotem odbywa się przez sieć Profibus-DP. Część sterowniczą pokazano na fotografii trzeciej. Na kołnierzu robota zamontowano zaprojektowany i wykonany w PIAP wielofunkcyjny chwytak, pokazany na fotografii czwartej.

Podejmowanie listew

Do podejmowania stosów listew transportowych chwytak wykorzystuje trzy pary zacisków, obejmujących stos z lewej i prawej strony oraz dodatkową parę zacisków góra-dół. Na fotografii trzeciej chwytak jest przekręcony o 90° przeciwnie do ruchu wskazówek zegara w stosunku do pozycji podejmowania stosu, a zarazem o 90° zgodnie ze wskazówkami zegara w stosunku do pozycji spoczynkowej robota. Dwie szczęki, na zdjęciu widoczne z lewej strony, służą do podejmowania pojedynczych listew transportowych. Chwytak wykorzystuje także cztery ssawki podciśnieniowe, zamontowane na ruchomych ramionach, do przekładania podkładek kartonowych (fot. 9). Podczas ruchu robota z pustym chwytakiem wszystkie zaciski do podejmowania stosów oraz ramiona ze ssawkami pozostają złożone, aby maksymalnie zabezpieczyć stanowisko przed potencjalną kolizją. W trakcie pierwszych prób stanowiska manipulatory firmy Wittmann, pracujące w trybie testowym, mogły bowiem wejść w obszar działania robota. Większość czynności manipulacyjnych robota zaprojektowano tak, aby rozpoczynały się i kończyły w jego pozycji spoczynkowej.


Każda z dwóch wtryskarek w pojedynczym cyklu pracy produkuje dwie listwy transportowe naraz. Listwy te są parami odbierane przez współpracujący manipulator Wittmann i odkładane na transporter taśmowy. Odkładanie może odbywać się w dwóch trybach pracy: jako cztery kolejne, pojedyncze elementy lub jako stos utworzony z 50 upakowanych listew transportowych (fot. 11).

W pierwszym przypadku każda listwa transportowa jest od razu przemieszczana transporterem taśmowym do miejsca jej podjęcia przez robota. W całym cyklu przekładania elementów na stanowisku jest to czynność o najbardziej krytycznym czasie wykonania, ponieważ potencjalne opóźnienie może zablokować pracę wtryskarki. Dlatego pozycję spoczynkową robota dobrano w ten sposób, że jest on ustawiony w punkcie nad transporterem łańcuchowym (fot. 2), z chwytakiem obróconym w taki sposób, aby zaciski do uchwytu pojedynczej listwy transportowej znajdowały się z dołu. W momencie pojawienia się sygnału nakazującego podjęcie pojedynczej listwy z danego transportera taśmowego robot skręca oś A1 do pozycji przed punktem odbioru, podjeżdża do niego chwytakiem, zaciska szczęki na listwie, wycofuje manipulator, przekręca go o 180° względem osi A6 (fot. 5), a następnie przemieszcza do bufora odkładczego. Należy zwrócić uwagę, że wszystkie listwy transportowe są tak układane na transporterze taśmowym, że ich kołnierze znajdują się z dołu (odwrotnie do pozycji odkładania listwy do bufora pokazanej na fotografii szóstej).

Obsługa bufora odkładczego

Robot wypełnia bufor odkładczy z dołu do góry. Przed wypełnieniem pojedynczej celi sterownik wysuwa dodatkową półkę zamocowaną w połowie długości listwy, która ma zapobiec odkształceniu listwy podczas jej stygnięcia. Ponieważ sporadycznie zdarzają się przypadki, iż przekładana listwa jest na tyle zniekształcona, że nie można jej wpasować w otwory bufora, zamontowano na nim dodatkowe czujniki położenia, które sygnalizują sytuację awaryjną. Algorytm przekładania z transportera taśmowego do bufora został tak pomyślany, że robot wypełnia go w dwóch cyklach pracy danej wtryskarki (dwie pary po dwie listwy transportowe, przekładanie po jednej listwie bez „pośredniego” przemieszczania robota do pozycji spoczynkowej).

W buforze odkładczym listwy stygną przynajmniej przez dwie minuty. W trakcie stygnięcia ich długość zmienia się o około 3 cm. Następnie robot przenosi je na transporter łańcuchowy. Transporter łańcuchowy musi znajdować się we właściwej pozycji, a jego kielichy muszą być puste, aby rozpocząć przenoszenie (fot. 7).


Tym razem robot nie podejmuje listwy za jej korpus, tak jak na fotografii szóstej, lecz za kołnierz, oczywiście po uprzednim wycofaniu dodatkowej półki w celi bufora nad punktem pobierania. Po przemieszczeniu kolejnych listew do transportera łańcuchowego robot układa z nich czteroelementową podstawę (fot. 8).

Wprowadzenie kartonów

W pierwszej wersji stanowiska (lata 2009–2011) budowanie sterty ze stosu listew transportowych odbywało się bezpośrednio na uformowanej podstawie. W międzyczasie odbiorca listew wysunął żądanie, aby między podstawą a pierwszą warstwą umieszczać dodatkową przekładkę kartonową. Dlatego przy okazji przenoszenia stanowiska w inne miejsce hali fabrycznej wyposażono je w podajnik kartonów (fot. 9) i tak przebudowano chwytak robota, aby mógł zrealizować tę czynność.


W celu podjęcia kartonu robot przemieszcza chwytak w taki sposób, że przyjmuje on pozycję poziomą nad podajnikiem kartonów, wysuwa cztery ramiona ze ssawkami podciśnieniowymi i rozpoczyna ruch pionowo w dół. Wszystkie ramiona osadzono na dodatkowych sprężynach, służących za amortyzatory, a na jednym z nich zamontowano czujnik kolizyjny. Jego zadaniem jest wykrycie przeszkody, w tym wypadku kartonu, co powoduje programowe, przerwaniowe zatrzymanie ruchu chwytaka, załączenie podciśnienia, wycofanie manipulatora i przeniesienie podkładki na transporter łańcuchowy (fot. 10).

Instalacja klejarki

Początkowo przenoszenie podkładki kartonowej odbywało się bezpośrednio po zbudowaniu całej podstawy z listew transportowych. Później podkładkę zaczęto dodatkowo mocować klejem. Ta prosta z pozoru modyfikacja zrodziła jednak szereg problemów. Najbardziej naturalnym położeniem dyszy wyrzutnika płynnego kleju było skierowanie jej pionowo w dół, aby robot, przesuwając karton pod tą dyszą, powodował naniesienie kleju w odpowiednie miejsca kartonu. Okazało się, że w zasięgu pracy robota nie można znaleźć miejsca, w którym możliwy byłby taki montaż, bez spowodowania kolizji z innymi elementami przenoszonymi chwytakiem.


Ponadto sam wyrzutnik kleju, ze względów serwisowych, musiał być zamontowany w miejscu zapewniającym łatwy dostęp, co wykluczało montaż na wysokim wysięgniku. Dlatego ostatecznie zamontowano go między ogrodzeniem ochronnym a podajnikiem kartonów (fot. 9), mniej więcej na wysokości 150 cm nad podłożem, z dyszą skierowaną poziomo. Przy takim montażu robot przemieszczał karton w pozycji pionowej bezpośrednio przed dyszą, przez co część kleju nie osiadała na kartonie, lecz skapywała na podłogę, „snując” pajęczyny.


Problem został rozwiązany dzięki odpowiedniemu sparametryzowaniu programu robota, umożliwiającemu taki dobór parametrów ruchu (prędkość, przesunięcie kartonu względem dyszy, miejsce załączenia wyrzutnika kleju etc.), które metodą prób i błędów pozwoliły ustalić optymalne ich nastawy.


Po zamontowaniu klejarki zmodyfikowano także kolejność czynności odkładania kartonu na transporter łańcuchowy. Zaobserwowano, że na skutek odkształceń karton nie zawsze przyklejał się do listew transportowych stanowiących podstawę, dlatego teraz jest on odkładany nie po zbudowaniu podstawy, tylko bezpośrednio przed podjęciem i odłożeniem pierwszego stosu – tak, aby stos ten działał jako dodatkowy docisk.


Układanie warstw

Po uformowaniu stosu robot, startując z pozycji spoczynkowej, przekręca manipulator o 180° (szczęki do uchwytu pojedynczej listwy znajdują się u góry), podejmuje stos (fot. 12) i odkłada go na transporter łańcuchowy, budując kolejną warstwę sterty. Ze względu na to, że położenie szczęk dużego chwytaka w trakcie eksploatacji może ulec rozregulowaniu, zamontowano w nim czujnik wykrywający obecność stosu, który ma wyeliminować potencjalną groźbę jego niesygnalizowanego upuszczenia. Kolejne warstwy na transporterze łańcuchowym robot układa na przemian, przekręcając nowo układaną o 180° (fot. 1) w stosunku do poprzednio ułożonej. Numer warstwy ustala nadrzędny sterownik PLC. Warstwy mogą być podejmowane z obu transporterów taśmowych, a więc stosy mogą pochodzić z obu wtryskarek.


Po ułożeniu zaprogramowanej liczby warstw całość jest przemieszczana transporterem pod urządzenie firmy Grasso, które owija je taśmą foliową, a następnie warstwy są odbierane przez operatora wózka widłowego (fot. 14).

Stanowisko opracował i wykonał zespół PIAP pod kierunkiem mgr inż.
Bogusława Rybałtowskiego (2009) i mgr inż. Arkadiusza Myśliwca (2011).

mgr inż. Jacek Dunaj
Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP

Źródło: Artykuł pochodzi z numeru 7-8/2014 miesięcznika "Pomiary Automatyka Robotyka"