Cap 5 - Sbs Manipulare

Subsisteme de manipulare

5 5.1

29

Subsisteme de manipulare

Funcţia de manipulare

Funcţia de manipulare vizează modificarea situării obiectelor. Partea din sistemul de fabricaţie care asigură realizarea operaţiilor de manipulare ale diferitelor materiale (obiecte de lucru, scule, deşeu, materiale auxiliare) poartă numele de subsistem de manipulare. Operaţiile de manipulare realizează transferul scurt al obiectelor. Transferul scurt se referă la deplasarea obiectelor în cadrul unui sistem de fabricaţie dat şi se realizează cu ajutorul operatorilor umani, IA / E şi roboţi industriali de manipulare.

5.2

Instalaţii de alimentare / evacuare

Obturatorul orificiului de evacuare

Instalaţiile de alimentare / evacuare - IA/E, fac parte din subsistemul de manipulare al sistemului de fabricaţie flexibilă automată. Ele realizează funcţiile de alimentare / evacuare ale diferitelor obiecte (de lucru, scule, palete, deşeuri, materiale auxiliare) la/de la componentele subsistemului de lucru. Se disting următoarele funcţiile de aducere/evacuare: depozitarea, captarea / extragerea, ordonarea, transferarea, separarea / reunirea, livrarea, numărarea / dozarea, măsurarea /controlul, sortarea. IA / E se constituie din mai multe dispozitive, fiecăreia corespunzând una sau mai multe funcţii.

Fig. 5.1 Buncăr staţionar pentru obiecte discrete sau material "în vrac"

Segmenţi

Bară

Fig. 5.2 Acumulator cu bară pentru depozitarea obiectelor ordonate după o axă

Depozitele sunt dispozitive ale IA / E, care îndeplinesc funcţia de depozitare, deci păstrarea obiectelor într-un anumit loc şi punerea lor la dispoziţie pentru prelucrare / utilizare în cadrul sistemului. Într-un SFF se folosesc ca şi depozite: buncăre (Fig. 5.1), acumulatoare (Fig. 5.2), magazine (Fig. 5.3), palete (Fig. 5.4) şi containere (Fig. 5.5).

Fig. 5.3 Dispozitiv de transfer cu bandă şi prisme de situare a obiectelor cilindrice

Fig. 5.4 Paletă matricială cu obiecte cilindrice

Subsisteme de manipulare

30

Captarea şi / sau extragerea din depozit poate fi realizată prin deschiderea clapetei orificiului care permite obiectelor să "scurgă" din buncăr. Se utilizează de asemenea rotoare (Fig. 5.6), culise şi jgheaburi vibratoare. Funcţia de ordonare exprimă trecerea unei mulţimi de obiecte identice din stare neordonată în stare ordonată. În formaţie neordonată situările obiectelor sunt aleatorii. În formaţie ordonată situările obiectelor diferă prin unul, două sau trei parametri. În primul caz ordonarea este unidimensională, în al doilea caz este bidimensională, iar al treilea caz ordonarea este tridimensională. Funcţia de ordonare se realizează prin acţiunea elementelor / dispozitivelor de ordonare. Elementele / dispozitivele de ordonare lucrează prin selectare (cu eliminarea obiectelor neordonate), sau prin modificarea situării. Elementele de ordonare nu conţin piese în mişcare. Ele selectează obiectele după geometrie sau după distribuţia de masă. Astfel de elemente sunt şicanele folosite în jgheaburile buncărelor vibratoare.

Rotor cu cârlige

Dispozitiv de transfer

Piese tip bucşă

Buncăr Fig. 5.5 Container cu obiecte cilindrice depozitate în straturi

Fig. 5.6 Dispozitiv de captare/extragere cu rotor

Dispozitivele de ordonare conţin elemente în mişcare. Ele pot fi gravitaţionale, când mişcarea de ordonare se realizează pe baza greutăţii obiectelor (Fig. 5.7), sau cu aport de energie din exterior pentru mişcarea de ordonare (Fig. 5.8). Dispozitivele de ordonare cu aport de energie conţin de regulă mecanisme. Funcţia de transfer (transfer scurt) asigură realizarea fluxului de materiale în sistemul de fabricaţie.

Situarea B

Situarea A

Întoarcerea paharului cu situarea A

Trecerea paharului cu situarea B

a)

b)

Fig. 5.7 Dispozitiv de ordonare gravitaţional pentru obiecte de tip "pahar"

Subsisteme de manipulare

31

T1 R Situarea B O1

T2

Situarea A

O2 Dispozitiv tubular de transfer Fig. 5.8 Dispozitiv de ordonare cu mecanism, care acţionează un tub rotativ, pentru schimbarea la nevoie a situării obiectelor Transferul scurt se poate efectua cu şi fără aport de energie exterioară, continuu sau pas cu pas. Materialele transferate pot fi obiecte de lucru, scule, dispozitive, palete sau containere cu obiecte de lucru, recipiente cu lichide, gaze, materiale în vrac (aşchii). Transferul scurt se realizează cu folosirea unor elemente/dispozitive de transfer. Prima categorie nu conţine mecanisme, deplasarea obiectelor datorând forţelor gravitaţionale. Obiectele se deplasează în elemente de transfer prin alunecare sau rostogolire pe plane înclinate, în mod continuu sau pas cu pas. Planul înclinat are formă de jgheab sau tub. Suprafaţa inferioară a jgheabului sau a tubului constituie planul înclinat, pereţii laterali ghidează mişcarea obiectelor. Obiectele cu formă de corpuri de revoluţie se deplasează prin alunecare sau prin rostogolire iar cele de formă prismatică, numai prin alunecare. Pentru a nu se deteriora obiectele prin ciocnirea reciprocă, vitezele lor trebuie să fie limitate. Pentru micşorarea frecării de alunecare dintre obiect şi jgheab, pe suprafaţa interioară a jgheabului se prevăd în unele cazuri role cilindrice, cu axele perpendiculare pe direcţia de deplasare şi care se pot roti liber. Dispozitivele de transfer gravitaţional pas cu pas conţin mecanisme de tip pendul, acţionate de forţa de greutate a obiectelor, care la fiecare oscilaţie dublă înaintează obiectele respective cu câte un pas. Elementul de execuţie al unui dispozitiv de transfer cu mecanism este acţionat printr-o axă energetică. Elementul de execuţie pune obiectele de transferat în mişcare prin frecare, agăţare sau împingere cu nişte elemente speciale. Asemenea dispozitive de transfer sunt conveioarele (Fig. 5.9) şi cele pas cu pas (Fig. 5.10).

Magazin

Subsisteme de manipulare

32

Biela în secvenţa de transfer

α

Obiect

Obiect 1

2

Biela în secvenţa de întoarcere Fig. 5.9 Conveier cu role antrenate

3

4

Fig. 5.10 Dispozitiv de transfer pas cu pas cu aport de energie exterioară

Lamelă elastică

Mesele indexate sunt dispozitive de transfer de precizie. Ele au ca element de execuţie o masă, care execută faţă de batiu o mişcare de translaţie sau de rotaţie. Obiectul este fixat de masă cu dispozitive de lucru. În repaus, precizia de situare a mesei se asigură cu un element de indexare. Mesele indexate au un singur grad de mobilitate. Mesele de poziţionare-orientare (de situare) au 2 sau 3 grade de mobilitate. Axele energetice ale acestor mese sunt prevăzute cu control prin sisteme de urmărire. Mesele de poziţionare cu două axe de translaţie, cunoscute sub denumirea de mese X - Y, au utilizare spre exemplu la centrele de prelucrare. Mesele de orientare cu două axe de rotaţie (Fig. 5.11) şi cu comandă bazată pe control prin sisteme de urmărire au aplicaţii mai ales în operaţiile de sudare robotizată. Funcţia de separare / reunire are două aspecte: a) separarea unor obiecte discrete dintr-un flux continuu, respectiv, reunirea unor obiecte discrete într-un flux continuu (spre ex. Fig. 5.12); b) divizarea unui flux continuu de obiecte dintr-un anumit traseu, în fluxuri continue pe mai multe trasee şi invers (spre ex. Fig. 5.13).

C2 3

2

C1 Fig. 5.11 Masă de orientare cu două grade de mobilitate

1

Fig. 5.12 Dispozitiv de separare bucată cu bucată

Subsisteme de manipulare

33

Funcţia de livrare (preluare, predare) realizează interfaţa între funcţiile de manipulare şi prelucrare. Ea se execută prin intermediul dispozitivelor de livrare (preluare, predare), dispozitive care la rândul lor reprezintă interfeţe între subsistemele de manipulare, respectiv de lucru (prelucrare). Se livrează obiecte de lucru, palete de prelucrare, scule, dispozitive şi material în vrac. Funcţia de livrare poate fi îndeplinită de dispozitive de livrare sau de roboţi industriali. Dispozitivul de livrare este un dispozitiv de transfer pentru care poziţia finală a punctului caracteristic al obiectului livrat se găseşte în spaţiul de lucru al maşinii de lucru sau al dispozitivului de lucru.

J3

J1

JM

J2

J4 Fig. 5.13 Dispozitiv de separare în flux continuu, tip macaz În Fig. 5.14 se prezintă un dispozitiv de livrare pentru o presă de ambutisat, constituit dintr-un jgheab înclinat prevăzut cu un dispozitiv de separare bucată cu bucată. Semifabricatele din tablă livrate cad în matriţa presei, una câte una, înaintea fiecărei curse de ambutisare. Funcţia de evacuare este inversa funcţiei de aducere. Această funcţie se realizează cu dispozitive de evacuare. Dispozitivele de evacuare sunt dispozitive de transfer pentru care situarea iniţială a obiectului transferat se găseşte în spaţiul de lucru al maşinii / dispozitivului de lucru. Aşa cum reiese şi din exemplul prezentat în Fig. 5.14, piesele ambutisate de către presă trec datorită jgheabului într-un container. O problemă deosebită o constituie evacuarea aşchiilor de la maşinile unelte din cadrul SFF. Ea poate fi realizată cu ajutorul unor containere care adună aşchiile produse într-un interval de timp şi care se evacuează periodic. În activitatea denumită "gospodărire de aşchii", instalaţiile de colectare-evacuare ale aşchiilor rezultate din procesul de fabricaţie conţin dispozitive de transfer cu melc. Funcţia de control/măsurare are mai multe subfuncţii precum sunt: controlul de existenţă, de numărare - dozare, controlul dimensional, etc. Conţinutul subfuncţiei de control, de existenţă este acea de a constata, că un anumit obiect se află sau nu la un moment dat într-un loc de situare determinată pe traseul fluxului de materiale, de exemplu în locaşul unui magazin, în punctul de predare / preluare al unui dispozitiv de transfer, în dispozitivul de prehensiune al robotului, în dispozitivul de lucru al unui post de prelucrare, etc. Într-un sistem de fabricaţie automat, fiecare componentă a sistemului trebuie să fie prevăzută cu un dispozitiv de control de existenţă. O modalitate simplă de a realiza controlul de existenţă este acea bazată pe folosirea unor senzori tactili. Latura de numărare a subfuncţiei de numărare - dozare urmăreşte stabilirea unei corelaţii dintre cantitatea de obiecte şi timpul în decursul căreia aceasta trece printr-un subsistem al sistemului de fabricaţie.

Subsisteme de manipulare

34

Presa

Matriţă

Piesă finită

Container

Semifabricate

Jgheab de livrare

Opritor

Jgheab de evacuare

Fig. 5.14 Dispozitiv de livrare-evacuare cu jgheab Latura de dozare a subfuncţiei de numărare - dozare are conţinutul de a impune ca într-un interval de timp dat, prin subsistem să treacă o anumită cantitate de obiecte, exprimată fie prin număr, fie prin masă, greutate sau alte caracteristici cantitativi. Cele două laturi sunt strâns legate între ele. Dispozitivul de separare bucată cu bucată din Fig. 5.12 constituie totodată un dispozitiv de dozare-numărare. Numărarea / dozarea materialelor în vrac se face pe bază de cântărire, iar a lichidelor fie prin cântărire, fie prin umplerea şi golirea succesivă a unor recipiente de volum cunoscut. Numărarea obiectelor se poate realiza şi cu ajutorul unor senzori de proximitate. Senzorul se amplasează deasupra fluxului de obiecte care circulă pe banda unui dispozitiv de transfer. Intrarea unui obiect în volumul senzitiv al senzorului produce un impuls în circuitul unui numărător electronic. Prin numărarea impulsurilor într-un timp dat se deduce numărul obiectelor trecute în dreptul senzorului. Automatizarea controlului dimensional se realizează cu ajutorul unor dispozitive care conţin traductoare de deplasare. Acestea convertesc dimensiunile măsurate în deplasări, apoi în semnale electrice, formă sub care sunt prelucrate şi înregistrate ca informaţii despre dimensiunile obiectelor măsurate. Traductoarele pot fi cu sau fără contact mecanic. Controlul dimensional automat presupune compararea dimensiunii măsurate cu una de referinţă şi tragerea unor concluzii privind coincidenţa sau necoincidenţa acestora. Natura controlului dimensional într-un sistem automat poate fi activ sau pasiv. În cazul controlului activ măsurările se realizează în timpul desfăşurării procesului de prelucrare. Rezultatele măsurărilor, iniţiază emiterea unor comenzi de reglaj către echipamentele care iau parte în procesul de prelucrare (spre exemplu pentru modificarea poziţiei sculei, a dispozitivului de lucru, a regimului de lucru, etc.), în vederea corectării cauzelor abaterilor de la valorile nominale ale dimensiunii măsurate. Controlul pasiv se realizează după efectuarea operaţiei de prelucrare. Rezultatele controlului pasiv servesc atât la efectuarea ulterioară a reglajului echipamentelor în vederea asigurării preciziei de prelucrare a obiectelor care urmează în flux, cât şi la sortarea obiectelor prelucrate după dimensiunile măsurate, pentru a diferenţia obiectele bune de cele rebut. Dispozitivele de control activ se includ în componenţa maşinii sau dispozitivului de lucru, pe când cele de control pasiv constituie echipamente sine stătătoare ale sistemului de fabricaţie, care intră în componenţa IA/E. Dispozitivele de sortare se compun din dispozitive de transfer, de control şi de separare. Dispozitivul de transfer aduce/evacuează obiectele, dispozitivul de control le controlează (măsoară, prelucrează rezultatele şi transmite informaţiile) iar dispozitivul de separare le sortează pe baza informaţiilor provenite de la dispozitivul de control. Legat de funcţiile IA/E trebuie reţinute următoarele: ► IA / E nu trebuie să conţină toate dispozitivele prezentate mai sus, dar fără depozite şi dispozitive de transfer fluxul material nu poate fi realizat. ► Dispozitivele IA / E pot avea funcţii / subfuncţii multiple (spre exemplu, dispozitivul de transfer poate îndeplinii şi rolul unui depozit intermediar).

Subsisteme de manipulare

35

► Unele dispozitive, care trebuie să realizeze funcţii compuse, se alcătuiesc din mai multe dispozitive componente, fiecare îndeplinind o anumită subfuncţie (spre exemplu, dispozitivul de sortare a bilelor, prezentat în Fig. 5.15). Bilele sunt transferate prin jgheabul J1 până la dispozitivul de separare DS1. Acesta eliberează la sfârşitul

DC

DS1 1

4

2

DS2 C1

C2

C3

3 J1

5

PP

I

A1

A2

A3

J2

Fig. 5.15 Dispozitiv de sortat bile

unui ciclu de măsurare bila 2, lăsând să cadă în postul de prezentare PP. Dispozitivul de control DC măsoară diametrul bilei, care se găseşte acum în poziţia 3. După terminarea măsurării, bila este împinsă de tija împingătoare I în poziţia 4, de unde începe să se rostogolească spre capătul inferior al jgheabului J2. În funcţie de dimensiunea măsurată, sistemul de comandă al dispozitivului de sortare emite semnalul de deschidere a uneia dintre clapetele C1, C2, C3 ale dispozitivului de separare DS2, care dirijează astfel bila în acel acumulator (A1, A2, A3) care corespunde dimensiunii măsurate (poziţia 5).

5.3

Roboţi industriali de manipulare

Funcţiile de aducere / evacuare pot fi îndeplinite şi de către roboţi de manipulare. Cele mai frecvente aplicaţii ale roboţilor de manipulare se referă la efectuarea operaţiilor de livrare / evacuare. Robotul poate livra obiecte discrete (de lucru, scule, dispozitive sau palete de prelucrare), dar nu poate livra material în vrac. Roboţii industriali de manipulare sunt prezentaţi în Cap. 8.