Промишлени роботи за боядисване и нанасяне на покрития

АвтоматизацияСп. Инженеринг ревю - брой 2/2018 • 21.03.2018

Промишлени роботи за боядисване и нанасяне на покрития
Промишлени роботи за боядисване и нанасяне на покрития
Промишлени роботи за боядисване и нанасяне на покрития
Промишлени роботи за боядисване и нанасяне на покрития
Промишлени роботи за боядисване и нанасяне на покрития

Стремежът на редица индустриални производители да оптимизират своите приложения в сферата на боядисването на части и изделия и нанасянето на покрития ги мотивира да инвестират в роботизирани системи. Съвременните специализирани промишлени роботи за боядисване и депозиране на покрития могат значително да усъвършенстват качеството и да подобрят бързината и производителността, като същевременно драстично намалят оперативните разходи, загубите на материал и рисковете за здравето на персонала.

Бояджийските роботи от последно поколение са лесни за инсталиране и програмиране и осигуряват бърза и надеждна работа с постоянни високи резултати. Изчисленията показват, че заместването на ръчното боядисване или нанасяне на покрития в дадено приложение с роботизирано може да спомогне за реализирането на 25 до 30% икономия на съответните лакобояджийски, уплътняващи, адхезивни или защитни системи в замяна на разумна инвестиция с кратък период на възвръщаемост.

Функции и приложения
Индустриални бояджийски роботи се използват от десетилетия в автомобилостроенето. Най-ранните модели са базирани на хидравлични системи, каквито все още се намират в експлоатация в някои по-стари фабрики по света. Съвременните електронни технологии обаче значително превъзхождат предците си по отношение на качество, безопасност и динамика на работа. Най-новите модели бояджийски роботи и роботи за нанасяне на покрития са с изключително висока точност и обикновено разполагат с 5 или 6 оси на движение. Три от тях типично се използват за извършване на основни движения, а останалите – за ориентиране на апликатора.

Роботи могат да бъдат използвани за изключително широк спектър от задачи в различни производства: нанасяне на грундове, основи, финишни покрития, байцове, свързващи агенти, бои и лакове, лепила и адхезиви, плътни и прозрачни покрития, гланцове, спрейове, прахови и течни системи, покрития на водна основа или на основата на различни разтворители и др.

Най-популярното им приложение е автомобилната индустрия, но бояджийски роботи все по-често се използват и в авиационния и космическия сектор, машиностроенето, строителството, производството на медицински изделия, мебели, помпи, механични системи, различни индустриални конструкции и съоръжения, инструментална екипировка, електроника и т. н.

Модерните гъвкави и високопроизводителни модели могат ефективно да обработват обекти с различни размери, форми и характеристики, както стандартни и монолитни, така и сложни, асемблирани и неправилни части, сглобки и изделия, включително такива с множество ъгли, извивки, отвори, изпъкналости и/или вдлъбнатини, контурни повърхности и т. н. Роботите могат да бъдат програмирани да прилагат комплексни траектории на боядисване и нанасяне на покрития с различни дебелини.

Предимства
При ежедневната си работа в бояджийските цехове работниците са изложени на въздействието на леснозапалими вещества и експлозивни атмосфери, токсични изпарения, опасни летливи органични съединения, изоцианиди, канцерогени, шум и т. н. Сред най-важните ползи от внедряването на роботизирана система е подобряването на безопасността за персонала посредством намаляване на необходимостта от излагането му на вредни химикали и изпарения, както и редуциране на риска от наранявания или смърт вследствие на експлозии на работното място или на контузии поради повторяемия характер на работната дейност.

Като съществени резултати от прехода от ръчно към роботизирано боядисване и нанасяне на покрития се отчитат и намалената нужда от почистване и поддръжка на работните зони, по-малкото количество замърсени технологични води и по-малкото разходи за химикали за пречистването им, както и значително по-малкият обем вредни емисии от производството.

Не по-малко значими са и подобренията по отношение на качеството на бояджийските работи. С еднократно програмиране бояджийските роботи могат да работят прецизно продължителни периоди без прекъсвания и без риск от умора, която да влоши резултатите от работата им. Постоянно високото качество на повърхностите включва равномерна дебелина на нанасяните покрития, без прекомерно депозиране, пропуски, капки и следи от стичане и т. н.

Друго предимство на роботизираните системи са възможностите им за обработка на труднодостъпни места, които човешката ръка или око срещат проблеми да достигнат. Рамената на бояджийските роботи са с голям обхват и ъгъл на завъртане, обикновено разполагат с множество съчленени сегменти, които позволяват пълна свобода на движенията и могат да бъдат монтирани практически навсякъде – на пода, стените, тавана, на релси, окачени конструкции и т. н.

Обикновено тези роботи са във взривозащитено изпълнение предвид характера на работните зони и химическите агенти, с които се работи. Специален софтуер, предотвратяващ сблъсъци, прави възможна работата на много роботи в близост един до друг, което допълнително увеличава производителността и скъсява циклите на обработка на частите и изделията.

Бояджийски роботи
Боядисването чрез шприцоване е сред първите приложения на индустриални роботи. Днес в практиката за бояджийски цели се използват основно два типа роботи – с взривоустойчива конструкция и в стандартно изпълнение. Първият тип са с херметически уплътнени корпуси, а рамената са пълни с въздух под налягане, който предотвратява навлизането на избухливи и лесновъзпламеними вещества.

Сензори за налягане осъществяват непрекъснат мониторинг на целостта на корпусите и рамената. Бояджийските роботи в стандартно изпълнение не са осигурени с въздушна система под налягане в рамената, но обикновено разполагат с всички други защитни средства.
Рамената на роботите за боядисване и нанасяне на покрития по традиция са фини и тънки, тъй като от тях не се изисква да носят тегло, а да придвижват манипулатор. Този тип роботи са способни на много плавни движения, които имитират движението на човешката ръка при боядисване.

Бояджийските роботи са оборудвани с контролери, специално проектирани за целта, именно поради спецификата на движенията при боядисване и нанасяне на покрития и принципната разлика с движенията на конвенционалните индустриални роботи. Някои модели роботи за боядисване могат да бъдат програмирани посредством директно придвижване на рамото и апликатора от оператор, вместо посредством джойстик или терминал. С това се цели постигането на по-плавни, естествени и “човешки” движения.

Други видове бояджийски роботи се програмират посредством устройства за обучение (teaching pendants) с вградени менюта и интерфейси, отново специфични за бояджийските операции. Командите, заложени в тях, обикновено обхващат: включване и изключване на апликатора/пистолета за боядисване; смяна на цвета; проверка и поддържане на консистенцията на боята, лака или покритието; регулиране на подаваната въздушна струя и пулверизирането; контрол на електростатичното напрежение; регулиране на скоростта на въртящия се пулверизатор, както и регулиране на въздушната струя, определяща размера (ширината) на петното, което пулверизаторът образува при пръскане към боядисваната повърхност. При по-силна въздушна струя се получава по-малко, компактно петно от по-близо разположени една до друга единични пръски, докато по-леката въздушна струя стимулира разпръскване с по-широк обхват.

Роботи за нанасяне на покрития
Роботите за нанасяне на покритие по своята същност до голяма степен приличат на бояджийските роботи, като са налице съществени разлики основно в приложенията, които определят и някои по-дребни функционални различия. Високата им производителност, точност и ефективност ги превръщат в “златен стандарт” за много прецизни съвременни приложения.

Възможностите за повторяемост на операциите с постоянно високо качество, надеждност и разширен контрол на работните параметри превръща роботите за нанасяне на защитни покрития, лакове, лепила и адхезиви в предпочитано решение за множество производители на продукти и изделия, при които качеството на депозираното покритие е от критично значение. Такива са например автомобилните части, печатните платки, фините електронни компоненти, медицинските изделия, LED осветителите, някои машинни части, метални изделия и т. н.

Роботите за нанасяне на покрития обикновено са във взривозащитено изпълнение, особено рамената. Това е важно, за да е възможно нанасянето чрез шприцоване и пулверизиране на различни покрития, които образуват запалими газове. Най-често използваните в индустрията покрития са базирани на разтворители и лакобояджийски системи, които са леснозапалими.

Едно от най-честите практически приложения на тази категория роботи е нанасянето на защитни покрития, които да подобрят функционалността и да удължат експлоатационния живот на широка гама компоненти и изделия като им осигурят защита от високи и ниски температури, корозия и механично износване. Сред технологиите, прилагани за нанасяне на такъв тип покрития, са плазменото отлагане, електродъгово изпаряване (wire arc), пламъчно-струйното (flame spray) нанасяне и други, които варират според прилаганата топлинна и кинетична енергия върху материала. Изходните материали пък могат да са широка гама епоксидни смоли, едно- и многокомпонентни системи, свързващи агенти и т. н.

Нанасянето на защитни покрития например върху тръби, фитинги и спирателна/регулираща арматура (особено върху вътрешността им) спомага за значително намаляване на триенето и риска от задържане на замърсявания, както и от възникване на корозия.
Роботите за нанасяне на покрития обикновено работят с течни или прахови изходни материали, които могат да бъдат нанасяни наведнъж или на отделни слоеве (“ръце”). Многослойните покрития изискват повече време и усилия за депозиране, но традиционно осигуряват по-висока температурна устойчивост и цялостна защита в сравнение с еднослойните системи.

Стандартни конфигурации
Роботите за боядисване често са оборудвани със системи за контрол на флуида със затворен контур, като например зъбни помпи с възможност за промиване или въздушни регулатори на налягане с разходомери. Управлението на флуида в система със затворен контур гарантира равномерно количеството на депозирания материал, високо качество на покритието и прецизна дебелина на филма.

Преди началото на роботизираното боядисване или нанасяне на покрития е препоръчително да се проверят и настроят някои важни параметри с цел постигане на високо качество, а именно: налягането на въздуха и материала в системата, дебита на подаване, специфичната гравитация, вискозитета и температура на флуида, околната температура и др.

Повечето производители на бояджийски роботи предлагат модели, оборудвани с вградени сервомотори (с външна ос) за задвижване на зъбните помпи. Сервомоторите, от своя страна, се управляват от контролера на робота, който регулира параметрите на подаване на флуида. Допълнителни функции за управление на бояджийските процеси предлагат операторските терминали и устройствата за обучение на роботите.

В приложения, в които се използват бои с различни цветове, обикновено се използват клапани или регулатори за смяна на цвета (традиционно въздушни пилотни вентили). Те се монтират в горната част на роботизираното рамо и могат да осъществят смяна на цвета, с който се боядисва, в рамките на 15 до 30 секунди. При някои от по-големите бояджийски роботи за подов монтаж в горната част на рамената се монтират електромагнитни вентили, които осигуряват по-бърза реакция при смяна на цвета или при промяна в параметрите на подаване на флуида.

Предимство на т. нар. шпинделни системи за нанасяне на покрития е високата им ефективност. При тях е възможно прецизно обработване само на зоните, които трябва да бъдат покрити, без необходимост от широко нанасяне около тях, което пести време и материал.
В редица приложения се използват предпазни покривки за робота за еднократна употреба, които защитават манипулатора от изцапване с боя и спомагат за по-бързо почистване и привеждане в готовност за следващия работен цикъл.

Конфигурации за специфични приложения
В допълнение към стандартните конфигурации, които използват външни маркучи и кабели за захранване на апликатора (пистолета) за боядисване, на пазара се предлагат и специализирани бояджийски роботи за различни приложения. При някои модели рамената са кухи, а кабелите и маркучите са интегрирани в тях, което улеснява програмирането и подобрява достъпа на манипулатора до много места, при които външните кабелни и флуидни връзки биха го възпрепятствали или затруднили.

Специализираните бояджийски роботи се предлагат основно в три конфигурации на манипулатора:
Mанипулатор тип “триосна китка” (от англ. “three-roll wrist” – по аналог с човешката китка) – осигурява движение по три оси (завъртане, накланяне, усукване или смесено) в компактна конструкция. Манипулаторите от този тип са подходящи за боядисване на сложни форми и контури, например автомобилни интериори, вътрешността на стереометрични обекти, кутии, шкафове, корпуси и др.

LEMMA манипулатор – съгласно концептуалния дизайн на дистанционно телескопично манипулаторно рамо с 6 степени на свобода. Този тип манипулатор също осигурява движение по три оси с малко по-малка гъвкавост при маневрирането в тесни пространства в сравнение с триосния. Подходящ е за високоскоростно боядисване или нанасяне на покрития на по-прости и стандартни форми и изделия в хоризонтални и вертикални равнини, например рамки или външни зони на корпуси, шкафове и т. н.

Кух манупилатор – осигурява движение подобно на “триосната китка”, но разполага с голяма кухина по дължината на базата, рамото и апликатора за маркучи, кабели и директно свързване на различни струйни системи към крайната дюза. При тази конструкция се избягва всякакъв допир между обработваните повърхности, кабелите и маркучите, което подобрява скоростта, мобилността и качеството на работа.

На пазара се предлагат широка гама апликатори или пистолети за шприцоване (спрей нанасяне, пулверизиране) за различните конфигурации манипулатори, включително традиционни пневматични пистолети, електростатични дюзи и високоскоростни ротационни пулверизатори, както и специализирани апликатори за нанасяне на прахови покрития.

Самият процес на нанасяне на прахови материали като цяло е доста по-бавен от работата с течни покрития. Ето защо се препоръчва изборът на апликатори с висок капацитет/голям дебит, които да компенсират това, като спомогнат за намаляване времетраенето на циклите на обработка или броя роботи, необходими за извършването на даден обем работа.

При роботизирано боядисване или нанасяне на покрития върху пластмасови части или изделия често се прилага предварителна обработка от друг робот. Чрез плазмено или пламъчно третиране на повърхността, той изменя молекулната структура на пластмасата и улеснява адхезията между компонента и нанасяното впоследствие покритие.

Решения за автомобилостроенето
Върху всеки метален компонент в автомобилната индустрия се нанася дадено покритие с цел осигуряване на защита срещу корозия и други вредни механични, химични и температурни въздействия. Впоследствие готовите компоненти или изделия се боядисват с различни цветове с естетическа или функционална цел. Роботизираното нанасяне на лепила и уплътнители също се прилага все по-масово в автомобилостроенето, където шевовете между отделните сглобки и елементи на каросерията изискват прецизен монтаж и уплътняване, водо- и прахоустойчивост, шумоизолиране и т. н.

Сред иновациите при роботизираните системи за автомобилостроенето са роботи за монтаж на работна маса или за окачен монтаж, които позволяват разширяване на ефективната работна зона и намаляват потенциалните смущения на движенията на робота. Окаченият монтаж спомага за оптимизиране на пространството в работната клетка и позволява разполагане на по-голям брой роботизирани клетки на една и съща площ в цеха, като при това улеснява движението на персонала.
Таванният монтаж намалява и зацапването на частите на самия робот с боя, което улеснява почистването, поддръжката и привеждането в готовност за следващата работна задача.

С цел постигане на оптимално качество на обработваните детайли в автомобилните заводи все по-масово се внедряват и системи за машинно зрение, интегрирани с робота. Те осъществяват непрекъснат мониторинг на състоянието на повърхностите преди, по време и след нанасянето на съответните бои и покрития и сигнализират системата при всяко отклонение от допустимите параметри (дебелина, равномерност, гладкост, плътност, цвят, блясък, огледалност, текстура, цялост и т. н.). За целта се използват високотехнологични лазерни и оптични системи в комбинация с индустриални камери с висока резолюция, комплексни софтуерни платформи за управление на визуалната инспекция и др. Решенията за машинно зрение могат автоматично да управляват робота с цел постигане на зададените параметри за качество.

В съвременното проектиране на роботизирани системи за боядисване или нанасяне на покрития за автомобилостроенето се използват специални PC-базирани софтуерни решения за симулация. С тяхна помощ могат да бъдат подбрани необходимите за приложението конфигурации, модели и манипулатори, както и да бъде изчислен броят на нужните единици. Симулаторите позволяват дизайн и оптимизиране на целите работни клетки, като определят най-подходящите локации за разполагане на роботите във връзка с движенията им и потока детайли за обработка.

С тяхна помощ може да бъде моделиран и виртуално тестван целият процес на боядисване или нанасяне на покрития, за да се отстранят лесно и разходно ефективно всички проблеми преди реалното внедряване на оборудването.
Програмите за симулация могат да бъдат използвани и за офлайн програмиране на роботи и зареждане на предварително генерираните на персонален компютър програми директно в паметта на робота.

Новият брой 2/2018

брой 2-2018

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top