Roboty a manipulátory nejen pro vstřikovací lisy

Roboty a manipulátory nejen pro vstřikovací lisy

Představení firmy Engel

Firma Engel, celosvětově známá jako jeden z největších výrobců vstřikovacích lisů na plasty a pryž, si za poslední desetiletí získala jméno také jako uznávaný výrobce automatizační techniky. Výroba robotů a manipulátorů, jakož i ostatních prvků automatizace výrobního procesu vstřikování plastů byla u firmy Engel zahájena v roce 1986 v samostatném závodě v rakouském Steyru a nyní pokračuje v novém moderním závodě Dietach, založeném v roce 1998, za přispění přibližně dvou set zaměstnanců. Roční produkce činí zhruba 1 000 jednotek. Ačkoliv hlavní důraz byl a je kladen hlavně na výrobu a vývoj robotů pro použití v průmyslu plastů, díky modulárnosti koncepce, otevřenosti řídicího systému, spolehlivosti a vysoké přesnosti polohování sahá možnost jejich uplatnění i za tuto pomyslnou hranici (obr. 1).

Základní prvek automatizace – odebírač vtoků ER-A

Odebírání vtoků a jejich separace představují základní prvek automatizace vstřikovacího procesu. Jde o velmi jednoduchá zařízení, obvykle na pneumatickém principu, která, jak už jejich název napovídá, jsou určena k odebrání vtoku vstřikovaného dílu, popř. jeho odstřihnutí (pro to musí být vybavena speciálními pneumatickými nůžkami) a jeho odhození do nádoby k tomu určené nebo přímo do drticího zařízení, které připravuje materiál pro recyklaci. Řízení odebírače vtoků je plně integrováno do řízení vstřikovacího stroje. Engel nabízí též odebírače vtoků se samostatným řízením pro použití se stroji cizích výrobců, komunikujícím přes rozhraní standardu Euromap. Některé odebírače vtoků lze i dodatečně vybavit funkcí pro odebírání jednoduchých dílů bez možnosti rastrování na dopravník. Nevýhodou bývá malá přesnost polohování a velmi omezená manipulovatelná hmotnost (1 kg). Výhodou je velmi nízká cena.

Integrované manipulátory – ER-HLi

Tento typ manipulátoru využívá výhody tzv. bezesloupkové konstrukce vstřikovacích strojů, které jsou nosným produktem firmy Engel v segmentu malých a středních strojů, a je určen pro tzv. operace pick and place.

Veškeré pohyby odebírání i odkládání probíhají uvnitř bezpečnostních zábran vstřikovacího stroje, zařízení je tudíž velmi kompaktní a nenáročné na místo, což v dnešních podmínkách důsledného využívání každého čtverečního metru výrobních ploch je nezanedbatelnou předností. Pohon je řešen jako kombinovaný – má pneumaticky a elektricky (servopohonem) ovládané osy. Toto řešení při zachování relativně dobré funkce, přesnosti (servopohon) a univerzálnosti použití přináší výhodu nízké ceny a provozních nákladů. Jednou z důležitých vlastností těchto manipulátorů je možnost umístit je na pohyblivou desku stroje, což dále rozšiřuje univerzálnost použití. Nevýhodou je omezení v polohování, způsobené použitím pneumatického pohonu některých os, což může být problémem u složitějšího odebírání výrobků ze stroje i při rastrování (orientované odkládání na dopravník). Řízení je implementováno do řízení vstřikovacího stroje.

Lineární roboty ERC – univerzální řešení

Konstrukce
Jak již z označení vyplývá, jde o robot, jehož hlavní pohyby jsou realizovány po lineárních drahách (osách). Tyto osy jsou označeny písmeny X, Y, Z.

Kromě uvedených hlavních pohybů může být robot vybaven dalšími, otočnými osami A, B, C.

Otočné osy mají za úkol orientovat samotný nástroj robotu, tzv. přebírací hlavu, a mohou být realizovány nejrůznějším způsobem, podle složitosti dané aplikace.

Pohon hlavních os je zajišťován silnými a spolehlivými elektromotory. Používány jsou buď bezúdržbové asynchronní motory, a to zvláště u menších zařízení s menší náročností na manipulovatelnou hmotnost (do 10 kg) a přesnost (opakovatelná přesnost polohování ±0,1 mm), nebo vysoce dynamické servomotory s digitálním řízením, jejichž pomocí může robot manipulovat s hmotností až 80 kg při dosažené přesnosti polohování až ±0,05 mm ve všech lineárních osách (tab. 1). V obou případech jsou pohony řízeny servoregulátory. Otočné osy jsou oproti tomu nejčastěji poháněny pneumaticky, a to tam, kde není požadováno složitější polohování přebírací hlavy, ať už při přebírání výrobku či odkládání na dopravníkový pás. Při nutnosti dodatečně opracovávat výrobky, např. začišťovat vtoky, dodatečně montovat komponenty nebo zakládat zálisky do vstřikovacího nástroje se může k pohonu otočných os používat též servomotor nebo se mohou využít kombinace obou řešení. Zde je však zapotřebí uvažovat zvýšenou zátěž a tím zmenšenou manipulovatelnou hmotnost.

Tab. 1. Technické parametry robotů ERC

Rychlost především
Čas jsou peníze – kvalita je samozřejmá. To je heslo konstruktérů robotů Engel. Úkolem je zkrátit dobu manipulace s výrobkem na nejmenší možnou míru a tím umožnit výrobu co největšího počtu výrobků za danou dobu při zachování maximální spolehlivosti. Roboty ERC dosahují na všech lineárních osách rychlosti až 4 m/s při zrychlení 75 m/s², ve zvláštních případech dokonce 8 m/s a zrychlení až 150 m/s2 (verze ERS-Speedy). Tato dynamika musí být nutně podmíněna použitím tuhých a přitom lehkých konstrukcí, k jejichž výrobě se úspěšně používají materiály na bázi hliníkových slitin. U větších manipulovatelných hmotností se používají konstrukce ocelové. Též pohonné jednotky, prvky přenosu točivého momentu (ozubené tyče, řemeny) a pojezdové dráhy (kolejnice THK) jsou při těchto extrémních rychlostech velmi namáhány, a proto jsou pečlivě navrženy s ohledem na celkovou životnost zařízení (robot plus vstřikovací stroj).

Řízení
Řídicí systém by měl na jedné straně vykazovat maximální kompatibilitu a součinnost s ostatními prvky výrobního procesu vstřikování a na druhé straně otevřenost a pružnost pro použití i v jiných odvětvích průmyslu, popř. použití se stroji jiných výrobců. Tyto zdánlivě protichůdné požadavky úspěšně plní řídicí systém RC100, popř. jeho „stand-alone“ varianta RC511. Jeho výhodou je plná integrace do řídicího systému vstřikovacího stroje (Engel) a sjednocení ovládacího prostředí. Stroj i robot, popř. periferní zařízení, se obsluhují z jednoho místa. Řídicí skříň je integrována přímo ve vstřikovacím stroji, což šetří též ustavovací plochu celého zařízení. Naopak řízení ve variantě RC511 pracuje zcela samostatně a nezávisle, což umožňuje splnit uvedený požadavek otevřenosti a pružnosti. Typický příklad využití zmíněného řídicího systému je aplikace se vstřikovacím strojem cizího výrobce. V tomto případě komunikují obě řízení přes standardní protokol Euromap 12^*).

K přednostem robotů ERC patří též bohatá softwarová výbava, která je k dispozici i v základním provedení. Ovládací software je koncipován s ohledem na maximální zjednodušení nastavování pracovních pozic a zároveň zamezení případných kolizí s funkčními částmi vstřikovacího stroje a jeho ochranných krytů. O nastavení typických průběhů a jejich částečnou modifikaci se stará tzv. standardní program. K jeho úspěšnému zvládnutí nejsou zapotřebí žádné znalosti programování, jak je známe ze světa PC. Stroj se nastavuje procházením jednotlivých úrovní menu, kde se pouze zadávají příslušné souřadnice průjezdových bodů, včetně rychlostí, zapínají se a vypínají se jednotlivé předem naprogramované funkce. Nestačí-li ve složitějších případech nabídka standardního programu, obsahuje řídicí systém též volně programovatelnou aplikaci teach-in. Pomocí této aplikace lze zvládnout jakýkoliv úkol, za předpokladu dostatečně mechanicky dimenzovaného zařízení. V programu teach-in se po krocích sestavuje celý průběh pracovního cyklu robotu, za pomoci volání jednotlivých funkčních procedur. Je-li problematická pouze některá fáze pracovního cyklu, lze kombinovat obě varianty ovládacího programu. Avšak i zde je nutné poznamenat, že ani ke zvládnutí nastavení robotu v programu teach-in nejsou zapotřebí odborné znalosti z oblasti programování a jednotlivé kroky jsou řešeny velmi intuitivně.

Nedílnou součástí řídicího systému je bezpečnostní systém, tzv. off-limit který má za úkol chránit celé zařízení proti mechanickému poškození (např. chybou obsluhy). Pracuje na principu tzv. ochranných kvádrů (může jich být až 24), kterými lze pomyslně obestavět jakékoliv předměty (rám stroje, vstřikovací nástroj, periferní zařízení) nacházející se v manipulačním prostoru robotu. Souřadnice těchto kvádrů se programují již ve výrobním závodě (součásti stroje) nebo je nastavuje servisní pracovník či školený personál přímo v místě ustavení, a to s ohledem na dodatečné vybavení dalšími periferními zařízeními. Robot pak nemá v žádném případě možnost vjet do zabezpečených prostorů, a to ani při neodborné manipulaci.

Periferní jednotky

Rozsah nabídky firmy Engel v oblasti automatizace není omezen pouze na dodávky jednotlivých robotů či manipulátorů. Firma disponuje špičkově vybaveným projektovým oddělením a sítí kvalitních a prověřených subdodavatelů, s jejichž pomocí je schopna dodávat i celé automatizační buňky tzv. na klíč, včetně poradenství a technologické podpory. Některé periferie, jako je např. zvláštní automatický dopravník – Tray Server, který dokáže sám manipulovat s plastovými paletkami, používanými velmi často např. při výrobě pouzder mobilních telefonů, se vyrábějí v pobočném závodě v jihočeské Kaplici. Ten byl založen v roce 1998 a od roku 2001 se zde úspěšně rozvíjí výroba a montáž dopravníků a rozváděčů pro roboty a vstřikovací stroje.

Karel Šorejs, ENGEL CZ s. r. o.

ENGEL CZ s. r. o.
Sokolská 19
120 00 Praha 2
e-mail: prodej@engel.cz
http://www.engel.cz

^*) Euromap je Evropské sdružení výrobců strojů pro průmysl plastů a pryže – European Committee of Machinery Manufacturers for the Plastics and Rubber Industries. Sdružuje 4 000 členů z Francie, Itálie, Lucemburska, Německa, Nizozemí, Rakouska, Španělska, Švýcarska a Velké Británie. Doporučení Euromap 12 pro komunikaci mezi vstřikovacími stroji a manipulačními zařízeními lze nalézt na adrese http://www.euromap.org/eu12.pdf