Встроенные линейные роботы
В настоящее время трудно представить термопластавтомат (ТПА), работающий без встроенных в него линейных или многоосевых роботов-манипуляторов, занятых укладкой закладных элементов в литьевую форму, съемом готовых литьевых изделий, их размещением на конвейере и прочими манипуляциями. Наиболее распространенными для этих целей являются линейные роботы. Наряду с компаниями, которые специализируются только на их производстве, (например, итальянская Campetella), известны производители литьевого оборудования, сами выпускающие роботы, и не только для себя (WITTMANN, Engel, KraussMaffei…). Выделяется в этом плане австрийская WITTMANN Group (Вена), экспозиция которой на выставке Fakuma-2024 представляла собой репрезентативный срез инноваций в основных сферах деятельности и включала в целом 5 работающих термопластавтоматов (ТПА) в составе производственных ячеек, 8 роботов и более 65 периферийных устройств (см. титульное фото). Все представленные экспонаты объединяла тема повышения производительности и эффективности процессов литья под давлением изделий пластмасс, в том числе за счет робототехники, которая была представлена широким спектром решений, включая меньшее потребление сжатого воздуха и энергии, обеспечение большей компактности и меньшего веса роботов без снижения их грузоподъемности, а также простоту в их программировании и обслуживании.
Расход сжатого воздуха стал значительно меньше. Особое внимание разработчики уделили снижению потребления сжатого воздуха, который на большинстве предприятий является самой дорогой формой энергии, используемой в частности для вакуумирования присосок на захвате робота при съеме готовых литьевых деталей или заборе закладных. Новая система EcoVacuum представляет собой решение для линейных роботов, которое позволяет значительно снизить потребление сжатого воздуха за счет управления вакуумом в зависимости от потребности. Так, после вакуумирования присосок сопло Вентури снова включается только тогда, когда разрежение станет слишком низким для надежного удержания детали. При этом предельные значения вакуума могут быть установлены индивидуально для каждой литьевой детали. Наибольший потенциал экономии сжатого воздуха достигается при манипулировании закладными или литьевыми деталями с гладкой поверхностью, в меньшей степени – с текстурированной.
Роботы стаали более легкими и компактными. Благодаря осям вращения с сервоприводом удалось сделать роботы более легкими и компактными, расширив области их применения. В свою очередь, экономия веса позволяет использовать во многих случаях модели роботов меньшего типоразмера с одновременным сохранением или даже увеличением их грузоподъемности. На выставке были представлены линейные роботы с различными комбинациями сервоосей, в том числе со всеми тремя – A, B и C (рис. 1).
Больше, чем просто съемник литников. Робот модели WX90, предназначенный для съема литников на ТПА самых разных марок, теперь предлагается в автономном исполнении со стандартизированным интерфейсом Euromap 67 и собственным компактным электрошкафом, который крепится непосредственно к консоли WX90 и, таким образом, не требует дополнительного места на полу цеха (рис. 2). По мнению разработчиков, он оптимально подходит для литьевых машин с усилием смыкания от 350 до 1500 кН.
Благодаря энергоэффективным сервоосям этот робот окупается за короткое время, что становится очевидным в сравнении с пневматическим съемником литников, который требует, например, около 11 м3 сжатого воздуха стоимостью около 5 евроцентов/м3, включая расходы на техническое обслуживание. Робот WX90 с сервоприводом, предназначенный для тех же целей, потребляет всего 0,18 кВт×ч электроэнергии. Тогда при цене на электроэнергию 0,20 евро/кВт×ч срок окупаемости этого робота при его трехсменной эксплуатации составит всего около двух лет. Кроме того, сервооси обладают более высокими показателями быстродействия, ускорения и замедления при плавности хода, что в целом сокращает время манипулирования и, как следствие, повышает производительность литья.
Если WX90 является частью производственной ячейки, то при считывании набора данных литьевой формы автоматически настраиваются не только параметры машины, но и последовательность работы робота. Это упрощает и ускоряет его настройку, что вносит дополнительный вклад в общую эффективность процесса литья.
Следует отметить, что сервоприводной WX90 выпускается в нескольких типоразмерах для гибкости его использования и интеграции в производственные ячейки. Например, его вертикальная ось может иметь 3 варианта длины в пределах от 500 до 1000 мм, ось съема – 2 варианта с максимальным ходом 400 мм. Горизонтальная же ось вращения WX90 в его стандартном исполнении поворачивается в диапазоне от 0 до 100°, что позволяет роботу располагаться за неподвижной крепежной плитой ТПА.
Упрощенная интеграция с оптической камерой. Из-за отсутствия стандартов роботизированное использование видеокамер, предназначенных, например, для определения местоположения или контроля качества готовых литьевых деталей, долгое время представляло собой серьезную проблему. Ее решить позволил новый интерфейс, который с помощью обучающего блока (TeachBox) системы управления (СУ) R9 робота визуализирует программное обеспечения (ПО) камеры на пульте СУ R9 (рис. 3). Эффективность этого решения робот W918 демонстрировал в течение всех пяти дней выставки.
Простота программирования и обслуживания. Компания WITTMANN придает большое значение простоте программирования и обслуживания всех серий своих роботов, что обеспечивает воспроизводимость и надежность литьевого производства даже в условиях нехватки квалифицированных кадров. Этому, в частности, способствует новый анимированный редактор программ QuickNew Wizard, используемый сейчас для всех роботов с СУ R9 и допускающий текстовое создание и редактирование ПО (рис. 4).
Немецкая компания KraussMaffei (г. Мюнхен) представила линейные роботы новой серии LRXplus, которые расширяют возможности малогабаритных роботов серии LRX, сохраняя при этом их преимущества, в частности точность позиционирования благодаря высокоскоростным реечным приводам на осях, а также сравнительно высокую грузоподъемность для их габаритов (рис. 5). По мнению разработчиков, благодаря совместимым интерфейсам новый LRXplus для решения задач автоматизации можно комбинировать практически с любым литьевым оборудованием, будь то от KraussMaffei или от других производителей. Отмечаются также его простота обслуживания и длительный срок службы за счет более доступной и прочной конструкции осей.
Автономные линейные роботы
Итальянская компания Campetella Robotic Center (г. Монтекассиано), специализирующаяся в области разработки и производства различных систем автоматизации, представила среди прочего новые роботизированные системы вертикального типа, предназначенные для извлечения, укладки и упаковывания готовых литьевых изделий. Их работа была продемонстрирована на примере манипулирования стаканчиками с различными этикетками с помощью двух роботов Scara Spin последнего поколения (рис. 6).
Робот Scara Spin 3 более крупного типоразмера извлекал стаканы объемом 400 мл с двумя разными элементами декора из одной коробки и помещал их на ленточный транспортер. Затем версия Scara Spin 2 меньшего типоразмера сортировала стаканчики, а система оптического контроля осуществляла контроль их качества. По мнению разработчиков, новые системы автоматизации быстро окупят себя за счет повышения производительности процесса литья и сокращения количества персонала.
Мобильные роботы «с глазами и ногами»
Для погрузочно-разгрузочных работ и задач по транспортировке грузов, которые могут понадобиться и на литьевом производстве, компания Robotec Solutions (г. Сьон, Швейцария) предлагает использовать разработанный ею так называемый кобот (сobot) – автономный передвижной электроприводной робот модели R-MoMA с машинным зрением (рис. 7, а). Его общая грузоподъемность составляет 250 кг, а максимальная на захвате коленно-рычажной руки – 12 кг, радиус действия – 1300 мм. R-MoMA оснащен.
Кобот может свободно перемещаться в цехе с помощью своего навигационного программного обеспечения и самостоятельно искать свои пункты назначения. При этом он избегает препятствий и при необходимости выбирает обходные маршруты. Заряда встроенной батареи хватает на восемь часов непрерывной работы. Встроенные в кобот системы безопасности контролируют окружающую среду и надежно предотвращают столкновения. Захват рабочей руки оснащен встроенной в нее системой визуального контроля (см. рис. 7, б), которая позволяет распознавать объекты с помощью искусственного интеллекта и проверять их местоположение. Системы координат R-MoMA и обслуживаемых станций автоматически синхронизируются по беспроводной связи. Кобот может работать везде, где пол ровный, а окружающая среда чистая, считают в Robotec. А поскольку система полностью электрическая, она также подходит для чистых помещений.
«Захватывающие» решения
Компания AGS (Automation Greifsysteme Schwope) (г. Бергиш-Гладбах, Германия) предоставила возможность посетителям выставки возможность «вживую» или с помощью своей онлайн-платформы подобрать нужное конструкторско-технологическое решение для руки робота и его захвата для того или иного литьевого изделия. Первыми исходными данными в этом случае служат форма, вес, материал извлекаемого изделия, а также состояние его поверхности. В зависимости от этих факторов могут быть выбраны вакуумные присоски для гладких поверхностей (рис. 8, а), цанговые зажимы, если требуются большие усилия извлечения (см. рис. 8, б), игольчатые захваты для эластичных изделий захвата и т.д.
Затем встает задача выбора несущей конструкции руки робота, для решения которой у AGS также есть набор стандартизированных элементов в виде, например, легких трубчатых алюминиевых профилей. Более дорогими, но и еще более легкими являются профили, изготовленные из углепластика (см. рис. 8, в). В этом случае руке робота можно будет придать более высокие значения ускорения и замедления при съеме и укладке извлекаемых изделий и тем самым повысить производительность литья. Особую эффективность такое решения имеет в тех случаях, когда время цикла измеряется секундами. В ассортименте AGS есть также быстросъемные системы заменя захватов (см. рис. 8, г). Для манипулирования громоздкими изделиями сложной формы могут потребоваться захватные приспособления специальной конструкции (рис. 9).
Новые возможности открывают технологии 3D-печати. Примером служит изготовленный лазерным спеканием захват с интегрированными каналами для вакуумирования присосок, которые завинчены в захват (рис. 10). Такое решение сводит к минимуму количество используемых шланговых соединений и тем самым возможные потери воздуха.
Заключение
Подводя итоги этому краткому обзору, следует добавить, что нормой в настоящее время является интеграция контроллера роботов в систему управления ТПА с максимальным упрощением для оператора процессов программирования их совместной работы. Определяющее значение при этом имеют «умные» программные функции. Так, функция iQ motion control, входящая в стандартное оснащение линейных роботов ENGEL viper, обеспечивает безопасный ранний пуск робота в сочетании с полностью автоматизированной оптимизацией траектории его рабочей руки во избежание ее столкновения с формой. Эта функция самостоятельно рассчитывает и оптимизирует траекторию входа робота в зону литьевой формы (рис. 11, б), тогда как ранее траектория складывалась из последовательных линейных путей перемещения отдельных осей робота с некоторым ее скруглением с радиусом R (рис. 11, а). В этом случае время цикла сокращается за счет частичной параллелизации движений подвижной полуформы и робота, уменьшения длины пути перемещения его рабочей руки робота и более плавного изменения ее скорости, ускорения и замедления, что позволяет снизить вибрацию его осей. Добиться еще большего эффекта позволяет функция active vibration control, специально предназначенная для активного гашения вибраций руки робота при его остановке.
Следующим, более высоким, уровнем цифровизации и автоматизации процесса литья под давлением являются полностью автоматизированные производственные ячейки, в составе которых робототехника является лишь частью системы автоматизации ячейки (более подробно см. с. 20–23 данного номера журнала. – Прим. ред.).
Подготовил канд. техн. наук В. Н. Мымрин с использованием пресс-материалов упомянутых в данном обзоре компаний
Robotics at the Fakuma-2024 Exhibition
It is known that automation of plastic processing processes allows to increase labor productivity, ensure stable product quality and reduce the proportion of production staff. This review examines a number of new developments in the field of robotics presented at the major industry exhibition Fakuma-2024 (15-19.10.2024, Friedrichshafen, Germany) and designed to automate the plastic injection molding process.
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 2 (309) 2025 г., с. 14-19.
