Przygotowanie celi zrobotyzowanej w oprogramowaniu DELMIA

Proces przygotowania celi zrobotyzowanej dla zespołu konstrukcyjnego stanowi nie lada wyzwanie i wymaga skrupulatnej pracy, aby realizacja finalnie spełniała swoje zadanie.

Nasz zespół stanął przed tym zadaniem, przygotowując się na TARGI STOM KIELCE 2024. Na szczęście z pomocą przychodzą rozwinięte systemy CAD/CAM, które w ręku odpowiednich osób są narzędziem, które potrafi zapewnić weryfikację takiego procesu na każdym kroku jego przygotowania. Naszym zadaniem jest przybliżenie procesu przygotowanie celi zrobotyzowanej i możliwości, które oferuje oprogramowanie DELMIA, na podstawie projektu celi z robotem frezującym.

Oprogramowanie DELMIA pozwala na programowanie i modelowanie środowiska  produkcyjnego w 3D, zintegrowanego z system CAD i CAM, a dzięki temu na walidację procesu, odzwierciedlając korekty w czasie rzeczywistym. Prowadzi to do minimalizacji błędów, sprawności przepływu pracy i jego bezpieczeństwa. Dzięki wirtualnemu odzwierciedleniu rzeczywistości produkcyjnej, eliminujemy potrzebę rozmieszczenia fizycznych zasobów czy tworzenia prototypów. Pozwala to również na programowanie robotów off-line bez zakłóceń produkcji i jednoczesną walidację dzięki Wirtualnym Bliźniakom.

Realizacja

Naszym zbiorem danych wejściowych jest projekt celi przygotowanej w SOLIDWORKS. Na tym etapie zaplanowany został Layout celi, w którym to każdy element został umieszczony na swoim stałym miejscu. Modele bryłowe zostały umieszczone na mapie stanowiska w postaci rysunku 2D, tak aby zapewnić optymalne ustawienie wstępnie weryfikując zasięg robota.

Rysunek 2 Projekt celi zrobotyzowanej w SOLIDWORKS.

Przygotowany w ten sposób  projekt chociaż odzwierciedla realne środowisko wykorzystując „Wirtualne Bliźniaki” wszystkich elementów celi, to pozbawiony jest łańcucha kinematycznego i możliwości walidacji ruchów w układzie celi.

Kolejnym krokiem jest przeniesienie tak skonstruowanej celi do środowiska 3DEXPERIENCE i aplikacji DELMIA Robot Programming Essentials.

Przed nami proces tworzenia i definicji zasobów celi.

Robot FANUC R-2000/210F

Nasza cela zrobotyzowana wyposażona jest w robota FANUC R-2000/210F. DELMIA posiada rozbudowaną bibliotekę ponad 1000 robotów, które są związane łańcuchem kinematycznym z modelem robota, dzięki czemu nie potrzebujemy tworzyć go od nowa.

Sprawdzić, czy nasz robot jest na liście robotów przygotowanych w DELMII można pod adresem: https://software.3ds.com/

Rysunek 3 Foldery z gotowymi do pracy robotami różnych producentów dostępne dla wszystkich klientów oraz zaimportowany do DELMII robot Fanuc.

Importujemy naszego robota do głównej celi i umiejscawiamy go na miejscu wcześniej zaimportowanego z SOLIDWORKS modelu. Osadzamy go na miejscu tworząc relacje ‘Fixed’ jako stała pozycja robota.

Gotowego robota możemy zweryfikować pod kątem poprawnej definicji łańcucha kinematycznego, posłuży nam do tego funkcja ‘Jog Mechanism’. Na grafice możemy dostrzec, że nasz robot posiada 6 punktów swobody, które posiadają swoje limity obrotów. Dzięki wprowadzonym limitom,  poruszając robotem interaktywnie, dostaniemy komunikat o przekroczeniu jego możliwości ruchu i w zależności od naszych potrzeb możemy ręcznie zmienić wartości poszczególnych osi, lub zmienić konfigurację robota, która przełącza nas na inny tryb realizacji tego samego ustawienia robota.

Rysunek 4 Weryfikacja ruchów robota przez 'Jog Mechanism'.

Wrzeciono

Istotnym elementem robota w perspektywie naszej celi jest wrzeciono frezujące. To dopiero po zamontowaniu wrzeciona do robota, będziemy mogli określić pozycje bezpiecznych odjazdów robota i jak właściwie ma je realizować, aby było to bezpieczne

Model wrzeciona upraszczam, tak żeby nie obciążał zbytnio mojego projektu, a jednocześnie żeby zachował kształt, wymiary gabarytowe i elementy, które podczas pracy mogą powodować kolizje.

Rysunek 5 Odciążone wrzeciono, zaimportowane z SOLIDWORKS do DELMII z przygotowanymi układami współrzędnych.

Po zaimportowaniu modelu, kolejnym krokiem będzie określenie typu oprzyrządowania jakim jest wrzeciono. Wybieram, że jest to ‘Tool Equipment’ dzięki czemu na dalszym etapie będziemy mogli uzbroić naszego robota w tak określony typ oprzyrządowania.

Kolejny krok to stworzenie układów współrzędnych, nazywanych ‘Mounting Ports’, które posłużą do osadzenia wrzeciona na robocie i wyznaczą punkt montażu narzędzia frezującego we wrzecionie. Przedstawiona poniżej grafika pokazuje, że przy użyciu funkcji ‘Mechanical Port Management’ w zaimportowanych z wrzecionem układów, stworzyliśmy wymagane porty.

Rysunek 6 Definicja 'Mounting Ports' służących do montażu wrzeciona do robota i montażu narzędzia we wrzecionie.

Zapisujemy dokonane zmiany i możemy przejść do importu wrzeciona do głównego projektu. Importujemy zapisane jako ‘Tool Equipment’ wrzeciono i za pomocą funkcji ‘Tool Set’ łączymy robota z wrzecionem. Wykorzystamy do tego określone w poprzednim kroku układy, które znacznie ułatwiają łączenie wrzeciona z robotem.

Rysunek 7 Podpięcie wrzeciona do robota za pomocą funkcji 'Set Tool', ustalenie relacji Parent-Child.

Relacja ‘Parent – Child’, która automatycznie uzależnia kinematykę robota i wrzeciona od siebie, powoduje, że wrzeciono staje się integralną częścią robota i będzie poruszane z wykorzystaniem wszystkich osi robota.

Na tym etapie możemy zdefiniować bezpieczne pozycje robota ‘Home Position’, np. takie  z których robot będzie startował do obróbki i odjeżdżał po jej skończeniu. 

Do tego zadania użyjemy funkcji ‘Home Position’. Dodajemy nową pozycję, aby następnie edytować położenie robota. Program przenosi nas do znanego już wcześniej okna ‘Jog Mechanism’, gdzie możemy dowoli manipulować robotem. Chwytając za wrzeciono w oknie głównym lub manipulując suwakami osi ustawiamy naszego robota w bezpiecznym miejscu i akceptujemy okno.

W ten sposób określiliśmy miejsce bezpieczne, które później będziemy mogli wykorzystać przy programowaniu obróbek frezarskich.

Rysunek 8 Ustawienie 'Home Position' robota za pomocą 'Jog Mechanism'.

Imadło

Przed zaimportowaniem detalu do obróbki, chcielibyśmy do naszego projektu dodać również imadło, które będzie trzymać nasz detal podczas skrawania.

Pobrany ze strony producenta model importujemy do DELMIA Programming Essentials, również w tym przypadku chcemy stworzyć jego kinematykę. Pozwoli nam to na operowanie imadłem zmieniając jego rozstaw szczęk.

Imadło po zaimportowaniu definiujmy jako ‘Tool Equipment’, to pozwoli później na łatwiejsze odnalezienie i załadowanie go do projektu z przygotowaną kinematyką.  Ustalamy łańcuch kinematyczny imadła zaczynając od płyty podstawy, która tak jak w wypadku robota będzie na stałe zamocowana do stołu wiązaniem ‘Fixed Joint’.

Rysunek 9 Ustalenie łańcucha kinematycznego imadła za pomocą relacji 'Fixed Joint', 'Rigid Joint', 'Prismatic Joint'.

Podstawa szczęk będzie połączona z płytą sztywnym połączeniem ‘Rigid Joint’, natomiast szczęki połączeniem pryzmatycznym ‘Prismatic Joint’. Połączenie pryzmatyczne pozwala na wskazanie po jakiej osi będzie poruszał się wybrany element, w tym wypadku szczęka.

Rysunek 10 Relacja 'Prismatic Joint' pozwala na ustalenie osi przesuwu elementu, względem sztywno zamontowanych elementów imadła. Dzięki takiej relacji, będziemy mogli dokonywać interaktywnych zmian w rozstawie szczęk imadła.

Po zadeklarowaniu całego łańcucha kinematycznego imadła, możemy przejść do określenia jego limitów przejazdu.

Służy do tego funkcja ‘Travel Limit’ i to w niej wskazujemy limit poruszania się szczęk naszego imadła. Imadło podobnie jak wrzeciono potrzebuje od nas określenia punktów mocowania samego imadła na stole oraz detalu do obróbki w imadle. Do tego użyto znanej już z wcześniejszych kroków funkcji ‘Mechanical Port Management’.

Imadło zapisujemy i importujemy do naszej celi zrobotyzowanej. Za pomocą polecenia ‘Jog Mechanism’ możemy sprawdzić jak działa nasze imadło i zweryfikować limity przesuwu szczęk, jednocześnie przygotowując je do importu detalu do obróbki skrawaniem.

Rysunek 11 Zamocowanie imadła na stole obróbczym, oraz sprawdzenie działania kinematyki imadła przy zmianie rozstawu szczęk.

Ostatnim krokiem przed akceptacją działania celi z robotem, jest zaimplementowanie odpowiedniego sterownika robota.

DELMIA wyposażona jest w kontrolery do każdego typu robota, który jest w bazie. Otwieramy więc plik kontrolera w DELMIA, a następnie w parametrach robota wybieramy nasz pobrany kontroler zgodny z robotami FANUC.

Kontroler daje nam jednocześnie wiele parametrów do dostosowaniu kodu wyjściowego do robota. Pozwoli to zoptymalizować programy i dostosować je przed processingiem. Istnieje również możliwość zmiany ręcznej kodu kontrolera, którą wykonać może dystrybutor oprogramowania.

Rysunek 12 Wgranie kontrolera FANUC do robota, który będzie generował odpowiedni kod na wybranego robota.

Nasza cela jest gotowa do importu detalu i przygotowania obróbki elementu.

Dzięki zintegrowanemu środowisku i realizacji projektu na platformie 3DEXPERIENCE  w każdej chwili możemy wrócić do definicji oprzyrządowania i robota, dokonać zmian lub przebudowy stanowiska. Zrealizowany projekt celi jest uniwersalny, więc możemy dodawać do niego różne elementy do obróbki, różne imadła, a nawet podmienić robota czy wrzeciono.