Modul för automatiserat byte av kontaktrör vid robotsvetsning

(1)

SÖDERTÄLJE, SVERIGE 2017

Modul för automatiserat byte av kontaktrör vid robotsvetsning

Gunnar Fallberg Johan Persson

SKOLAN FÖR INDUSTRIELL TEKNIK OCH MANAGEMENT

(2)

(3)

Modul för automatiserat byte av kontaktrör vid robotsvetsning

av

Gunnar Fallberg Johan Persson

Examensarbete TMT 2017:22 KTH Industriell teknik och management

Tillämpad maskinteknik

Mariekällgatan 3, 151 81 Södertälje

(4)

(5)

Examensarbete TMT 2017:22

Modul för automatiserat byte av kontaktrör vid robotsvetsning

Gunnar Fallberg Johan Persson

Godkänt

2017-06-07

Examinator KTH

Mark W. Lange

Handledare KTH

Mark W. Lange

Uppdragsgivare

Ingenjörsfirma Tommy Leindahl AB

Företagskontakt/handledare

Veijo Seppänen

Sammanfattning

Byte av utslitna kontaktrör är en viktig del av underhållsarbetet inom robotsvetsning (MIG/MAG). Idag sker detta arbete ofta manuellt med hjälp av handverktyg och en operatör. Robotcellen behöver då stängas av i samband med bytet vilket innebär att värdefull produktionstid går förlorad.

Ingenjörsfirma Tommy Leindahl AB har påbörjat arbetet med att konstruera en mekanisk modul för automatiserat kontaktrörsbyte. Detta projekt har syftat till att vidareutveckla konstruktionen, färdigställa en fungerade prototyp och testa modulens delfunktioner och i sin helhet.

Resultaten visar att modulen klarar upprepade kontaktrörsbyten med få avvikelser. Ett kontaktrörsbyte med modulen uppmättes till endast 22 sekunder. Prototypen utgör en bra grund att bygga vidare på och utveckla till en kommersiell produkt.

Nyckelord

Svetsrobot, kontaktrör, automation, underhåll, industri, MIG, MAG

(6)

(7)

Module for automatic exchange of contact tips for robotic welding

Gunnar Fallberg Johan Persson

Approved

2017-06-07

Examiner KTH

Mark W. Lange

Supervisor KTH

Mark W. Lange

Commissioner

Ingenjörsfirma Tommy Leindahl AB

Contact person at company

Veijo Seppänen

Abstract

The replacement of worn out contact tips is an essential part of service maintenance for robotic MIG/MAG welding. Today, this is often a manual process which involves the use of hand held tools from a machine operator. When service maintenance is performed, the robot cell must be shut down which leads to the loss of valuable production time.

The company Ingenjörsfirma Tommy Leindahl AB has begun the work of designing a mechanical service unit for automatic welding tip exchange. This project has been aimed to further develop the design, construct a working prototype and test the units’ functions individually and as a whole.

The results of this report show that the unit is able to handle repeated contact tip exchanges with few recorded errors. A full exchange cycle was timed to only 22 seconds. This prototype makes for a good platform for further development, and from which a commercial product can be based.

Key-words

Welding robot, contact tip, automation, maintenance, industry, MIG, MAG

(8)

(9)

Förord

Detta exjobb är utfört på företaget Tommy Leindahls Ingenjörsfirma AB dit vi vill rikta ett stort tack till alla anställda. Ett särskilt tack riktas till Tommy Leindahl och Veijo Seppänen för deras förtroende, stöd och hjälpsamhet. Dessa 10 veckor har utan tvekan varit den största höjdpunkten under vår utbildning.

Ett tack riktas också till vår handledare Mark Lange som givit oss ett stort förtroende under projektets gång och bidragit med värdefulla verktyg under utbildningen, något som vi tar med oss ut i arbetslivet.

Tack!

/Gunnar och Johan

(10)

(11)

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Målformulering ... 1

1.3 Avgränsningar ... 1

1.4 Lösningsmetoder ... 1

2 Nulägesbeskrivning ... 3

3 Teoretisk referensram ... 5

4 Genomförande ... 7

4.1 Processflöde ... 8

4.2 Laddning kontaktrör ... 9

4.2.1 Idégenerering ... 9

4.2.2 Beräkning och mätningar ... 12

4.2.3 Konstruktion och tillverkning ... 12

4.2.4 Testning och iteration ... 14

4.3 Urskruvning kontaktrör ... 15

4.4 Iskruvning kontaktrör ... 19

4.5 Styrning för gashylsa ... 24

4.6 Monteringsbas och skyddshölje ... 26

4.7 Sammanställd testning av modul med robot ... 31

4.7.1 Testrobot ... 31

4.7.2 Testrigg ... 32

4.7.3 Robotkod och sekvensprogrammering ... 33

4.7.4 Cykeltester ... 35

5 Resultat ... 37

5.1 Svetsmodul ... 37

5.2 Testresultat ... 41

(12)

6 Slutsats och rekommendationer ... 43

6.1 Laddning kontaktrör ... 44

6.2 Urskruvning kontaktrör ... 44

6.3 Iskruvning kontaktrör ... 44

6.4 Styrning gashylsa ... 45

6.5 Monteringsbas och skyddshölje ... 45

6.6 Testresultat ... 45

6.7 Övriga rekommendationer ... 46

(13)

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Företaget Ingenjörsfirma Tommy Leindahl AB vill ta fram en tillsatsmodul för MIG/MAG

robotsvetsning. Tillsatsmodulen eller svetsmodulen, som den kommer att benämnas i fortsättningen, ska utföra ett automatiskt byte av kontaktrör under drift. Detta är idag en manuell och tidskrävande process. I praktiken blir svetsmodulen en fast enhet som monteras i anslutning till svetsroboten. I dagsläget finns enligt företaget endast automatiska rensstationer som rengör kontaktöret. Detta ger dock endast en begränsad ökning av kontaktrörens livslängd, vilka tillslut ändå måste bytas ut. Om detta beskrivs mer ingående i kap. 2, Nulägesbeskrivning.

1.2 Målformulering

• Tillverkning av en svetsmodulprototyp

• Testning av svetsmodulprototypen enligt följande moment:

- Urskruvning av kontaktrör från svetsmunstycke

- Släppning av urskruvat kontaktrör från urskruvningsdon - Frammatning av nytt kontaktrör

- Iskruvning av nytt kontaktrör

• Ett byte av kontaktrör i testmiljön med svetsmodulen ska genomföras på 30 sekunder eller mindre

• Framtagning av 2D-ritningsmaterial för tillverkning av en svetsmodulprototyp

1.3 Avgränsningar

• Ritningsmaterial rör ej i projektet ingående standardkomponenter

• Ritningsmaterialet sker enligt företagsstandard

• Konstruktionen är ej anpassad för serieproduktion

• Alla produktionsvinster mäts enbart i tid

1.4 Lösningsmetoder

Examensarbetet utfördes under 10 veckor på plats hos företaget IFTL och med handledning från företagets chefskonstruktör. Konstruktionsarbetet skedde i CAD-miljö där programvara från

SolidWorks användes. Företaget inrymmer en mekanisk verkstad med NC-maskiner för svarvning och fräsning, samt utrustning för svetsning, bockning, kapning med mera. Standardkomponenter så som skruvar, brickor etc. samt ett brett utbud av plast och plåtämnen lagerhålls och finns tillgängligt för arbete i prototypstadiet.

Projektplaneringen innebar att svetsmodulen delades in i olika funktionsblock. För dessa följde sedan en process av idégenerering  konstruktion  tillverkning  testning. Denna process utfördes semi- parallellt för de olika funktionsblocken för att försöka att maximera tillgänglig arbetstid inom projektets korta tidsram.

(14)

Detta innebar till exempel att när en del gick på tillverkning påbörjades idéprocessen för en annan del.

I praktiken betydde detta arbetssätt att man efter testning ibland gick tillbaka och omkonstruerade delen. Detta kunde i sin tur påverka konstruktionen av en angränsande del. Det var ett iterativt arbetssätt som passade mycket bra med projektmålens fokus på testning och testresultat.

(15)

2 Nulägesbeskrivning

Vid robotsvetsning inom linjeproduktion arbetar MIG/MAG-svetsar, se Figur 1 , i högt tempo under en slitsam miljö. Ett problem som uppstår är att kontaktrören där svetstråden matas ut snabbt blir utslitet.

Figur 1. MIG/MAG robotsvets (Fabricating and Metalworking, 2017)

Vid kontinuerlig och långvarig svetsning uppstår smutsbildning och uppbyggnad av oönskat material på kontaktrörets spets, se Figur 2. Idag finns rensstationer som rengör insidan och utsidan av

gashylsan som täcker kontaktröret, se Figur 3. Till viss mån rengörs även kontaktröret. Denna process hindrar dock inte att kontaktröret efter ett antal timmars svetsande behöver bytas ut. I nuläget sker normalt kontaktrörsbyten manuellt med hjälp av en servicetekniker eller operatör. För detta krävs att robotcellen först stängs av. Sedan går operatören in i robotcellen med en särskild hylsnyckel för att skruva loss det gamla kontaktröret och skruva dit ett nytt. Därefter lämnar operatören robotcellen varpå den startas upp och svetsprocessen kan fortgå.

(16)

Figur 2. Nytt och använt kontaktrör

Figur 3. Kontaktrörsbyte med handverktyg

Detta förfarande skapar oönskade produktionsavbrott som kan vara mellan 2–5 minuter. Vid ett studiebesök i en produktionsanläggning för ljuddämpare åt tunga fordon arbetade ca 200 st.

svetsrobotar i flera parallella produktionslinjer. I snitt byttes minst 6 st. kontaktrör per robot och dygn.

Totalt antal kontaktrörsbyten per dygn blev då 1200 st. för anläggningens 200 svetsrobotar. För hela anläggningen förloras därmed 40 timmar i utebliven produktion på grund av kontaktrörsbyten.

Produktionstiden för en ljuddämpare var i snitt 6 minuter vilket innebär att om kontaktrörsbytet istället skulle kunna ske genom en automatiserad process på kortare tid finns stora produktionsvinster att göra. Det är dessa produktionsvinster som IFTL AB vill uppnå med den ovan nämnda

svetsmodulen. (Adolfsson, J, 2017)

(17)

3 Teoretisk referensram

Utvecklingen inom svetsning i likhet med tillverkningsindustrin i allmänhet går mot en högre grad av automation. För detta är robotisering en naturlig del i tillverkningsprocessen. Detta innefattar även underhåll av maskiner eller robotar. Syftet är generellt att minska produktionskostnaderna, öka repeterbarheten och därmed kvalitén, höja produktionstakten och möjliggöra snabba omställningar för mindre produktionsserier (Svensk Verkstad, 2017). Om tiden för underhåll av en svetsrobot kan minskas ökar naturligt tiden som är tillgänglig för produktion. Industrirobotar i allmänhet, däribland svetsrobotar, är normalt instängda i en så kallad robotcell. För manuellt underhåll behöver robotcellen stängas av och säkerhetsåtgärder vidtas för att operatören säkert skall kunna arbeta där. Om underhåll istället kan ske snabbare och automatiserat inuti robotcellen utan mänsklig inblandning minskar den förlorade produktionstiden. För större industrier med många svetsrobotar blir detta naturligtvis ännu mer relevant eftersom underhållstiden ökar med antalet robotar.

(18)

(19)

4 Genomförande

Syftet med detta projekt var att slutföra konstruktionen av en på företaget påbörjad CAD-

sammanställning av en tilltänkt svetsmodul. Syftet var också att låta tillverka en prototyp, testa denna med en svetsrobot på företaget, samt utvärdera och förfina konstruktionen. Resultaten vi kom fram till skulle vara praktiskt användbara för IFTL AB i deras kommande arbete med att ta svetsmodulen från prototypstadiet till en mer färdig produkt. En snäv tidsram på endast 8 veckor sattes för genomförande av projektet.

Företaget gav oss fria händer att helt eller delvis ändra på konstruktionen om vi kunde motivera bättre lösningar som ändå uppnådde den önskade funktionen. Med tanke på den snäva tidsramen togs ett tidigt beslut att göra en bedömning av huruvida den föreslagna grundkonstruktionen var genomförbar, eller om det var motiverat att påbörja en övergripande idégenereringsprocess. Slutsatsen blev, med tanke på den korta tidsramen och komplexiteten på svetsmodulens uppgift, att den föreslagna och påbörjade konstruktionen behölls och vidareutvecklades. Med detta beslut ökade också chanserna att hinna köra flera tester och förfina konstruktionen, och risken för att endast kunna leverera en CAD- sammanställning vars funktion inte hunnit verifierats eller testats, minskade.

Företaget har en egen väl utrustad maskinpark med NC-fräs, NC-svarv, bock- och kapmaskiner mm.

Det är grunden i hur företaget kan arbeta med konstruktion och tillverkning av unika och innovativa automationslösningar till industrin samtidigt som man har mycket korta ledtider. Enstyckstillverkning eller korta serier av högst specialiserade maskiner är företagets signum. Med detta som

grundförutsättning var det möjligt i arbetet med svetsmodulen att snabbt gå från CAD-modeller till tillverkade delar i rätt material för tidiga tester. Detta arbetssätt utnyttjades till fullo och var nyckeln till projektets framgång.

Figur 4. Befintlig CAD-sammanställning

Med utgångspunkt från den befintliga CAD-sammanställningen (Figur 4) identifierades till en början fyra huvudfunktionsområden; laddning av nya kontaktrör, i- och ur-skruvning av kontaktrör samt monteringsplattform.

I takt med att arbetet fortskred kunde vi senare göra en finare indelning av funktionsområdena som också kunde testas separat och i sin helhet. Dessa motsvaras av och beskrivs närmare under kap. 4.2 - 4.6.

(20)

Arbetet började generellt med en utvärdering av den befintliga konstruktionen ställd mot tänkta alternativ som framkommit. En metod som användes vid idégenerering och visualisering var att skriva ut olika vyer av den befintliga konstruktionen i storlek 1:1 och sedan bygga vidare på dessa med handskisser. Ofta nåddes en tidig samsyn när olika tekniska lösningar diskuterades. Andra gånger ställdes olika idéer mot varandra och en enklare utvärderingsmodell med för- och nackdelar användes.

Med på diskussionerna var ofta också företagets chefskonstruktör och även upphovsman till

svetsmodulens grundkonstruktion. Han fungerade som värdefull handledare och ”bollplank” med lång erfarenhet inom konstruktion och tillverkning.

4.1 Processflöde

Svetsmodulens grundkonstruktion hade inte ett helt färdigt processflöde. Det fanns från början olika alternativ till hur laddningen skulle ske. Ett alternativ innebar att svetsroboten med hjälp av

svetsmunstycket själv tryckte på en platta som laddade ett kontaktrör i iskruvningsdelen. Denna lösning skulle ha inneburit att inget externt ställdon behövdes för laddningssekvensen, vilket skulle ha minskat tillverkningskostnaden. Å andra sidan skulle det krävas mer programmering i form av robotkod från robotägarens sida. Den hade också inneburit att rörelserna inte fått ta längre tid än tiden det tagit en separat enhet att göra jobbet. I så fall skulle värdefull produktionstid tas i anspråk för

underhållet. En annan fråga som rörde processflödet var placeringen av laddningssekvensen i förhållande till i- och ur-skruvningen, något som beskrivs i mer detalj i kap. 4.2.

Efter samråd med företagets automationschef beslutades att optimera modulen mot få robotrörelser om det stod mot att använde fler ställdon. Den slutgiltiga svetsmodulen använde sig av en

dubbelverkande luftcylinder med 5/2-ventil för laddningssekvensen samt en envägs luftmotor med 5/2-ventil för i- och ur-skruvning. För luftmotorn skulle en 3/2-ventil räckt, lika så för luftcylindern om den kompletterades med fjäderretur. Processen blev alltså ett resultat av hur robotens rörelser

programmerades i förhållande till de pulser som programmerats för att styra luftcylindern och luftmotorn.

Figur 5 visar en processflödesindelning som gjordes för att demonstrera och tydliggöra de olika momenten och gränsdragningarna däremellan för ett komplett kontaktrörsbyte med hjälp av svetsmodulen:

Figur 5. Processflöde vid kontaktrörsbyte

(21)

4.2 Laddning kontaktrör

Laddning av kontaktrören var den del som var minst utvecklad i svetsmodulens grundkonstruktion och också den del vars slutkonstruktion skiljer sig mest från den ursprungliga tänkta lösningen. Mycket tid lades på idégenerering och tidiga tester. Det fanns också en motivation i att finna en bättre teknisk lösning än den befintliga som bedömdes som allt för komplex både i funktionalitet och ur

tillverkningshänseende. Det är också den del som fungerat mest felfritt i testerna som utförts. Fokus för laddningsdelen lades på att minska komplexiteten, minska antalet delar och ställdon och öka

robustheten. A och O ute i industrin är robusta lösningar som inte felar.

4.2.1 Idégenerering

Den befintliga grundidén gällande laddning av kontaktrör bestod av ett magasin liknande det till en automatkarbin, se Figur 6. Tanken var att kontaktrören likt patronhylsor skulle laddas i magasinet. En fjäder i magasinet pressade fram kontaktrören mot en öppning där ett stift via en luftcylinder skulle mata fram ett kontaktrör till åtdragningshylsan. Hela magasinet med tillhörande luftcylinder satt på en släde som manövrerades av ytterligare en luftcylinder, se Figur 7. Detta för att kunna flytta magasinet ifrån åtdragningshylsan efter laddning så att svetsmunstycket får utrymme att nå kontaktröret.

Figur 6. Gevärsmagasin från en automatkarbin

Figur 7. Befintlig ladd-konstruktion med magasin

Flera problem fanns med denna konstruktion. Till att börja med behövdes en särskild tryckfjäder för att mata ut kontaktrören, samtidigt som den inte fick bygga ut för mycket vid ihoptryckt läge. Detta var

(22)

inte en standardprodukt utan behövde tillverkas efter specifikation. Alternativt kunde utvändiga dragfjädrar användas, men dessa hade komplicerat konstruktionen. Till magasinet behövde sedan en hållare tillverkas som säkrade magasinet på plats. Ovanpå magasinhållaren behövdes en plattform för en luftcylinder som med ett särskilt stift skulle peta ut kontaktröret. Många delar behövde tillverkas från grunden och det var svårt att verifiera delarnas funktion utan att tillverka mer omfattande prototyper. Figur 8 visar hur magasinidén ändå försökte vidareutvecklas och visualiseras.

Figur 8. Tidig magasinidé med pneumatisk utstötare

En vidareutveckling på den här idén var att ställa magasinet upp så att kontaktrören låg horisontellt.

En fast utpetare skulle då kunna peta ut kontaktröret som via en kälkbacke i plåt eller rörstump vändes 90 grader innan den landade i åtdragningshylsan. På detta sätt skulle endast en luftcylinder behövas.

Videofilmer på hur laddningsmekanismerna i gevär fungerar studerades för att komma närmare en lösning. Även TRIZ användes som metod för att försöka komma runt motstridiga krav och hitta en enklare princip för laddningssekvensen. Detta gav inspiration att bredda sökandet till att inbegripa helt andra tekniker. Figur 9 visar hur TRIZ-metodiken kan tillämpas på ett problem:

Figur 9. En del av TRIZ-metodiken

En 3D-skrivarer togs till företaget för att påbörja utskrift av rördelar för provning. I samband med det insåg vi dock fördelen av att hantera och ladda kontaktrören i rör. De patronformade kontaktrören gled lätt genom stålrör med 8 mm inre diameter. I det ögonblicket föddes tanken att ladda kontaktrören vertikalt staplade på varandra. Idén hade dykt upp tidigare men avfärdats eftersom magasinet skulle bli mycket längre än om kontaktrören packats bredvid varandra. Fördelarna var dock många;

kontaktrören står i rätt utgångsläge för laddning i åtdragningshylsan, frammatningen sker med hjälp av gravitationen, magasinet består i sin helhet i princip endast av ett standardrör som lätt kan fästas

(23)

mot andra anordningar. Längden på laddröret sattes till ca 200 mm. Längden på ett kontaktrör är 34 mm vilket innebär att 6 st. kontaktrör får plats. Den storleken ansågs som en första rimlig avvägning mellan hanterbarhet och kapacitet. Utan problem kan laddröret sedan förlängas genom att byta till ett längre rör eller genom att ansluta en slang.

Ett grundproblem kvarstod dock. Hur ska överlämningen mellan kontaktrör och iskruvare gå till, samtidigt som laddningsröret måste kunna flyttas för att lämna plats åt svetsmunstycket?

Figur 10. Skiss på tidig laddidé

Efter att ha kommit fram med ett antal förslag på lösningar (Figur 10) kom vi tillsammans med vår handledare fram till en lösning med en fjädrande ”hyllpinne” som följde med under laddröret.

Figur 11. Skisser hyllpinne-koncept

(24)

Hyllpinnen erbjuder stöd för det nedersta kontaktröret och stopp så att inte alla kontaktrör faller ut.

När hyllhållaren och laddröret förs mot åtdragningshylsan fjädrar hyllpinnen mot åtdragningshylsan och låter det nedersta kontaktröret laddas i åtdragningshylsan. När hyllhållaren och laddröret förs tillbaka mot ursprungsläget glider nästa kontaktrör ned från det framförvarande och tillbaka på hyllpinnen som släpper sin fjädring och rör sig tillbaka i samma sekvens, se Figur 11.

4.2.2 Beräkning och mätningar

Företaget lagerhöll ett antal luftcylindrar för olika prototypbyggen. Bland dessa fanns en

SMC-CXSM15-40 dubbelverkande dubbelkolvscylinder med en slaglängd på 40 mm som passade denna applikation utmärkt. I och med att laddningsförfarandet kan ske parallellt med

urskruvningsprocessen är hastigheten på kolvarna inte så kritisk. Ju lägre kolvhastighet desto mer massa kan kolven förflytta. Vid en hög kolvhastighet på 200 mm/s klarar luftcylindern att förflytta ca 5 kg utan överhäng (SMC, 2017) Ett kontaktrör väger ca 12 g så det fanns gott om marginal att flytta ett magasin med flertal kontaktrör.

4.2.3 Konstruktion och tillverkning

Basen för laddningsdelen är den övre plattformen. Dess funktion är att erbjuda

fastsättningsmöjligheter för luftcylindern samt att kunna fästas mot den övriga svetsmodulen. Den övre plattformen består av konstruktionsaluminium i standardtjockleken 10 mm, se Figur 12. Aluminium valdes för att det är lätt att maskinbearbeta både i NC-maskiner och med handmaskiner. Plattformen skulle inte heller utsättas för något större slitage. Inte heller fanns krav på att minska byggvolymen.

Figur 12. Sprängvy över laddninsfunktionen

(25)

Figur 13. CAD-konstruktion av laddningsdelen

På plattformen som förbinder de båda luftcylinderkolvarna monterades en slags hållare för hyllpinnen, i rapporten kallad hyllhållare. Hyllhållaren är fäst i kolvplattformen och sträcker sig ned genom två spår till undersidan av den övre plattformen, se Figur 13. Dess syfte är att fungera som hållare för hyllpinnen. En PCM teflonbussning som lagringsenhet är inpressad i hålet för hyllpinnen. En

tryckfjäder sitter trädd på hyllpinnen och låst mellan hyllhållaren och en låsring. På andra sidan sitter ytterligare en låsring som ändlägesstopp. Hyllpinnens diameter har dimensionerats för att erbjuda en tillräckligt bred plattform för kontaktrören att stå på utan problem.

Rörhållaren konstruerades som en bockad plåt med fästhål direkt mot kolvplattformen. Den bockas som ett U och två hål fungerar som hållare för laddröret.

Laddröret förseddes med en låsring som stoppfunktion.

Figur 14. Laddningskonstruktion med tillhörande delar

(26)

I samband med tillverkningen upptäcktes ett färdigt fäste som av en slump fungerade utmärkt som laddrörshållare. Detta erbjöd samma funktion och användes i stället för att låta tillverka den variant som konstruerats. För att enklare kunna justera laddrörets höjd användes en kabelgenomföring som stopp istället för en låsring.

Totalt består laddningskonstruktionen av endast 15 st. komponenter inklusive fästelement och den övre plattformen, varav 10 st. är standardkomponenter, se Figur 14.

Ritningar för den övre plattformen samt hyllhållaren skickades iväg till en underleverantör som fräste hål och spår. Stålrör för hyllpinnen och hyllhållaren kapades med bandsåg och fick låsringsspår svarvade i företagets verkstad.

4.2.4 Testning och iteration

Det första riktiga testet skedde med det slutgiltiga konceptet. En utsågad bit av PET-plast användes som hyllhållare för att också kunna fungera som lagring åt hyllpinnen. Hyllhållaren bestod av en L- vinkel i aluminium varpå laddröret fästs med hjälp av buntband och en tillverkad U-bult. En rörstump fästes på en likadan aluminiumvinkel för att simulera åtdragningshylsan. Under hyllhållaren fästes en stopplåt för att tillåta upprepad laddning utan att kontaktröret behövde plockas bort från en riktigt åtdragningshylsa. Allt skruvades sedan fast på ett svetsbord med tillhörande tvingar och distanser, Figur 15.

Figur 15. Prototyp av laddningsfunktionen

Något som upptäcktes vid testförberedelserna med avseende på hyllpinnen var risken för s.k.

byrålådeeffekt. Alltså att hyllpinnen, när belastad med tyngden från alla kontaktrören, kilar fast sig i lagringen på hyllhållaren. Initiala tester visade att det vid kombinerad axiell och radiell kraft fanns tendenser till fastkilning. För att minska den möjliga snedvinkeln som gav upphov till fastkilningen byttes hyllhållaren till en variant i aluminium med en längre bussning som tilläts sticka ut någon millimeter. Detta ledde till en säkrare gång och minskade behovet av att förlita sig på luftcylinderns kraft att motverka eventuella fastkilningstendenser.

(27)

De första testerna var mycket lyckade. Laddningssekvensen gick att upprepa utan några tecken på att kontaktrören kom snett i åtdragningshylsan, missade hyllpinnen eller på annat sett felade. För att istället provocera fram fel ökades laddningshastigheten till ca 10 ggr normala hastigheten. Men inte heller det orsakade att mekanismen felade. Figur 16 visar hela laddningssekvensen steg-för-steg.

Figur 16. Laddningssekvensen steg-för-steg

4.3 Urskruvning kontaktrör 4.3.1 Idégenerering

Urskruvningssekvensen var förmodligen den del på svetsmodulen som kommit längst i konstruktions- och testningsavseende innan detta examensarbete påbörjades. Det är också den tekniskt mest

komplexa delen. Konceptet som togs över bygger på en fjäderförspänd delad konisk hylsa försedd med en invändig motgänga. Hylsan är också försedd med ett genomgående hål för att tillåta en stötpinne kopplad till åtdragaren att peta loss ett det urskruvade kontaktröret som sitter fast i urskruvaren, se Figur 17.

(28)

Figur 17. Urskruvningssekvens

Tanken är att svetsmunstycket trycker kontaktröret mot den förspända urskruvningshylsan. Sedan startar luftmotorn och roterar hylsan moturs. I och med att gängorna i den koniska hylsan är motgängade är tanken att kontaktröret dras fast så hårt in i hylsan att rotation hindras medan kontaktröret skruvas loss.

I detta läge sitter kontaktröret fast i urskruvningshylsan medan svetsmunstycket rör sig mot åtdragningshylsan. I och med stötpinnen som är fäst i åtdragaren och löper vertikalt ned mot kontaktröret, petas kontaktröret loss i samband med åtdragningssekvensen. Om kontaktröret skulle sitta för hårt fast i den motgängade konan, orsakar petpinnens tryck att de två konhalvorna delar på sig och släpper greppet om kontaktröret.

Idégenereringsfasen gick i detta fall ut på att värdera och undersöka alternativa lösningar. Tanken på en kona är logisk i och med att endast svetsmunstyckets rätlinjiga rörelse behövs för att skapa ett radiellt tryck mot kontaktrörets sida. Med en motgänga ser man också till att åtdragningssekvensen drar kontaktröret ännu hårdare in i konan för att på så vis låsa rotationen.

Att dela konan för att säkerställa att det urskruvade kontaktröret släpper kräver att många olika komponenter samverkar. Samtidigt är det möjligt att petpinnens tryck räcker för att stöta ut

kontaktröret. Ett beslut togs att behålla den påbörjade konstruktionen i princip oförändrad. Dels för att den bedömdes ha goda chanser att fungera. Dels för att konstruktionen var integrerad med

åtdragningsdelen och inte riktigt gick konstruera om utan att påverka flera andra funktioner.

Luftmotorn i den befintliga konstruktionen är likadan som den som sitter i vissa automatiska svetsrensstationer. Vid 6.3 bars tryck ger motorn vid maximal belastning ett vridmoment på 2,4 Nm och ett varvtal på 1040 varv/min (Atlas Copco Air Motors, 2017) Ett kontaktrör har ca 5 gängor vilket betyder att kontaktröret teoretiskt sett bli urgängat på 5/(1040/60)=0.3 s.

(29)

Konstruktionen som chefskonstruktören på IFTL påbörjat bestod av 3 huvudkomponenter, se Figur 18.

Den första delen består i ena änden av en invändigt motgängad konisk hylsa och är den delen som kommer i kontakt med kontaktröret. Den andra änden avslutas som en större stympad kon. Hela komponenten är sedan delad längs sin huvudaxel.

Figur 18. Urskruvare

Den andra delen är en konisk hållare som matchar den stympade konen. När den delade

urskruvningshylsan står i den koniska hållaren matchar de två halvorna precis och bildar en enhet. Två små fjädrar håller åtdragningshylsan på plats och två ovala hål fungerar som rotationsstopp och möjliggör att konan kan dela sig ett par millimeter. Syftet med den koniska hållaren är att pressa ihop de två halvorna när kontaktröret trycks mot urskruvningshylsan. När trycket sedan släpper och stötpinnen trycker på det fastsittande kontaktröret kan urskruvningshylsan dela på sig ifall kontaktröret sitter fast. På så sätt säkerställer man att det alltid går att lösgöra det urskruvade kontaktöret.

Urskruvningshylsan och den koniska hållaren sitter sedan fjäderförspänt monterade i den s.k.

urskruvaren. Rotation hindras medan fjädring tillåts genom ovala spår på sidan. Förspänningen erbjuder erforderligt tryck mellan urskruvningshylsan och kontaktröret medan luftmotorn roterar urskruvaren och urskruvningssekvensen pågår. Urskruvaren är fäst genom en motgänga direkt i det drivande kugghjulet. Detta är en elegant lösning som fungerar eftersom motorn roterar åt samma håll vid både ur- och i-skruvning i och med att respektive del är placerad på var ände om rotationsaxeln.

Tanken med att placera urskruvningsdelen på undersidan var också att tillåta smuts och svetssprut som fastnat på kontaktröret att falla ut ur urskruvningshylsan.

Urskruvningshylsan tillverkades genom att två identiska enheter tillverkades. Sedan frästes ena halvan av längs huvudaxeln. Om enbart en del hade tillverkats och istället sågats itu hade de två delarna inte kunnat ligga dikt an mot varandra utan behövt distanser. Motgängan hade också fått ett avbrott lika brett som sågspalten vilket skulle kunna ha gett upphov till problem. De övriga delarna svarvades och frästes med företagets NC-maskiner.

De första testerna med urskruvningshylsan gjordes för hand innan den delats, se Figur 19. Ett kontaktrör trycktes med handkraft mot hylsan och vreds moturs. Kontaktröret nöps som önskat fast i hylsan så fort den pressades in. De första testerna verkade lovande.

(30)

Figur 19. Handtest av motgängad kona

Följande tester skedde med hela urskruvaren monterad i svetsmodulen, se Figur 20. Även här fungerade urskruvningsfunktionen som tänkt då den varje gång lyckades gänga ur kontaktröret ur svetsmunstycket.

Figur 20. Urskruvare i svetsmodulen

Ett problem som uppmärksammades var att kontaktröret inte alltid fastnade i urskruvningshylsan utan istället ramlade ur okontrollerat när svetsmunstycket rörde sig därifrån. I och med att urskruvningen sker med så hög rotationshastighet hoppar det urskruvade kontaktröret flera gånger mot

svetsmunstycket innan det släpper helt. För att utesluta detta som felkälla programmerades roboten att röra sig nedåt samtidigt som urskruvningssekvensen pågick. Detta tycktes påverka felfrekvensen något, men fortfarande släppte kontaktröret från hylsan då och då. I och med att detta inte var ett kritiskt problem ägnades inte mer tid till att åtgärda detta. I kap. 6.2 beskrivs närmare förslag för att hantera problemet.

(31)

Figur 21. Ihop-svetsad urskruvare

Vid slutet av testerna upptäckte vi att den delade urskruvningshylsan faktiskt aldrig behövde dela på sig för att släppa kontaktröret. Det räckte med att stötpinnen vid iskruvningssekvensen tryckte mot kontaktröret för att det skulle stötas ur. För att bekräfta att så var fallet svetsades urskruvningshylsans två halvor fast i den koniska hållaren, se Figur 21. Resultatet blev att funktionen var oförändrad. Detta betyder att hela urskruvningskonstruktionen kan göras helt utan den delade urskruvningshylsan eller den koniska hållaren. Idéer kring förändringar och förenklingar av denna konstruktion presenteras i kap. 6.2.

4.4 Iskruvning kontaktrör 4.4.1 Idégenerering

Den idé som chefskonstruktören på IFLT genererat var att kontaktröret skulle falla ner i en hylsa med nyckelgrepp som motsvarade formen på kontaktröret. Nyckelgreppen skulle garantera en kontrollerad åtdragning vars moment styrs av slirkopplingen. Dessutom finns det vissa kontaktrör som är helt raka som helt skulle behöva förlitas på att dras åt med nyckelgreppen, se Figur 22. Lösningen var också konstruerad på ett sådant sätt att iskruvning och urskruvning skulle ske på samma axel. Det utnyttjar det faktum att man med samma rotationsriktning på motorn kan skruva ur kontaktröret på undersidan och skruva i det på översidan. Det är en väldigt platsbesparande och elegant lösning så huvudkonceptet valdes att behållas och vidareutvecklas, se Figur 23

Figur 22. CAD-konstruktion på snittat nyckelgrepp

(32)

Figur 23. CAD-konstruktion på iskruvaren

Idén med nyckelgreppet valdes att gå vidare med är grundat på att kontaktrören vid åtdragning alltid är helt nya. Det borde alltså inte vara några problem att träffa ett nyckelgrepp med relativt snäva toleranser. Det som däremot händer i verkligheten är att kontaktrören i 9 fall av 10 inte landar rätt direkt utan ställer sig på nyckelgreppet i hylsan i väntan på att dras åt. Åtdragaren skulle då vara konstruerad så att svanhalsen går ner mot kontaktröret och fjädrar nedåt för att förspännas och trycka kontaktröret mot den invändiga gängan i svanhalsen. Vid åtdragning skulle kontaktröret hamna rätt i sina spår och förspänningen då ta hand om de millimetrar kontaktröret ytterligare fallit ner. Denna idé fanns sedan innan projektet startade och valdes att gå vidare med. Det är ett vanligt sätt att säkerställa att två gängade delar får grepp om varandra och skruvas ihop. Förspänningen utnyttjas också när det urskruvade kontaktröret ska stötas ur. Genom att hållaren för åtdragaren är borrad och gängad från sidan kunde den erbjuda en stabil men justerbar fastsättning för pinnen som agerar utstötare, se Figur 24. Hållaren skulle oavsett behövts skruvas och gängas då den ska kunna överföra

åtdragningsmomentet från motorn samtidigt som den ska kunna röra sig axiellt.

Figur 24. Iskruvarens förspänning och utstötare

(33)

Redan här började konstruktionen ifrågasättas eftersom det kändes som om kontaktröret lätt kunde fast mellan nyckelgreppen och blir svårt att avlägsna med roboten. Därför lades en säkerhetsåtgärd i form av ett låsringsspår med en låsring och bricka till för att låsa åtdragaren i axiellt led om roboten samtidigt som den försöker få ur kontaktröret även tar med sig hela åtdragaren, se Figur 23.

Även fast dessa åtgärder hanterats för att åstadkomma en kontrollerad åtdragning av kontaktröret fungerade inte åtdragning som tänkt. Kontaktröret fick aldrig en chans att ställa sig rätt i nyckelgreppet utan nöp i åtdragningshylsan, se kap. 4.4.4 för vidareutveckling.

För att uppnå rätt åtdragningsmoment vid varje iskruvning av kontaktröret hade chefskonstruktören tagit fram en slirkoppling. Slirkopplingen delar den genomgående axeln mellan iskruvaren och urskruvaren. Urskruvaren behålls direktdriven av motorn medan iskruvaren blir begränsad av

slirkopplingen. Slirkopplingen består av 3 st. lameller gjorda av ett värmetåligt packningsmaterial som ligger mellan 4 st. stålskivor. Kopplingen spänns ihop av fjädrar som kan väljas olika hårda beroende på vilket åtdragningsmoment som ska användas. Konstruktionen var redan tillverkad när projektet togs över och den fungerade som tänkt och behölls därför omodifierad.

För att avgöra hur hårt kontaktröret behöver dras åt mättes åtdragningsmomentet med en

momentnyckel efter att kontaktröret dragits åt med handverktyg. Åtdragningsmomentet uppmättes till ca 1–1,5 Nm.

Varvtalet från motorn vid arbetstryck är 1040 varv/min och utväxlas med kugghjulen i ett förhållande 1:1. Slirkopplingen garanterar att åtdragningsmomentet blir detsamma vid varje kontaktrörsbyte.

Åtdragarens nyckelgrepp tillverkades i ett stycke rostfritt stål och fästes på hållaren. Den cylindriska formen svarvades men nyckelgreppets form innebar att den behövde fräsas från två håll för att kunna komma åt med pinnfräsen. Två tillverkningsmetoder och ett flertal operationer krävdes för att tillverka en detalj som i CAD såg enkel ut.

Hållaren svarvades till tänkt form och borrades och gängades från sidan. Därefter svetsades nyckelgreppet fast, se Figur 25.

Figur 25. Ihop-svetsat nyckelgrepp

(34)

Ytterdelen svarvades och spåren för skruvarna frästes med pinnfräs, se Figur 26.

Figur 26. Svarvad ytterdel med frästa spår

Första testet med åtdragaren var vid första anblick lyckat då kontaktröret drogs åt med tänkt

åtdragningsmoment och slirkopplingen hindrade överåtdragning. Det som dock egentligen hände var att kontaktröret aldrig hann sätta sig i nyckelgreppet utan stod istället på kontaktrörets koniska del vid åtdragningen. Dessutom upptäcktes det att när man förde bort svanhalsen från svetsmodulen fastnade kontaktröret i hållaren och vibrationer uppstod i svetsmodulen. Detta problem förvärrades ännu mer när kontaktröret faktiskt hamnade rätt och lade sig i nyckelgreppet. Friktionen mellan

åtdragningshylsan och kontaktröret blev för stort vilket gjorde att kontaktröret nöp i hylsan. Det uppfattades också som osäkert att behöva hantera två lägen som kontaktröret kan landa i efter laddning. För en mer robust konstruktion skulle ett läge som är mer repetitivt föredras.

För att inte helt förkasta idén om ett nyckelgrepp gjordes även ett test med en hylsa i aluminium med större toleranser mot kontaktröret än tidigare. Det löste till viss del problemet där kontaktröret nöp i hylsan men inte problemet med att kontaktröret inte hann lägga sig i nyckelgreppet innan åtdragning.

Tillbaka ritningsbordet bestämdes det att nyckelgreppet skulle förkastas och istället ersättas med en kona där enbart friktionen skulle hålla kontaktröret stilla vid åtdragning. För att inte kontaktröret skulle nypa i konan valdes en något brantare vinkel på hylsans kona. Se Figur 27 för en snittad bild på lösningen.

Figur 27. Konisk åtdragningshylsa i ett stycke, snittvy.

(35)

Efter tester kunde det konstateras att friktionen för åtdragning var tillräcklig och slirkopplingen bestämde åtdragningsmomentet tillfredställande. Problemet med att kontaktröret nöp i hylsan blev bättre men försvann inte helt. Ett snabbt försök gjordes också med en medgänga i åtdragningshylsan.

Delen kallas expanderhylsa och är en standardkomponent som finns att köpa i järnhandeln. Gängan skulle bita tag i kontaktrörets mjukare koppar och dras åt. Försöket misslyckades dock i och med att medgängan snabbt blev slö och kontaktröret började slira innan rätt åtdragningsmoment uppnåtts, se Figur 28.

Figur 28. Expanderhylsa

Nu lades fokus på att få bort nypet i hylsan. Vid tillfällen då kontaktröret fastnar i konan uppstod vibrationer i svetsmodulen som i längden kan vara skadliga för svetsmodulen. Dessutom bidrar det till att slitaget på robotens leder ökar. För att motverka detta frästes ett snett spår i ytterdelen. Det sneda spåret gör så att hållaren för åtdragningshylsan roterar motsols då svanhalsen förs uppåt. Denna motsolsrörelse hjälper då kontaktröret att släppa från hylsan. Flera varianter av snett spår prövades. I samband med testerna upptäcktes det också att ett spår för skruven och slitsen räcker. Nuvarande lösning använde sig av två spår vilket alltså visade sig vara onödigt, se Figur 29.

Figur 29. Snedskuret spår i ytterdelen på iskruvaren

Testerna med snett spår och konisk åtdragningshylsa visade sig lyckade och konstruktionen valdes att behållas i detta läge. En sista åtgärd för att helt garantera ett mjukt släpp var att låta roboten röra sig uppåt medan motorn fortfarande roterade. Vid efterföljande tester har kontaktröret inte fastnat i hylsan sedan dessa åtgärder infördes.

(36)

4.5 Styrning för gashylsa 4.5.1 Idégenerering

Den styrning som fanns hos IFTL vid projektets start bestod av fyra kullager som skulle styra gashylsan till sitt rätta läge om svanhalsen slagit sig av den höga värmeutvecklingen från svetsoperationerna. Den lösningen kändes direkt som en överkomplicerad lösning för ett enkelt problem. Idén bestod av många, relativt dyra delar som krävde bearbetning och svetsning för att tillverkas, se Figur 30

Figur 30. CAD-konstruktion över styrare

Istället fokuserades det på att göra en enkel lösning med få delar. Första idén kom från att ha sett de glidlagerbussningar som används till axeln för i- och urskruvaren. Se Figur 31

Figur 31. Glidlagerbussning, Internordic, 2017)

(37)

Problemet med dessa var att de inte kom i samma diameter som gashylsan, 24 mm. På grund av detta togs det fram en lösning som bestod av ett plastmaterial med låg friktion som hylsan skulle släpa emot och styras rätt. Plattan placerades överst för iskruvaren respektive underst för urskruvaren.

Placeringen gynnade servicevänligheten om dessa skulle behöva bytas vid slitage. Förenklingen av styraren innebar att den blev enkel att tillverka, endast en komponent krävdes och materialkostnaden minskade. Ett problem som kan uppstå med denna typ av lösning är att den kräver ett koniskt

kontaktrör för att fungera, vilket användes i vårt fall, 4.5.2 Konstruktion och tillverkning

Vid tillverkning av styraren användes en PET-plast som fanns tillgänglig på företaget. Styraren frästes ur ett stycke med en pinnfräs. Eftersom testerna som skulle göras inte innebar någon svetsning togs ingen hänsyn till att plasten behöver klara höga temperaturer, se Figur 32.

Figur 32. Styrare för gashylsan

Vid första testet upptäcktes det att hålet som tagits upp för gashylsan hade tillverkats för litet. Det löstes genom att borrbrotscha upp hålet 0,5 mm större hos IFTL.

Testet bestod av att programmera in en punkt som låg snett under styraren. Roboten fick sen försöka gå mot punkten med svanhalsen och styraren fick göra jobbet att räta upp svanhalsen. Punkten

flyttades efter upprepade försök längre ifrån målpositionen för att stegvis påfresta styrare och svanhals mer och mer. Till slut uppnåddes maxläget för hur snett svanhalsen kan gå in och testet ansågs vara lyckat och styraren fungerade som tänkt, se Figur 33.

(38)

Figur 33. Sned gashylsa (a) rätas upp med hjälp av styraren (b)

4.6 Monteringsbas och skyddshölje 4.6.1 Idégenerering

Grundidén som presenterades från IFTL för monteringsbasen till svetsmodulen och dess komponenter var två stycken 10 mm aluminiumplattor som hölls samman med distanspinnar och skruv. Utöver detta var det tänkt att någon typ av upphöjning skulle erbjuda stöd för den luftcylinder som skulle hålla både magasin för kontaktrören och styraren för svanhalsen på plats. Företaget hade inte presenterat någon idé på hur ett skyddshölje skulle kunna se ut för att skydda de mer känsliga komponenterna som kugghjul och slirkoppling, se Figur 34.

(39)

Figur 34. CAD-konstruktion på monteringsbasen

Grundidén där plattformar som separeras av distanspinnar behölls eftersom den på ett

platsbesparande sätt ger fästpunkter för motor och åtdragningsenheten. Dessutom sker iskruvning och urskruvning på en gemensam axel vilket innebär att svetsmodulen måste konstrueras på höjden snarare än bredden. Distanspinnarnas utformning och längd omkonstruerades ett flertal gånger. Det var enkelt att justera längden beroende på vad som behövde få plats mellan hyllplanen men det

diskuterades också om distanspinnarna skulle bestå av obearbetade rör eller stänger med gängade hål i ändarna. Rören skulle kräva att gängade stänger användes för att montera ihop plattformarna medan stängerna behövde korta pinnbultar för att fästa plattformarna mot distanspinnarna. För en enklare montering valdes det att använda gängade distanspinnar med pinnbultar, se Figur 35

Figur 35. Distanspinne

Däremot fungerade det inte längre att montera luftcylindern på samma plattform som fäster motor och åtdragningsenhet, då den nuvarande lösning som tagits fram skiljde sig gentemot vad som presenterats av IFTL vid projektets start. Eftersom laddningen och magasinlösningen helt omkonstruerats behövdes det en annan plattform att fästa luftcylindern på.

När luftcylindern flyttades till övre plan presenterades ett antal nya problem. Laddröret som håller kontaktrören ska fortfarande matas ovanifrån vilket är fördelaktigt när cylindern ligger på samma höjd.

(40)

Problemet hamnade istället hos hyllpinnen som ska vara stöd åt kontaktrören när de väntar på att laddas i åtdragaren. Hyllpinnen ligger på en lägre höjd, under luftcylinder, men kräver att den monteras på luftcylinderns släde. För att åstadkomma detta blev lösningen en slitsad platta med spår där hållaren för hyllpinnen kan gå igenom och fästas i luftcylinderns släde, se Figur 36.

Figur 36. Slitsad platta

Plattformarna bidar även till lagring för de roterande delarna som skruvar i och ur kontaktröret från svanhalsen. För motorns kugghjul valde vi att hänga motorn några millimeter ovanför plattan för att slippa lagra kugghjulet mot den nedre plattformen. Motorn fästes med ett klämfäste gjort av en 8 mm skruv med en urtagning med samma radie som motorn, se Figur 37.

Figur 37. Klämpinne

För iskruvaren, slirkopplingen och urskruvaren valdes det att lagra de roterande delarna med

teflonbelagda bussningar. Bussningarna kommer i förbestämda diametrar och höjder vilket till stor del fick bestämma tjockleken på de plattformar de skulle fästas i. För iskruvaren behövde majoriteten av lagringen ske ovanifrån och en lagerbussning ansågs räcka, därigenom kunde en tunnare tjocklek på plattan väljas. För urskruvaren och kopplingen valdes en tjockare platta eftersom två bussningar behövdes från varsitt håll för att en fullgod lagring skulle uppnås.

För att svetsmodulen ska kunna användas i en miljö nära en aktivt svetsande industrirobot krävs det att de känsliga delarna skyddas av någon typ av skyddshölje. Problemet med en tätt slutande kåpa är att servicevänligheten blir sämre. Här försökte vi generera fram en medelväg som tar hänsyn till bådadera. Den första versionen bestod av ett omslutande hölje med en lucka som kilas fast i nederkant och skruvas fast i ovankant. Problemet med denna version var att proceduren att öppna luckan krävde två händer och att man sedan har en lucka och två skruvar i handen som behöver läggas undan.

Version två innefattade istället två bockade gångjärn i underkant med ovala spår i. I ovankant finns ett öppet spår som låses med en tumskruv. Nu går det istället att lossa tumskruven utan att plocka ur den, föra luckan nedåt och sedan fälla ner locket och låta det hänga kvar. Inga delar behöver lossas helt från

(41)

svetsmodulen, se Figur 38. Båda lösningarna var tänka att vara helt öppna på undersidan så inget skräp och damm samlas inuti svetsmodulen utan enkelt ska kunna falla ner på golvet.

Figur 38. Version 2 av skyddshölje till svetsmodulen

Eftersom styraren för svanhalsen inte längre skulle bäras upp av luftcylindern kunde fästet och plattformen för cylindern ned-dimensioneras utan att riskeras deformeras vid användning. Här valdes det en tjocklek på 10 mm vilket i CAD filen kändes tunt. Oron försvann dock när svetsmodulen

tillverkades och dess kompakta storleken gjorde sig påmind.

Distanspinnen är en rostfri stång som är avstucken och gängad i ändarna. Distanspinnen fästes mellan plattorna med en pinnbult, se Figur 39.

Figur 39. Distanspinne med pinnbult

(42)

Övre plattformen är tillverkad av aluminium med frästa spår och gängade hål, se

Figur 40.

Figur 40. Övre plattform

Klämpinnen är tillverkad av en M8-skruv med kapad skalle och med en radie urslipad för att klämma mot luftmotorn, se Figur 41

Figur 41. Klämpinne

Figur 42 visar hyllplanen ihopmonterade med distanspinnarna och övre och nedre styrare.

Figur 42. Hyllplan med distanspinnar och styrare

(43)

Vid testerna fungerade de tillverkade monteringplattorna och distanspinnarna som tänkt efter några mindre justeringar. Vid konstruktion hade för snäva toleranser mellan slits och släde valts vilket gjorde att dessa kärvade vid första testet. Det löstes genom att försiktigt fila upp spåren för hand. Vid

montering av luftcylindern upptäcktes två fel. Vid tillverkning hade de två fästhålen borrats 1 mm fel gentemot ritningen som skickats iväg. Dessutom hade vi laddat ner fel cylinder som CAD-fil jämfört med den som fanns tillgänglig hos företaget vilket sammanlagt gjorde att cylindern hamnade 6 mm fel.

Det löstes genom att borra och gänga nya hål i en pelarborrmaskin.

4.7 Sammanställd testning av modul med robot 4.7.1 Testrobot

För att testa modulens olika steg, laddning, urskruvning och iskruvning, i en sammansatt sekvens, användes en industrirobot från Yaskawa. Den användes för att styra den svanhals som brukas vid robotsvetsning hos den tänkta kunden. Det erbjöd en verklighetstrogen miljö för svetsmodulen och möjliggjorde upprepande, cyklande tester, under en längre tid som annars skulle behövt göras manuellt. Ingen svetsprocess utfördes under testens gång eftersom roboten inte står monterad i en svetscell hos IFTL, men roboten programmerades för att utföra de rörelser som en svetsrobot kan tänkas utföra vid ett kontaktrörsbyte i en svetscell.

Vid testerna användes industriroboten Yaskawa MH5LS med tillhörande styrenhet DX100, se Figur 43.

Figur 43. Robot med svetsmodul

Roboten används i industrin för uppgifter såsom montering, plockning, paketering, materialhantering och montering. På grund av dess mindre storlek passade den bra till projektet och eftersom den endast utförde svetsrobotens tänkta rörelser fungerade den mycket tillfredställande för uppgiften. Roboten har 6 stycken axlar, betecknade SLURBT, som kan styras och programmeras individuellt. Roboten väger 29 kg, kan lyfta max 5 kg och har en räckvidd på 895 mm (Motoman, 2017). Roboten drivs på 380V växelström och kan genom programmering mata 24V likström under tidsstyrda pulser för tillbehör som används i kombination med robotens rörelser. Tillbehör som användes vid testerna var en

pneumatisk motor och cylinder. Dessa fick luft genom att styra 24V-matningen från roboten till en 5/2 ventil som aktiverade/avaktiverade tillbehöret vid rätt tidpunkt, se Figur 44.

(44)

Figur 44. Dx100 med kopplingsplint för tillbehör

Eftersom industrirobotar av denna storlek kan vara väldigt farliga vid felhantering hölls en endagsutbildning av den automationsansvarige på IFTL. Fokus lades på säkerheten kring

robothantering och de åtgärder som tas för att erhålla en säker miljö för roboten så ingen riskerade att komma till skada under testerna. Efter utbildningen kunde vi utföra enklare robotprogrammering för att själva ställa in rörelsemönster och pulser för tillbehör.

4.7.2 Testrigg

Då svetsmodulen skulle monteras inför testerna uppstod två problem. På grund av svetsmodulens tänkta funktion där urskruvning och iskruvning sker på undersidan respektive ovansidan var det avgörande att roboten hade ett fritt utrymme att röra sig under och ovan svetsmodulen. Det andra var att roboten och svetsmodulen behövde monteras på samma bord eller stativ. Det var ett krav eftersom roboten hela tiden jobbar mot fasta punkter som förprogrammerades av oss. Skulle dessa punkter sen flyttas på grund av att svetsmodulen och roboten inte är monterade på samma enhet hade felkällorna blivit mycket stora för testningen. Eftersom roboten arbetar med en repeternoggrannhet på +-0,03 mm skulle en mindre knuff av roboten helt förkasta dess noggrannhet och precision (Motoman, 2017).

Då roboten i huvudsak inte är gjord för att användas som svetsrobot behövde ett fäste för svanhalsen tillverkas. En adapterplatta tillverkades som passade på robotens färdiga fästpunkter och monterades med distanser på svanhalsens kollapsfäste, se Figur 45.

Figur 45. Fäste för svanhals på robot

(45)

Som bas för svetsmodulen och monteringsplatta för roboten användes ett svetsbord av märket Demmeler. Med dess vikt på 324 kg erbjöd bordet en mycket stabil bas. Bordet har monteringshål för tillbehör som kunde användas för att fästa stativet som byggdes för svetsmodulen. Som stativ

användes färdiga spårprofiler med tillhörande skruvfästen och vinkeljärn. Ingen svetsning eller borrning krävdes för att bygga stativet till svetsmodulen vilket gjorde att riggen efter testerna kunde demonteras och senare användas igen till andra projekt utan någon materialförbrukning, se Figur 46.

Figur 46. Testrigg med svetsbord, spårprofiler och robot

4.7.3 Robotkod och sekvensprogrammering

All robotprogrammering som utfördes i detta projekt fokuserade på att styra en robot i en öppen miljö på ett säkert sätt. Robotkoden optimerades inte för kortast möjliga sträcka, eller för att kunna

genomföras på kortast möjliga tid. All programmering gjordes i testsyfte för att kunna göra noggranna och upprepade tester på svetsmodulen.

För att programmera roboten användes Yaskawa:s medföljande handdator. Yaskawa använder ett programmeringssystem som består av positionspunkter som användaren sätter ut. Punkterna sätts ut i den ordning det är önskvärt att roboten ska röra sig för att utföra tänkt uppgift. Programmet läser sen punkterna i den ordning de är placerade och roboten rör sig mellan dessa med en hastighet användaren bestämt. Rörelsemönstret mellan punkterna som används går att justera beroende på hur man vill att roboten ska röra sig. I detta projekt användes två olika rörelsemönster mellan punkter:

MOVL – där L står för ”linear”, linjär. Med detta rörelsemönster rör sig roboten till inläst punkt genom linjär interpolation. Rörelsen blir linjär i XYZ led och färdvägen mellan punkterna blir enkla att förutse vilket innebär att få punkter kan placeras ut utan att riskera en osäker förflyttning av roboten. Detta rörelsemönster användes när stor noggrannhet krävdes, t.ex. när svanhalsen skulle föras ned i styraren mot iskruvaren eller urskruvaren.

MOVJ – där J står för ”joint”, led. Med detta rörelsemönster rör sig roboten till inläst punkt genom ledinterpolation. Rörelsen blir mjuk och roboten kan gå mellan punkterna i högre hastighet utan att skapa vibrationer hos roboten eller testriggen. Slitaget på roboten blir också mindre jämfört med MOVL. Nackdelen är att rörelsen mellan punkterna blir svårare att kontrollera vilket kan medföra att flera punkter behöver sättas ut vilket ger fler rader kod och ett tyngre program. Detta rörelsemönster