Koncepce řešení manipulace u pece TGL ESU EcoMax

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Katedra sklářských strojů a robotiky

Studijní program M2301 a N2301 Strojní inženýrství

Studijní obor: 2302T010 Konstrukce strojů a zařízení Zaměření: Sklářské a keramické stroje

Koncepce řešení manipulace u pece TGL ESU EcoMax

Conception of Glass Manipulation before TGL ESU EcoMax Furnace

KSR –19218 Zdeněk Hort

Vedoucí diplomové práce: Doc. Ing. František Novotný, CSc.

Konzultant diplomové práce: pan Kamil Bláha -

Rozsah diplomové práce:

Počet stran: 73

Počet tabulek: 7

Počet obrázků: 65

Počet výkresů: 8

Datum odevzdání: 24. 5. 2007

DIPLOMOVÁ PRÁCE

TÉMA: Koncepce řešení manipulace u pece TGL ESU EcoMax

Anotace:

Práce předkládá návrh robotizované manipulace s přířezy skla. Ukazuje možnosti využití automatizovaného nakládání a vykládání skleněných desek před ohýbací pecí Tamglass ESU EcoMax ve společnosti AGC Automotive Czech a.s..

První část je věnována rozboru výchozí situace s důrazem na formulaci technických podmínek a restrikcí návrhu robotizovaného pracoviště. Dále je předloženo variantní řešení layoutu a vybraná nejvhodnější varianta je podrobně rozpracována do konstrukčního řešení. Poslední část práce předkládá řešení flexibilního chapadla, které umožní manipulaci celým sortimentem skleněných desek. Konstrukční řešení úchopné hlavice je rozpracováno formou výkresové dokumentace. V závěrečné části práce je provedeno technicko–ekonomické zhodnocení navrženého layoutu.

THEME: Conception of Glass Manipulation before TGL ESU EcoMax

Furnace

Annotation:

This diploma work presents a solution of robotic manipulation with glass showing the usage of automated glass handling before Tamglass ESU EcoMax furnace in AGC Automitive Czech Company. First part of the work is focused mainly on analysis of the current situation (technical and layout conditions) followed by presentation of all layout variances. Than a final solution of flexible manipulator for all types of glass plates was chosen and presented in details – drawings of the layout and construction. Last part of this work analyses technical-economical aspects of final solution.

Klíčová slova:

robotizovaná manipulace, přířezy skla, úchopná hlavice, ohýbací pec

Key Words:

Robotic manipulation, Glass tebel, Flexible grip, Bending furnace

Místopřísežné prohlášení:

Místopřísežně prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury.

V Liberci 23. 5. 2007

………

Zdeněk HORT

Poděkování:

Děkuji panu Doc. Ing. Františku NOVOTNÉMU CSc., vedoucímu katedry sklářských strojů a robotiky Technické univerzity v Liberci za příkladné vedení, obětavou spolupráci a velmi cenné připomínky v průběhu řešení diplomové práce.

Obsah:

Úvod ... 9

1. Rozbor a popis stávající situace... 10

1. 1 Princip ohýbání skla... 10

1. 2 Vady skla po ohybu ... 12

1. 3 Ohýbací pec TGL ESU EcoMax ... 13

1. 4 Materiálové vstupy – rozbor sortimentu... 17

1.4.1 Přířezy skla ... 17

1.4.2 Palety ... 18

1. 5 Pracovní prostor... 19

1. 6 Popis současné manipulace se skly... 20

1. 7 Analýza nedostatků současného stavu... 21

1. 8 Formulace požadavků na vývoj nového pracoviště... 21

2. Nová koncepce pracoviště ... 22

2. 1 Varianty koncepčního řešení ... 22

2.1.1 Varianta A... 23

2.2.2 Varianta B ... 24

2.2.3 Varianta C ... 25

2.2.4 Varianta D... 26

2.2.5 Výběr varianty pro konstrukční řešení... 27

2. 3 Rozpracování zvolené varianty... 29

2.3.1 Přehled výkresové dokumentace ... 29

2.3.2 Základní uspořádání linky - layout ... 30

2.3.3 Výběr (stanovení) konkrétního typu robotu... 33

2.3.4 Kompletní proces manipulace ... 35

2. 4 Časová dispozice... 44

2. 4.1 Časová dispozice robotu 1 ... 44

2.4.2 Časová dispozice robotu 2 ... 45

3. Konstrukční řešení úchopné hlavice... 47

3. 1 Uložení rovného skla na paletě... 48

3. 2 Návrh základního rámu... 50

3. 3 Návrh pohonu ... 53

3. 3 Koncový pojezd úchopné hlavice ... 58

3. 4 Boční úchopný prvek ... 59

3. 5 Podtlakové uchopení... 61

3. 6 Výpočty... 62

3.6.1 Návrh motoru... 62

3.6.2 Návrh řemenice... 63

3.6.3 Návrh ložisek ... 63

3. 7 Pracovní postup uchycení dvojskla... 64

4. Externí zařízení... 67

4. 1 Vystředění přířezu skla před vložením na formu... 67

4. 2 Odměření průhybu dvojskla... 67

4. 3 Vložení prokladu na skleněnou desku ... 68

4. 4 Zhodnocení ... 69

5. Technicko-ekonomické zhodnocení navrženého řešení ... 70

5. 1 Technické hodnocení ... 70

5. 2 Ekonomické hodnocení... 71

Závěr ... 72

Seznam použitého označení

Označení Jednotky Název veličiny

a ms^-2 zrychlení

C mm osová vzdálenost řemenic

c₁ - korekční součinitel dle výrobce řemene

c2 - korekční součinitel v závislosti na pracovní teplotě Cn Kč celkové jednorázové náklady na realizaci

Cuv Kč uspořené výdaje

D mm průměr řemenice

d_w mm výpočtový průměr řemenice D_W mm² průměr přísavky

F_B N korekční síla

FRC N odpor vedení

F_t N třecí síla

FN N normálová síla

F_U N úchopná síla paralelní s plochou Fy N síla působící v ose y

F_x N síla působící v ose x Fz N síla působící v ose z g m.s^-2 gravitační zrychlení

Hm Kč hrubá měsíční mzda

i_P - převodové číslo

J_A kg.cm² moment setrvačnosti pohonu J_pr kg.cm² moment setrvačnosti převodovky J_M kg.cm² moment setrvačnosti motoru JL kg.cm² moment setrvačnosti zátěže k - součinitel bezpečnosti

k1 - součinitel bezpečnosti uchopení

k_C - celková bezpečnost

k0 - statická bezpečnost

l m délka

L mm délka řemenice

L_l hodin provozní doba ložiska

m kg hmotnost

m_bu kg hmotnt bočního úchopného prvku

m_R kg hmotnost 1 m extrudovaného profilu 8 120 x 40

m_UP kg hmotnost bočního úchopu mz kg celková zátěž motoru

M_m Kč měsíční mzdové náklady

MR Nm rozběhový moment

M_x Nm moment kolem osy x

My Nm moment kolem osy y

M_z Nm moment kolem osy z

Ni rok návratnost investice na realizaci n_P min^-1 otáčky pastorky

P - celkový počet pracovníků

Pp - počet pracovníků na jednu směnu Rm Kč roční mzdové náklady

t1 s čas rozběhu

t_Ř mm rozteč zubů řemenice vp m.s^-1 rychlost posuvu

z_Ř - počet zubů řemenice

Zc Kč mzdové náklady pro celé pracoviště

ε s^-1 zrychlení

ωP rad.s^-1 úhlová rychlost pastorku

Úvod

Ve společnosti AGC Automotive Czech a.s. jsou vrstvená čelní skla automobilu vyráběna gravitačním tvarováním. Diplomová práce se zabývá automatickou manipulací s přířezy skla před ohýbací pecí Tamglass ESU EcoMax.

Ohýbací pec není v in-line provozu a rovné i ohnuté skleněné desky jsou umístěny na paletách.

V současné situaci je ve vymezeném prostoru uspořádáno 6 až 8 palet pro rovné a dalších 6 až 8 palet pro ohnuté sklo. Manipulace probíhá manuálně - dva pracovníci pokládají rovné sklo do pece a dva odebírají ohnuté sklo. V peci je současně 6 až 8 typů skla s rozdílnými rozměry - rozdíly mohou být až 1 m (na výšku i na šířku). Celkový pracovní prostor před pecí je omezen půdorysnou dispozicí 7 x 20m.

Diplomová práce analyzuje možnosti automatizace manipulačního procesu při procesu ohýbání přířezů skla.

První část je věnována rozboru výchozí situace s důrazem na omezení týkající se návrhu robotizovaného pracoviště.

Dále jsou na základě těchto omezení stanoveny různé možnosti layoutu a vybrána nejvhodnější varianta, která je podrobně rozpracována.

Poslední část práce předkládá řešení flexibilního chapadla, které umožní manipulaci celkovým sortimentem skleněných desek. Konstrukční řešení úchopné hlavice je rozpracováno formou dílčí výkresové dokumentace.

Na závěr je provedeno technicko–ekonomické zhodnocení navrženého layoutu.

V první kapitole se budeme postupně zabývat všeobecně platnými zásadami pro technologii ohýbání skla a rozborem vstupní situace.

Kapitola se zabývá:

• obecným principem ohýbání skla,

• vadami skla po ohybu,

• vstupními podmínkami na pracovišti – pec, přířezy skla, palety, pracovní prostor,

• analýzou stávající situace,

• požadavky na nové pracoviště.

1. 1 Princip ohýbání skla

Skleněné desky, z nichž má být vyrobeno čelní sklo, projdou před sestavením dvojice do pece procesem ořezávání, opracování, mytí, potisku a práškování.

Vrstvená čelní skla se nejčastěji vyrábějí gravitačním tvarováním. Sklo mění tvar působením své vlastní tíže za přesně určené teploty řídící se viskozitou materiálu.

Přitom nedochází k žádnému mechanickému kontaktu jako při některých postupech tvrzení skla. Je velmi důležité, aby se dvojice přířezů skla, jež tvoří čelní sklo, ohýbaly současně. To umožní vzájemné přizpůsobení obou skleněných desek a následně jejich spojení za optimálních podmínek. Malé odchylky ve vypouklosti v průběhu této operace by mohly mít negativní důsledky na další výrobní fázi. Mezi vrstvy by se mohl dostat vzduch či plyn, což by vedlo ke zhoršení optických vlastností výsledného sandwichového skla.

Pro zajištění žádoucího propadání skleněných přířezů v peci se musí vrstvy skla zahřát až na teplotu, kdy sklo měkne. Ohýbání je obecně rozděleno do dvou částí.

V první části se vrstvy skla zahřejí postupně na teplotu cca 570^oC bez ohledu na typ skla. Ve druhé části se přířezy skla ohýbají podle specifik finálního výrobku. Zahřívání v této části musí tudíž odpovídat charakteristikám zakřivení výsledného čelního skla.

Obr. 1.1 Forma pro gravitační ohýbání přířezů skla

Pro zajištění procesu tvarování skla gravitací se musí přířezy umístit na speciální suport, jemuž říkáme forma. Forma je znázorněn na obr. 1.1 .

Forma musí vyhovovat dvěma základním požadavkům:

- na jedné straně musí odpovídat konečnému tvaru a zakřivení, jaké musí tabule skla mít na konci celého procesu ohýbání,

- na druhé straně musí umožnit přesné polohování skla po celou dobu manipulace uvnitř pece, a to od chvíle, kdy je tam vloženo.

Z tohoto důvodu je forma většinou vybavena kloubovým spojením.

Celkově jsou pro kompletní proces ohýbání vrstveného skla nezbytná tato zařízení:

• pec pro ohřátí a gravitační prohnutí ořezaných a obroušených dvojic vrstev skla,

• chladicí zařízení při výstupu z pece,

• formy, na něž se ukládají dvojice přířezů skla,

• dopravník, na který jsou napevno uloženy formy umožňující manipulaci uvnitř pece.

Dvojsklo vložené na formu do pece musí mít mezi přířezy skla práškování.

Správné a stejnoměrné práškování je podmínkou úspěchu vlastního ohýbání.

Nejčastěji se z práškových materiálů mezi skla vkládá roztok Na₂SO₄, mastek, CaCO₃ nebo SiO2.

Po procesu ohnutí je mezi dvě vrstvy skla vložena fólie, která umožňuje jejich hladký pohyb, aniž by snížila jejich počáteční optickou kvalitu. Teoreticky může ke vzájemnému pohybu skel dojít pouze tehdy, jestliže je rozdíl mezi středním poloměrem zakřivení vnějšího a vnitřního skla v toleranci tloušťky skla. Ve skutečnosti je velice náročné zajistit současné ohýbání dvou skleněných tabulí s přesností vyšší než 1%.

Obtíž spočívá v tom, že je problém lokalizovat tok zářivé energie do míst, která ji vyžadují. Navíc se dvě vrstvy skla mohou odlišovat tloušťkou a zabarvením, případně se na okraje může dostat glazura, což je častý případ u vnitřní vrstvy.

Mezi nejdůležitější vady po ohybu dvojskla patří:

a) Ohyb mimo toleranci

Tyto vady mohou mít dvě pravděpodobné příčiny.

• První z nich je spojena s formou:

- nesprávné nakládání skel na formu, - špatné vystředění formy v peci.

• Druhá s procesem ohřevu v peci:

- chybná elektronická regulace pece.

b) Malé rozdíly v ohnutí mezi přířezy skla

Vada se projeví zejména během dvou dalších fází, tzn. během spojování a po práci v autoklávu: během kalandrování sklo praská a po autoklávu jsou ve skle ještě bublinky.

c) Prasknutí skla po ohnutí

Může být způsobeno příliš rychlým ochlazením, špatným rozdělením pnutí, chybným tvarováním (mikropraskliny na okrajích) a vadami skelné hmoty.

d) Sklouzávání tabulí skla po formě

Jestliže pár tabulí skla ve formě klouže, protože na okrajích není formou dostatečně podepřen, je čelní sklo po ohnutí příliš zkroucené. V tomto případě je vhodnější nevyjímat čelní sklo z formy automaticky, protože může být uvnitř zablokováno a museli bychom zastavit pec. Vadné čelní sklo je proto lepší sejmout ručně a někdy je nutno sklo rozbít přímo v soupravě forem.

Klouzání může být způsobeno vadným zakládáním do pece anebo poruchami způsobenými kinematikou posuvu forem (např. je nevhodná akcelerační rampa).

e) Stopy po formách

Tato vada souvisí s výrobním postupem a zcela se jí nezbavíme nikdy. Je však třeba dbát, aby se tato vada nevyskytla příliš daleko od kraje, protože by bylo patrné příliš velké optické zkřivení. Za přijatelnou se pokládá vzdálenost od okraje 5 až 7 mm.

f) Tabule se slepí

Tato vada souvisí hlavně se špatným práškováním anebo s tím, že někde práškování úplně chybí.

g) Vady sítotisku

h) Optické vlastnosti

Optické vady mohou mít nejrůznější příčiny. Mezi hlavní důvody patří:

• chybné práškování

• úlomky izolačních vláken napadané do skla

• špatná optická kvalita (heterogenita) surového skla

• špatná poloha topných prvků vůči sklu

Při řešení manipulace u pece ESU EcoMax je nejzávažnější vadou po ohybu sklouzávání tabulí skla po formě, při němž se může sklo uvnitř formy zablokovat.

Tento problém bude řešen pomocí pneumotorů, které přizvedávají ohnuté sklo nad formu. Nebude-li koncový spínač pneumotoru sepnut do zadaného časového intervalu, manipulační proces bude přerušen a zablokované sklo projde ještě jednou procesem ohýbání, při němž sklo po opětovném zahřátí propadne formou a uvolní ji.

Za současného stavu se vada sklouzávání tabulí skla po formě týká přibližně 0,7% ohýbaných přířezů skla.

1. 3 Ohýbací pec TGL ESU EcoMax

Přířezy skla jsou ohýbací pecí TGL ESO EcoMax vedeny ve dvou patrech, jak je znázorněno na obr. 1.2 . Z přední strany pece je na formu vložen přířez skla, který je vrchním patrem krokově přesouván do zadní části pece. Postupně je sklo zahříváno a v zadní části pece dochází k finálnímu průhybu. Následně přechází forma s ohnutým sklem do spodního patra a je přemisťována opět k přední straně, kde je ohnuté sklo odebráno.

Ohýbací pec využívá přestup tepla z již prohnutých skel, která jsou ve spodním patře pod rovnými přířezy skla, stejně jako elektrický předehřev v procesu ohýbání tak, aby se teplota zvyšovala stejně na celém povrchu skla vertikálně mezi přířezy skla a mezi sklem a formou. Toto jsou hlavní parametry, které umožňují v průběhu ohýbání skla jednodušší kontrolu tvaru a zkrácení cyklu, a to zejména u složitých výrobků.

Výrobní postup u pece ESU EcoMax spočívá v předehřevu skla zhruba na 300^oC bez jakéhokoliv elektrického ohřevu. Jedná se o úspornější variantu ve srovnání s ostatními výrobními metodami.

Obr. 1.2 Schéma ohýbací pece ESO EcoMax

Z přední části pece je na tuto formu vložen rovný přířez skla. Forma se přesouvá do horního patra pece, ve které jsou přířezy skla v první fázi zahřívány nucenou konvekcí z již ohnutých skleněných desek, které najíždějí k přednímu otvoru v peci ve spodním patře. Ve druhé části pece jsou rovné přířezy skla zahřívány kombinací elektrického ohřevu a konvekcí tepla z ohnutých skel. Dále již probíhá řízené předehřívání podle konkrétního typu skla. V zadní části pece dojde ke konečnému průhybu. Následně se skleněná deska s formou přesune do spodního patra, ve kterém se přemístí k přednímu otvoru, kde je odebrána z formy.

34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1

nakládání nucená konvekce elektrické předehřátí konečné ohýbání

vyjímání vynucené chlazení vlastní chlazení ovládané chlazení

1. nucený přestup tepla – předehřev skel ve formě, využití tepla již ohnutého skla, 2. předehřev skla kombinací mikropřestupu a elektrického předehřevu,

3. konečný předehřev – využití horních, postranních a spodních elektrických ohřívacích elementů ( vrchní elementy jsou samostatně regulovatelné ),

4. prvotní ohyb – použití vrchních a bočních ohřívacích elementů,

5. konečný ohyb – použití vrchních a bočních ohřívacích elementů kontrolovaných pyrometrem.

Obr. 1.4 Bodový ohřev přířezu skla

Přířezy skla při procesu ohýbání procházejí bodovým ohřevem. Jednotlivé ohřívací elementy jsou umístěny ve speciálních prohlubních za účelem ohřevu skla po částech protilehlých k prohlubním. Tato metoda umožňuje lokální ohřev a snadnější kontrolu průhybu skla.

Celý cyklus trvá 52 sekund, z čehož 28 sekund je ohýbací pec ESU EcoMax v klidovém stavu.

52 s čas jednoho cyklu 52 s

28 s klidový stav

24 s přejezd mezi pozicemi

Obr. 1.5 Vstupní časové intervaly

1. 4 Materiálové vstupy – rozbor sortimentu

V peci Tamglass ESU EcoMax jsou ohýbány přířezy skla, z nichž jsou vyráběna čelní skla automobilů.

1.4.1 Přířezy skla

Na vstupu do pece je možno se setkat s různou kombinací tlouštěk skel (vnitřní sklo – vnější sklo) a rozměrů. Nejmenší tloušťka skla je 1,60 mm a největší je 3,00 mm.

Rozměrové odlišnosti přířezů jsou graficky znázorněny na obr. 1.6 .

Tabulka 1.1 Maximální a minimální rozměry skleněných desek

Charakteristika rozměru

Rozměr;

délka x šířka [m]

Plocha [m²]

Tloušťka dvojskla;

tloušťka + tloušťka [mm]

Hmotnost přířezu skla

[kg] /*

Nejmenší skleněná

deska

1,170 x 0,570 0,59 2,15 + 2,65 3,9

Nejvyšší skleněná

deska

1,442 x 1,104 1,59 1,70 + 2,10 8,19

Nejdelší skleněná

deska

1,988 x 0,804 1,60 3,0 + 3,0 11,76

/* je uváděna hmotnost těžšího z obou přířezů skla

Obr. 1.6 Maximální a minimální rozměry ohýbaných autoskel

Materiálové vstupy skla se dále dělí podle zabarvení (dozelena, dobronzova anebo domodra) a podle potisku, který je vždy na vnější straně vnitřního skla.

1.4.2 Palety

Přířezy skla jsou uloženy na speciálních paletách, které jsou znázorněny na obr. 1.7. Palety pro rovné přířezy skel se liší od palet pro ohnutá skla. Sklo se po vyjmutí z pece vkládá do palet, které mají i boční stěny zajišťující bezpečnost při další manipulaci.

a) b)

Obr. 1.7 Palety pro: a) rovné sklo, b) prohnuté sklo Palety pro rovné sklo před ohnutím: Palety pro prohnuté sklo:

(DxŠxV) 1,45 x 0,8 x 1,4 m (DxŠxV) 2,1 x 1 x 1,4 m Na paletě je 100 – 110 ks dvojskel Na paletě je 40 - 50 ks dvojskel

1. 5 Pracovní prostor

Dvojsklo je do pece vkládáno i vyjímáno z přední strany. Jak je zřejmé z obr.

1.8, pracovní prostor před pecí je cca 20 x 7 m.

Počet forem v peci pro jednotlivé typy skel je omezen. Z tohoto důvodu musí být v pracovním prostoru před pecí umístěno osm palet pro rovné sklo a osm palet pro ohnuté sklo. Všechny tyto palety jsou aktivně používány.

Obr. 1.8 Pracovní prostor před pecí ESU EcoMax

Na obr. 1.9 jsou znázorněny rozdílné přířezy skla, které jsou aktivně používány při jedné směně.

Obr. 1.9 Rovné přířezy skla ohýbané v peci TGL ESU EcoMax

4 m

11 m

3 m

7 m

20 m Příjezdová

cesta Příjezdová

cesta

Vyjímání prohnutého

dvojskla

Vkládání rovného dvojskla

Skladované palety s rovným

sklem

Pec TGL

1. 6 Popis současné manipulace se skly

pecí je umístěno osm palet s různými typy rovných skel a osm palet pro skleněné desky po ohnutí. Na jednu směnu připadá pět pracovníků.

Forma s ohnutým dvojsklem najede do koncové pozice, ze které je sklo odebíráno. První pracovník změří průhyb dvojskla (viz obr. 1.10) na středu skla a u levého a u pravého okraje. Naměřené hodnoty zaznamená. Následně dva pracovníci odeberou ohnuté dvojsklo z formy a přenesou na příslušnou paletu, kde na dvojsklo z vrchní strany vloží prokladový kolíček. Po odebrání

ohnutého dvojskla z formy 4. a 5. pracovník na formu položí rovné dvojsklo, které předtím odebrali z příslušné palety tak, aby okraje skleněné desky přesně kopírovaly obvod formy.

Obr. 1.11 Pracovní prostor před pecí ESU EcoMax

Při najíždění nového typu skla se formy v peci vyměňují za plynulého chodu. U nově najetého přířezu skla se měří průhyb skleněné desky před vyjmutím z ohýbací pece, následně se prohnuté dvojsklo uloží na maketu, na které se odměřuje obvodová a ohybová tolerance. Maketa je na obr. 1.12 . Splňuje-li sklo všechny měřené hodnoty, kontroluje se již jen průhyb skleněné desky na formě před vyjmutím z pece.

Dále je na maketě jednou denně kontrolován průhyb přířezů skla, které jsou již ohýbány.

Obr. 1.10 Měření průhybu dvojskla

Obr. 1.12 Maketa pro kontrolní měření ohybu skleněné desky

1. 7 Analýza nedostatků současného stavu

• teplotní zatížení obsluhy,

• fyzicky náročná práce,

• vysoký počet pracovníků obsluhy ( 5 pracovníků na jednu směnu).

1. 8 Formulace požadavků na vývoj nového pracoviště

• zajištění manipulace s 8 různými typy skel najednou,

• zajištění manipulace pro stávající přířezy skla z hlediska rozměrů a hmotnosti,

• možnost manipulace s celým rozsahem přířezů skel (flexibilní chapadlo robotu),

• koncepční uspořádání palet do stávajícího pracovního prostoru,

• dodržení maximálního strojního cyklu 52 sekund,

• zajištění výměny dvojskla na formě v průběhu klidového stavu pece (28 sekund),

• snížení počtu zaměstnanců,

• nepoškození skleněných desek při manipulaci.

2. Nová koncepce pracoviště

Tato kapitola se věnuje určení směru koncepčního řešení pracoviště zajišťujícího manipulaci s přířezy skla a podrobnému rozboru finálního layoutu.

2. 1 Varianty koncepčního řešení

Jako alternativní řešení byly uvažovány 4 varianty robotizovaného pracoviště zajišťujícího manipulaci s čelními autoskly před pecí TGL ESU EcoMax (Obr. 2.1).

Všechny varianty byly navrženy s ohledem na omezený pracovní prostor a nutnost zajistit manipulaci s osmi rozdílnými přířezy skla najednou.

Obr. 2.1 Přehled uvažovaných variant

Variantní řešení layoutu

Varianta A Varianta B

Varianta C

Dva portálové roboty a manipulátor zajišťující

výměnu skla v peci

Varianta D

Dva portálové roboty Manipulátory

s dopravníkem

Robot s paletami na

rotačním podstavci

2.1.1 Varianta A

Uvažovaná varianta je na obr. 2.2. Celý proces manipulace je zajištěn třemi manipulátory (obr. 2.3) a dopravníkem. Palety jsou pevně uloženy na přesně definovaných pozicích.

První manipulátor vyjme rovné dvojsklo z příslušné palety a položí je na dopravník, který je následně přemístí k peci – k pracovnímu prostoru druhého manipulátoru. Druhý manipulátor bude zajišťovat výměnu skel v peci. Nejprve vyjme prohnuté dvojsklo z pece a přenese je do pracovního prostoru třetího manipulátoru, následně odebere rovné dvojsklo z dopravníku a uloží je na formu v peci. Třetí manipulátor zajistí vložení prokladu na sklo a umístí dvojsklo do příslušné palety.

Obr. 2.2 Rozmístění palet se sklem pro manipulaci třemi manipulátory a dopravníkem

Obr. 2.3 Manipulátor

Dopravník Palety

s ohnutým sklem

Palety s rovným

sklem

Pec TGL EcoMax

• nízké časové nároky na výměnu palet

• plně automatizované pracoviště

• vysoké požadavky na konstrukční provedení manipulátorů vzhledem k velkému množství rozdílných přířezů skla

• nutnost tří manipulátorů a dopravníku

• dopravník před pecí znesnadňuje výměnu forem v peci

2.2.2 Varianta B

Uvažovaná varianta je na obr. 2.4. Celý proces manipulace je zajištěn jedním robotem. Palety jsou umístěny na rotačním podstavci, který zajišťuje jejich řádné polohování.

Robot vyjme prohnuté dvojsklo z pece a uloží je do příslušné palety, která je k němu natočena. Před vložením skla do palety bude na sklo vložen proklad.

Následně se robot přetočí k paletě na druhé straně a vyjme z ní rovné dvojsklo, které vloží na formu v peci.

Obr. 2.4 Robot a palety umístěné na rotačních podstavcích Výhody:

• malá zastavěná plocha

• nízké cenové náklady

Nevýhody:

• krátký časový interval na výměnu palet

• vysoké zatížení polohovacího systému s paletami

Palety s ohnutým

sklem

Palety s rovným

sklem

Robot zajišťující manipulaci

se sklem

Pec TGL EcoMax

Otočná plošina

2.2.3 Varianta C

Celý proces manipulace je zajištěn dvěma portálovými roboty, které zajišťují vyjímání a vkládání dvojskel do palety a manipulaci se skly v pracovním prostoru před pecí. Manipulátor zajišťuje výměnu skleněných desek na formě v peci. Palety jsou pevně uloženy na přesně definovaných pozicích.

První robot vyjme rovné dvojsklo z příslušné palety a přenese je k pracovnímu prostoru manipulátoru před pec. Manipulátor zajistí výměnu prohnutého dvojskla v peci za rovné. Třetí robot umístí vyjmuté prohnuté dvojsklo do příslušné palety.

Výhody:

• flexibilita robotu

• nízké časové nároky na výměnu

Nevýhody:

• vysoké pořizovací náklady

Uvažovaná varianta je znázorněna na obr. 2.5. Je podobná variantě C, ale první robot zajišťuje i výměnu skel v peci.

Prvním robotem je vyjmuto rovné dvojsklo z příslušné palety a přeneseno před pec, kde je odloží. Následně první robot vyjme prohnuté dvojsklo z pece, odloží do pracovního prostoru druhého robotu a přenese odložené rovné dvojsklo do pece.

Druhý robot umístí prohnuté dvojsklo do příslušné palety. Palety s rovným sklem jsou umístěny v jednom patře proti sobě. Palety s prohnutým sklem jsou nad sebou ve dvou patrech.

Obr. 2.5 Dvojice robotů zajišťující manipulaci se sklem před pecí Robot manipulující

s ohnutým sklem

Palety s rovným

sklem

Palety s ohnutým

sklem Pec

Tamglass

Robot manipulující s rovným sklem

Výhody:

• flexibilita robotu

• nízké časové nároky na výměnu palet

• úspora pracovního prostoru

• snadná výměna palet bez nutnosti zastavení

pracovního cyklu (ze zadní strany pracovního prostoru)

Nevýhody:

• vyšší nároky na tuhost rámu portálového pojezdu

• vyšší náklady

2.2.5 Výběr varianty pro konstrukční řešení

Při rozhodovací analýze byly posuzovány čtyři varianty koncepčního uspořádání:

Varianta A – Manipulátory v kombinaci s dopravníkem Varianta B – Robot s paletami na rotačním podstavci Varianta C – Dva roboty s pojezdem a manipulátor u pece Varianta D – Dva roboty s pojezdem

Výše uvedené varianty byly podrobeny rozhodovací analýze. Jedná se o metodu, která patří do kategorie heuristických metod a účelně spojuje přednosti empirického a exaktního rozhodování. Rozhodovací analýza postihuje užitné vlastnosti i zápory posuzovaných variant. Pro výběr vhodné varianty koncepce řešení plně automatizovaného pracoviště byla uvažována tato kritéria:

1. flexibilita robotu,

2. časový interval na výměnu palet, 3. jednoduchost systému,

4. náklady na realizaci,

5. nároky na zastavěnou plochu.

Pro jednotlivá kritéria byla použita stobodová stupnice užitnosti a metodou párového srovnání byla přiřazena váha příslušného kritéria při výpočtu váženého průměru. Absolutní pořadí bylo relativizováno ve vztahu k „ideální“ variantě, která fiktivně splňuje všechna kritéria na 100%.

Výpočtový postup byl shrnut do tabulky 2.1 .

Podle rozhodovací analýzy (tabulka 2.1) byla zvolena varianta D. Jde o plně automatizované pracoviště, kde je celý proces manipulace zajištěn dvěma angulárními portálovými roboty.

2. 3 Rozpracování zvolené varianty

2.3.1 Přehled výkresové dokumentace

Na obr. 2. 6 je schéma přiložené výkresové dokumentace, z kterého jsou vidět vazby mezi jednotlivými výkresy a jejich značení.

obr. 2. 6 Schéma uspořádání dokumentace Uspořádání pracoviště – layout

sestavný výkres

1 - DP - S02077000 - 1 - 0 - 00

Proces manipulace příloha 1

2 - DP - S02077000 - 2 - 0 - 00

Úchopná hlavice sestavný výkres

0 - DP - S02077000 - 3 - 0 - 00

Boční úchop podsestava

3 - DP - S02077000 - 3 - 5 - 00

Pojezdový portál robotu podsestava

2 - DP - 02077000 - 4 - 0 - 00

Uchycení motoru

výrobní výkres - svařenec

3 - DP - S02077000 - 3 - 0 - 16

Uspořádání palet pro rovné přířezy skla - sestavný výkres

2 - DP - S02077000 - 1 - 1 - 00

Posuvná jednotka pojezdu sestavný výkres

2 - DP - S02077000 - 4 - 1 - 00

Rozmístění palet a přídavných zařízení pro zajištění kompletního procesu manipulace s přířezy skla bylo zvoleno v závislosti na:

• omezení velikosti pracovního prostoru

• pracovním prostoru robotu

Délka pojezdu robotů vychází z těchto požadavků:

Robot 1

• čtyři palety vedle sebe – 9,2 m

• odkladný prostor pro vystředění přířezu skla – 2,7 m

• šířka pece – 5 m

• odkladný prostor pro externí přeměření průhybu – 2,0 m Minimální délka pojezdu robotu 1 musí být 18,9 m.

Robot 2

• čtyři palety vedle sebe – 9,9 m

Minimální délka pojezdu robotu 2 musí být 9,9 m.

Pozice uvedené na obr. 2.7

1. palety pro rovná skla – maximální délka přířezu skla je 1800 mm, /*

2. palety pro rovná skla – maximální délka přířezu skla je 2000 mm, 3. palety pro rovná skla – maximální délka přířezu skla je 2100 mm, 4. palety pro ohnutá skla – maximální délka přířezu skla je 2000 mm, 5. palety pro ohnutá skla – maximální délka přířezu skla je 2100 mm, 6. odkladové místo 1 s externím mechanismem na vystředění přířezu skla, 7. pec TGL ESU EcoMax,

8. odkladové místo 2, 9. odkladové místo 3,

10. vibrační zásobník prokladů.

/* V současné době je cca 93% přířezů skla ohýbaných v peci THL ESU EcoMax kratších než 1800 mm.

obr. 2. 7 Pracovní prostor před pecí

Palety jsou uloženy na podstavcích, které zaručují přesnou pozici palety v pracovním prostoru. Paleta po zasunutí sepne kontaktní spínač, který rozsvítí kontrolní světlo, čímž bude signalizováno její přesné umístění.

obr. 2. 8 Podstavce pro palety

Odkladové místo 2 ( periferie 2 ) umožňuje druhému robotu uchytit ohnuté sklo ze spodní strany.

obr. 2. 9 Odkladové místo 2

Výchozí podmínkou pro využití robotizované manipulace je zajištění řádného uložení přířezů skla na paletu. Skla jsou na paletu rovnána ručně. Při rovnání skla musí být k paletě připevněn stavitelný boční doraz, které zajistí uložení přířezu skla na střed palety.

2.3.3 Výběr (stanovení) konkrétního typu robotu

Angulární roboty byly zvoleny na základě potřebné nosnosti a velikostí pracovního prostoru.

• Maximální zátěž robotu, která se skládá z maximální hmotnosti dvojskla a hmotnosti flexibilního chapadla pro uchopení dvojskla ( kapitola 3 ), je 24 + 29 = 53 kg.

• Pracovní prostor robotu musí zajistit bezpečnou manipulaci s dvojskly a je stanoven rozmístěním palet, které je znázorněno na obr. 2.7 .

Robot 1 pro manipulaci před pecí

Na základě potřebné nosnosti a velikosti pracovního prostoru byl jako první robot zvolen portálový robot KR 60 Jet od firmy KUKA (obr. 2.10 a obr. 2.11).

Robot KR 60 Jet má šest stupňů volnosti a maximální délka pojezdu je 30 metrů. Z potřebného pracovního prostoru pro robot 1 volíme celkovou délku pojezdového rámu 20 metrů.

obr. 2.10 Portálový robot

obr. 2.11 Pracovní prostor robotu KR 60 JET od firmy KUKA

Jako druhý robot byl zvolen robot KR 60 od firmy KUKA znázorněný na obr.

2.12. Tento robot bude připevněn na lineární pojezd, čímž mu bude přidán sedmý stupeň volnosti a na základě pracovního prostoru bude schopen zajistit kompletní manipulaci s ohnutými skly.

obr. 2.12 Pracovní prostor robotu KR 60 od firmy KUKA

Délka lineárního pojezdu robotu 2 je 10,8 metru. Robot je k lineárnímu pojezdu připevněn pod úhlem 45^o, což umožní zajistit kompletní proces manipulace s ohnutým dvojsklem. Umístění lineárních pojezdů s roboty je na obr. 2.13.

obr. 2.13 Délky lineární pojezdů robotů

2.3.4 Kompletní proces manipulace

Manipulační cyklus zajištěný dvěma angulárními roboty je znázorněn na obr.2.14 sedmi pozicemi.

• Pozice 1 – odnímání rovného přířezu skla z palety a najetí robotu 1 do manipulační pozice,

• pozice 2 – odložení skla na odkladové místo 1 ( periferii 1 ),

• pozice 3 – uchopení ( uložení ) dvojskla z formy v peci,

• pozice 4 – odložení ohnutého skla na odkladové místo 2 ( periferii 2),

• pozice 5 – uchopení skla na periferii 2 druhým robotem zdola ( což je nezbytné pro řádné uložení ohnutého dvojskla na formu ),

• pozice 6 – pozice robotu s dvojsklem při vkládání proložky na dvojsklo

• pozice 7 – odložení ohnutého skla na paletu.

obr. 2.14 Manipulační cyklus Popis manipulačního cyklu robotu 1:

První robot se přemístí před paletu, z níž bude dvojsklo odebíráno. Úchopná hlavice najede před první skleněnou desku na paletě. Pomocí dotykových snímačů a zpětnovazebného řízení robot upraví polohu úchopné hlavice, která upne dvojsklo na paletě. Následně se robot přemístí k odkladovému místu 1 před pecí, na které dvojsklo odloží. Odnímání rovného dvojskla z palety je znázorněno na obr. 2.15 .

Vzdálenost mezi paletami je 1,45 m.

obr. 2.15 Odebrání rovného dvojskla z palety

Robot uloží rovné dvojsklo na odkladové místo 1, jak je znázorněno na obr.

2.15. Po uložení přířezu skla na odkladové místo 1 je skleněná deska přesně vystředěna externím mechanismem (viz obr. 4.1) nejprve dorazy z vrchní a spodní strany skleněné desky, následně z boků. Tento mechanismus je již v podniku AGC využíván. Robot 1 se po odložení přířezu skla přemístí před pec.

obr. 2.16 Uložení rovného dvojskla na odkladné místo, kde je sklo přesně vystředěno V průběhu manipulace s rovným sklem forma v peci dojede do koncové polohy a zastaví se. Externí měřidlo upevněné na rám pece změří průhyb dvojskla (obr. 4.2).

Následně je prohnuté dvojsklo přizvednuto nad formu třemi pneumotory, které jsou připevněny na podlahu pod formou v její koncové pozici. Dvojsklo je přizvednuto, aby je robot mohl upnout flexibilním chapadlem s bočním úchopem.

Následně robot 1 upne prohnuté dvojsklo a přenese je na odkladové místo 2 (obr. 2.17), ze kterého je následně odebere druhý robot.

a) uchopení skla v peci

obr. 2.17 Vyjmutí ohnutého skla z formy a odložení na stojan

obr. 2.17 Vyjmutí ohnutého skla z formy a odložení na stojan (pokračování) Je-li potřeba prohnuté dvojsklo externě zkontrolovat (provádí se při najíždění nových forem), robot toto dvojsklo odloží na odkladové místo 3 (viz obr. 2.7).

Průměrně je v peci zpravidla 32 forem pro ohýbání dvojskel, i když pec má 34 pracovních pozic. Důvodem je nutnost vyrovnání teploty mezi zahříváním rozdílných přířezů skla. Robot 1 bude mít dva cykly, kdy bude moci přenést zkontrolované dvojsklo z odkladového místa 3 na odkladové místo 2.

Po přemístění prohnutého skla se robot vrátí k odloženému přířezu skla, uchopí jej (obr. 2.15) a přenese k formě v peci. Odloží jej na vysunuté pneumotory, uvolní dvojsklo a vyjede z prostoru pece. Pneumotory se stáhnou, a tím uloží dvojsklo na formu.

Následně se robot přemístí před paletu, ze které bude odebírat další dvojsklo.

Pracovní cyklus robotu 1:

1. uchopení dvojskla na paletě a přesun k odkladovému místu 1, 2. odložení dvojskla a přejezd k před pec,

3. přemístění prohnutého dvojskla z pece na odkladové místo 2, 4. přesun k odkladovému místu 1,

5. přenesení rovného dvojskla na formu v peci,

6. přejetí k paletě, ze které bude odebráno následující dvojsklo.

Druhý robot odebere prohnuté dvojsklo z podstavce (obr. 2.20), na který jej umístil první robot. Dvojsklo je potřeba uchytit z druhé strany, než ze které bylo uchyceno prvním robotem při vyjímání z pece. Důvodem je uložení skla na paletu průhybem ven. To umožňuje podstavec (obr. 2.9) mezi pracovními prostory obou robotů, na kterém je sklo odloženo.

obr. 2. 20 Vyjmutí ohnutého skla z formy a odložení na stojan

Po vyjmutí ze stojanu robot se sklem přijede k mechanismu, který na sklo vloží prokladový profil (obr. 2.21) a uloží sklo do příslušné palety (obr. 2.22). Externí mechanismus na vkládání prokladu je znázorněn na obr. 4.6.

obr. 2.21 Vložení prokladu

2.22 Odložení ohnutého skla na paletu

Pracovní cyklus robotu 2:

1. uchopení ohnutého dvojskla na periférii 2 najetí před zakladač prokladů, 2. vložení proložky na dvojsklo a přesun robotu před příslušnou paletu, 3. uložení dvojskla do palety a přesun robotu před periférii 2.

Z časového harmonogramu pracovního cyklu vyplývají požadavky na pracovní proces robotů. Celý cyklus trvá 52 sekund, z čehož 28 sekund je ohýbací pec TGL ESU EcoMax v klidovém stavu, zbylý čas zabírá přesun forem na následnou pozici.

2. 4.1 Časová dispozice robotu 1

Tabulka 2.2 Časový snímek manipulačního cyklu prvního robotu

Úkon Doba

trvání [s] Doplňující informace Najetí do palety a

zpětnovazebné doladění polohy skla

3

Robot stojící před příslušnou paletou najede úchopnou hlavicí ke skleněné desce a pomocí dotykového snímače doladí polohu.

Uchycení dvojskla 2 Robot uchytí příslušné dvojsklo.

Vyjmutí skla z palety 2 Robot s dvojsklem řádně vyjede do manipulačního prostoru před paletami.

Přesun k peci 10 Robot s dvojsklem se přemístí k peci.

Odložení skla 2

Robot odloží rovné dvojsklo na

odkladové místo 1, aby mohl vyjmout prohnuté dvojsklo z pece.

Přesun k pracovnímu prostoru

pece 3

Uchycení prohnutého skla 2 Robot uchytí přizvednuté prohnuté dvojsklo.

Vyjetí z pracovního prostoru

pece 2

Přenesení prohnutého skla 5

Robot přemístí prohnuté dvojsklo na odkladové místo, odkud je následně vyzvednuto druhým robotem a umístěno do příslušné palety.

Přemístění k odloženému

rovnému sklu 2

Uchycení rovného dvojskla 2

Přenesení skla do pece 3 Robot přenese rovné dvojsklo k peci.

Uložení dvojskla 2 Robot vloží rovné dvojsklo do pece na formu.

Vyjetí z pece 2

Najetí k příslušné paletě 10 Robot přejede k paletě, ze které bude odebíráno následující sklo.

2.4.2 Časová dispozice robotu 2

Tabulka 2.3 Časový snímek manipulačního cyklu druhého robotu

Úkon Doba

trvání [s] Doplňující informace

Najetí pod odkladový stojan 3

Robot stojící před odkladovým stojanem 2 najede úchopnou hlavicí pod

skleněnou desku.

Uchopení prohnutého dvojskla 3 Robot uchopí dvojsklo ze spodní strany.

Vyjmutí z odkladového

stojanu 4

Přesun k zakladači prokladu 5 Robot přiloží horní hranu dvojskla k zakladači prokladů.

Nasunutí prokladu 2 Ze zakladače prokladů se na sklo nasune proklad.

Přesun k příslušné paletě 15

Uložení dvojskla do palety 5 Robot vloží dvojsklo s prokladem do příslušné palety.

Najetí před odkladový stojan 15

Obr. 2.25 Diagram pracovního cyklu robotu

3. Konstrukční řešení úchopné hlavice

Při zachycení skla úchopnou hlavicí jsou v rovnováze vnější síly, působící na skleněnou desku.

Všeobecně je uchopení objektu doprovázeno mechanickým stykem úchopných prvků hlavice s povrchem objektu. Použitelné technické prostředky umožňují uchopení objektu dvěma způsoby:

a. oboustranným mechanickým stykem s hlavicí, b. jednostranným mechanickým stykem s hlavicí.

V prvním případě jsou úchopné síly vyvozeny mechanickými prostředky a působí proti sobě v protilehlých částech povrchu tělesa. Jde o stejný princip mechanického uchopení, jaký je s velkou rozmanitostí využíván lidskou rukou. U technických realizací jde o konstrukce úchopných hlavic s mechanickými čelistmi. Při uchopení jednostranným mechanickým stykem s hlavicí se obecně využívá působení gravitačních, magnetických a podtlakových sil.

Úchopná hlavice realizuje v rámci manipulačního cyklu funkci, která se projevuje dvěma stavy: "uchopení - uvolnění". Uchopení / uvolnění může být provedeno buď přímo vlastní hlavicí, nebo je zajištěno působením vnější síly na objekt.

V prvním případě je funkce úchopné hlavice řízena řídícím systémem robotu, v druhém případě je bezprostředně mechanicky vázána na polohu hlavice vzhledem k spolupracujícímu zařízení.

Hlavními částmi úchopné hlavice jsou úchopné prvky, které jsou umístěny na nosné části hlavice. Úchopné prvky přicházejí do styku s povrchem objektu a zachycují objekt v hlavici.

Úchopné prvky, jejichž funkce může být bezprostředně ovládána řídícím systémem, se označují jako aktivní úchopné prvky.

Kombinací úchopných prvků různého druhu vznikají úchopné hlavice mechanicko-podtlakové apod.

Počet úchopných prvků v konstrukci úchopné hlavice závisí na prostorové členitosti, rozměrech, tuhosti a hmotnosti objektu.

Aktivní mechanické hlavice obsahují alespoň jeden pohyblivý prvek s vlastním pohonem. Hlavici s aktivním prvkem tvoří tři bloky:

- motor

- transformační blok (mechanický převod) - aktivní úchopný prvek (čelist, prst)

Robot musí být schopen pracovat až s osmi skleněnými deskami najednou.

Z tohoto důvodu musí být úchopná hlavice velice flexibilní. Je nezbytné, aby byla schopna uchytit nejkratší i nejdelší skleněnou desku bez vnějšího přenastavení.

Nejpoužívanější variantou pro manipulační přenos skleněných desek je podtlakové upnutí z jedné strany. Tento způsob v našem případě není možno použít vzhledem k prosypu dvojskel, který je podmínkou úspěchu vlastního ohýbání. Robot musí být schopen odebrat z palety dvojsklo najednou.

3. 1 Uložení rovného skla na paletě

Uložení rovného skla na paletě je vstupní podmínkou pro konstrukční řešení úchopné hlavice, která musí být schopna z palety odebírat dvojsklo.

V současnosti jsou přířezy skel uloženy na paletě vedle sebe (viz obr. 3.1 ) a mezi dvojskly je protažen provázek.

Provázek je mezerou mezi dvojskly spuštěn dolu a stejnou mezerou opět tažen nahoru.

Z tohoto důvodu není možno využít provázek k oddálení posledního dvojskla na paletě před jeho uchopením.

Návrhy koncepčních variant uchopení rovného dvojskla na paletě

Varianta 1 Skla jsou na paletě poskládána vedle sebe a u každé palety je externí oddělovač, který poslední dvojsklo oddálí od ostatních pro jeho uchopení robotem.

Varianta 2 Dvojskla jsou na paletě vysunuta do strany. Každé dvojsklo na opačnou stranu než předchozí, čímž ze strany vznikne mezi dvojskly mezera, která odpovídá tloušťce obou přířezů skla.

Varianta 3 Rovná dvojskla jsou proložena. Pro úchopnou hlavici postačí tento prostor pro odebrání dvojskla. Boční hrany skel jsou v jedné rovině.

Obr. 3.1 Uložení rovných přířezů skla na paletě

Výběr varianty pro uložení rovných dvojskel na paletu byl proveden pomocí rozhodovací analýzy.

Pro zvolení vhodné varianty uložení rovných dvojskel na paletu byla vybrána tato kritéria:

1. počet dvojskel na paletě

2. časová náročnost odebírání skla z palety

3. jednoduchost úchopné hlavice – popřípadě externích zařízení spojených s odebírání skla z palety

4. investiční náklady 5. spolehlivost uchopení

Tabulka 3.1 Rozhodovací analýza uložení přířezů skla na paletu

Na základě výsledků rozhodovací analýzy byla zvolena varianta C, s proložením dvojskel již na paletě, které zajistí potřebný pracovní prostor pro odebrání dvojskla z palety.

3. 2 Návrh základního rámu

Mezi základní požadavky na rám úchopné hlavice patří celková tuhost konstrukce a nízká hmotnost. Tuhost úchopné hlavice má velký vliv na přesnost, se kterou je robot schopen odebírat sklo, a hmotnost ovlivňuje vstupní požadavky na nosnost robotu.

Nový přístup ke konstrukci rámů dává důraz na aplikace montovaných stavebnicových rámů s uplatněním extrudovaných AI profilů.

Úchopná hlavice musí z palety odebírat dvojsklo, a proto je nezbytné využít mechanické uchopení dvojskla. Mechanické upnutí lze zkombinovat s podtlakovým uchycením přední skleněné desky, čímž docílíme vyšší tuhosti upnutí dvojskla.

Schématické znázornění úchopné hlavice využívající mechanické a podtlakové upnutí je znázorněno na obr. 3.2 .

Obr. 3.2 Upnutí dvojskla kombinací mechanického a podtlakového uchycení

Minimální délka přířezu skla je 1170 mm a maximální je 1988 mm. Z tohoto důvodu volíme celkovou délku pojezdu 1100 mm, tedy 550 mm na každé straně úchopné hlavice. Nejmenší sklo, které je schopna úchopná hlavice upnout, má délku 1000 mm a nejdelší 2100 mm. Maximální a minimální pozice pojezdové části jsou na obr. 3.4 .

Pro rám úchopné hlavice byl zvolen Al profil 8 120 x 40 od firmy ITEM.

Průřezový modul v ohybu: Wx = 19.9 cm³ W_y = 53.77 cm³ Hmotnost: m_R = 6.58 kg/m

Pro pojezdové uchycení bočního úchopného prvku k rámu bylo zvoleno válečkové vedení 8 D14 do firmy ITEM, které je znázorněno na obr. 3.3 .

Obr. 3.3 Válečkové vedení od firmy ITEM

Celková hmotnost, kterou je zatíženo válečkové vedení, se skládá z hmotnosti pohyblivého bočního úchopného prvku a z hmotnosti dvojskla při jeho přenášení.

Hmotnost bočního úchopného prvku je součtem hmotnosti pohybujícího se rámu, úchopného prvku a pneumotoru.

Celková hmotnost bočního úchopného prvku: m_UP = 16 kg Maximální hmotnost dvojskla: m_S = 24 kg

Zatížení válečkového vedení m kg

m

m _UP ^S 28

max = + 2 =

Nm l

mg My

Mz

N mg

Fz Fy

i

i

7 , 35 280

=

⋅

=

=

=

=

=

∑

Pro výpočet výsledné bezpečnosti k_C se vychází ze vztahu:

mg m

mg ma k mg k

mg

F_výp

= ⋅

= ⋅

+ = ⋅ 2 + 3 = 5

v němž se uplatňuje pseudostatický přístup, kdy maximální zrychlení a = 3g a statická bezpečnost k₀ = 2. Takže výsledná bezpečnost k_C = 5.

Tabulka 3.2 Dovolené zatížení použitého vedení 8D14 firmy ITEM

Skutečné zatížení Dovolené zatížení Bezpečnost k

Fy 280 N 1600 N 5,71

Fz 280 N 2400 N 8,57

My 7,35 Nm 96 Nm 13,06

Mz 7,35 Nm 64 Nm 8,71

Mx 96 Nm

a) b)

Obr. 3.4 Pojezd úchopného prvku a) maximální zdvih; b) minimální zdvih

3. 3 Návrh pohonu

Pohon úchopné hlavice musí plnit dva úkoly. Hlavním úkolem je polohování bočního úchopného prvku v pracovním rozsahu s požadovanou přesností. Druhým úkolem je zabrzdění pojezdu v dané poloze při manipulaci s dvojsklem.

Obecně lze použít pohon mechanický, elektrický, pneumatický, hydraulický nebo kombinovaný. Výstupní pohyb pohonu může být rotační nebo lineární.

Nejvhodnější variantou jsou lineární pohony, z nichž byly zvažovány lineární elektromotor a pneumatický válec.

Lineární pohony:

• Varianta 1 - lineární elektromotor

Lineární motor, který je znázorněn na obr. 3.5, pracuje na indukčním principu.

Pracuje jako klasický rotační motor rozvinutý do roviny, který umožňuje přímočarý pohyb bez zprostředkujícího převodu.

Statorem je u lineárních motorů označován primární díl a rotorem sekundární díl. Primární část je tvořena stejně jako u klasických strojů feromagnetickým svazkem složeným z elektrotechnických plechů a z trojfázového vinutí uloženého v jeho drážkách.

Z hlediska konstrukce je možných několik variant: synchronní, asynchronní, krokové, stejnosměrné s komutátorem a reluktanční.

Obr. 3.5 Lineární motor LMC od firmy HIWIN

Pneumatický válec s brzdou je znázorněn na obr. 3.6. Brzda přidrží pístnici při upínacích manipulačních úlohách v libovolné poloze a tvoří s válcem kompaktní celek.

Brzda přidrží pístnici po dlouhou dobu i při únicích vzduchu. Úchopná hlavice s pneumatickými válci je znázorněna na obr. 3.7 .

Obr. 3.6 Funkční řez pneumatického válce DNC – KP s brzdou od firmy Festo

Obr. 3.7 Úchopná hlavice s pneumatickým válcem DNC Pneumatické

válce

Boční mechanický úchopný prvek

Podtlakový úchopný prvek

Rotační pohony:

Mezi další varianty pohonů, které jsou schopny zajistit řádné polohování bočního úchopného prvku, patří elektrické pohony s aplikací lineárních modulů.

• Varianta 3 - elektrické válce DNCE

Jedná se o mechanickou přímočarou jednotku s pístnicí (obr. 3.8). Pohon sestává z elektricky poháněného vřetene, které převádí točivý pohon motoru na přímočarý pohyb pístnice.

Obr. 3.8 Elektrický válec DNCE od firmy Festo

• Varianta 4 - závitové vřeteno

Mezi další možnosti aplikace rotačního pohonu s využitím lineárních modulů patří závitové vřeteno. Aplikace závitového vřetena je na obr. 3.10 .

Obr. 3.9 Kuželové soukolí od firmy ZIMM Motor

Kuželové soukolí Závitové

vřeteno

Obr. 3.10 Úchopná hlavice se závitovým vřetenem

• Varianta 5 - řemenice

Ozubená řemenice poháněná krokovým motorem s brzdou je propojena s lineárním pojezdem a zajišťuje jeho polohování. Tato varianta je na obrázku 3.11 .

Obr. 3.11 Úchopná hlavice s polohováním bočního úchopného prvku řemenicí Závitové

vřeteno Boční

úchopný prvek

Spoj bočního pojezdu s řemenem

Hnací řemenice s pohonem Ozubený

řemen

Výběr pohonu pro polohování úchopné hlavice byl proveden pomocí rozhodovací analýzy, pro kterou byla zvažována tyto kritéria:

1. celková hmotnost pohonu a příslušenství, 2. přesnost polohování,

3. teplotní odolnost, 4. investiční náklady,

5. omezení pracovního prostoru robotu.

Tabulka 3.3 Rozhodovací analýza pro výběr pohonu úchopné hlavice

Na základě rozhodovací analýzy je jako nejvýhodnější varianta stanovena varianta 5 - ozubená řemenice poháněná krokovým motorem s brzdou, která je propojena s lineárním pojezdem.

Návrh krokového motoru a řemenice a je rozpracován v kapitole 3.6. Byl zvolen krokový motor VRDM 3910 od firmy Berger Lahr a ozubený řemen CXP III - STD od firmy TYMA.

Vzhledem k velkému pracovnímu prostoru úchopné hlavice je proces upnutí dvojskla rozdělen do dvou pracovních kroků. V prvním kroku se provede přesné polohování bočního úchopného prvku podle délky skleněné desky. V druhém kroku najede boční úchopný prvek do kontaktní polohy se sklem. Tyto kroky budou prováděny rozdílnými pohony. V prvním kroku je důležitá přesnost polohování, která umožní, aby v druhém kroku byl konstantní posun.

Délka posunu bočního úchopného prvku do kontaktní polohy je závislá na třech faktorech (obr. 3.12), kterými jsou šířka kontaktní plochy bočního úchopného prvku a, bezpečnostní vzdálenost úchopného prvku od skleněné desky při najetí úchopné hlavice ke sklu b a vzdálenost, kterou musí boční úchopný prvek překonat vzhledem k bočnímu zakřivení přířezu skla c.

Obr. 3.12 Nezbytná délka pojezdu pro najetí do kontaktní polohy se sklem

Délka zdvihu:

a) délka úchopného prvku a = 45 mm b) minimální vzdálenost chapadla od dvojskla b = 30 mm c) šikmé koncové hrany skla α ≈ 20^o; l = 204 c = 37 mm celková délka zdvihu l_min = 115 mm

Pro boční úchopný prvek je vhodné uplatnit pohon a vedení v jednom tělese.

Byla zvolena vodicí DFM od firmy Festo. Zdvih vodicí jednotky je 125 mm, hmotnost 1880 g a pracovní teplota okolí 0 – 120 ^oC.

Maximální zátěž vodicí jednotky:

Vysunutý stav: 71 N

Zasunutý stav: 260 N

c b a

Sklo

Boční úchop l

Zatížení koncového pojezdu:

Hmotnost bočního úchopného prvku: m_bu = 2,2 kg Maximální hmotnost skla: ms = 12 kg

Zatížení pojezdu ve vysunutém stavu:

N g

m

F₁

=

⋅ = 22

N g

m m

F ^s _bu

82

2

2 ⎟ ⋅ =

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ +

=

3. 4 Boční úchopný prvek

Na úchopnou hlavici jsou kladeny vysoké požadavky ohledně schopnosti manipulace s celým sortimentem přířezů skla.

Vzhledem k časté změně tlouštěk uchycovaných dvojskel a ke snaze snížit celkovou hmotnost úchopného prvku je využit membránový upínací modul, pod který je přiváděn stlačený vzduch. Schéma bočního úchopného prvku je znázorněno na obr.

3.13 .

Obr. 3.13 Boční úchopný prvek s membránovým upínacím modulem

Výpočet přídržné síly bočního úchopného prvku:

Maximální hmotnost jedné skleněné desky m_max = 12 kg Součinitel bezpečnosti uchopení k₁ = 5 Koeficient tření mezi sklem a bočním úchytem f_BU = 0,5

f N F F g N

m F k

BU t N

t

150 ; 300

4

max

1

⋅ ⋅ = = =

=

Byl zvolen membránový upínací modul EV od firmy Festo ( obr. 3.14 ). Přídržná síla při 6 bar a maximálním zdvihu je 1480 N.

Rám bočního úchopného

prvku Dvojsklo

Membránový upínací modul

Obr. 3.14 Upínací modul EV od firmy Festo

Autoskla zpravidla nemají obdélníkový tvar. Je nutné, aby se úchopný prvek přizpůsobil tvaru skleněné desky.

Boční úchopný prvek (obr. 3.15) má pružné uchycení k rámu, které zajistí automatické natočení úchopného prvku v souladu s úhlem zkosení boční stěny skleněné desky na základě kontaktu, jak je znázorněno na obr. 3.16 .

Obr. 3.15 Boční úchopný prvek pro uchopení dvojskla

Obr. 3.16 Přizpůsobení bočního dorazu tvaru autoskla Kontaktní

upínací deska Membrána

Přívod stlačeného

vzduchu

Skleněná

deska Boční

úchopný prvek

3. 5 Podtlakové uchopení

Nabízí se více variant jak zajistit podtlakové uchopení skla. Přísavky mohou být pevně fixovány k rámu nebo budou zavazbeny k rámu bočního pojezdu a budou se s ním přizpůsobovat délce skla. Přísavky mohou být uspořádány tak, aby konstantní počet přísavek měl vždy kontakt se skleněnou deskou, nebo přísavky budou mít dotykový ventil a aktivují se jen ty, které mají s konkrétní skleněnou deskou kontakt.

Boční pojezdová část musí být propojena s dotykovými snímači. Z těchto důvodů je nejvhodnější variantou zavazbení přísavek k bočnímu pojezdu.

Maximální hmotnost skla je 12 kg. Vzhledem ke konstrukčnímu provedení úchopné hlavice byly zvoleny 4 přísavky.

Orientační výpočet pro 4 přísavky:

Úchopná síla paralelní s plochou: k

f g k m

f F F

P P

Rad

U = ⋅ = ^max ⋅ ;

průměr přísavky:

; 4 , 06 87 , 0 5 , 0

6 12 4 4

;

2

g mm D

p f

k g D m

w P w

⋅ =

⋅

⋅

= ⋅

∆

⋅

⋅

⋅

= ⋅

π π

kde je součinitel tření f_p = 0,5.

Přesnější určení úchopné síly se neobejde bez experimentu nebo se vychází z údajů výrobce pro dodávané typy.

Koeficient bezpečnosti volíme ve vztahu k hmotnosti předmětu a k působení dynamických sil. Celkový koeficient bezpečnosti k = 6. Minimální přídržná síla jedné přísavky paralelní s plochou je 210N.

Byly zvoleny přísavky F 110 od firmy PIAB. Přídržná síla paralelní s plochou pří podtlaku p_u = - 60 kPa je Fp = 250 N.

Jedná se o ploché přísavky s opěrným žebrováním. Zajišťují dobrou stabilitu a minimální pohyb předmětu při manipulaci. Jsou vhodné i pro aplikace, kde přídržná síla působí paralelně s plochou manipulovaného předmětu. Vyrábějí se ze silikonu.

Kontaktní teplota silikonové přísavky může být až 200^oC.