Контроль геометрии линии коленчатых валов на автомобильном предприятии

При серийном изготовлении продукции существует задача размерного контроля большого количества типовых деталей. Форма и габариты таких деталей зависят от конкретного производства — от поковок и кузовов автомобилей до корпусов ракетных двигателей.

Требования, предъявляемые к результатам контроля, также различаются — от пометки «годен/негоден» до развернутого отчета с указанием значений проверяемых параметров.

При проведении ручных измерений замер детали, анализ полученных результатов и составление отчета занимают много времени. А если речь идет о сканировании и контроле сложных криволинейных поверхностей, то процесс усложняется многократно.

Для получения данных сканирования нужного качества необходимо точно выдерживать рекомендуемое расстояние от сканера до сканируемой поверхности и ориентацию сканера к поверхности. Даже при небольшом весе сканера накапливается усталость оператора, что влияет на качество получаемых данных. Затем следует трудоемкий процесс сравнения данных с CAD-моделью или чертежами, принятие решений о доработке детали или ее допуске.

Интеграция роботов в измерительный процесс и автоматизация всей процедуры позволяет сократить время выполнения каждого этапа и исключает человеческий фактор ошибки, связанный с утомлением и невнимательностью сотрудника.

В таких решениях робот выступает в роли оператора измерительного оборудования. Сканер устанавливается на ось робота, все манипуляции робот выполняет по заранее написанному алгоритму, составленному исходя из требований к процессу производства измерений, и позволяет получить данные необходимого качества с высокой скоростью. Робот способен проводить измерения семь дней в неделю, 24 часа в сутки.

На Кузнечном заводе ПАО «КАМАЗ» была поставлена задача по автоматизации участка контроля геометрических параметров поковок, имеющих ось вращения.

Назначение роботизированной установки контроля геометрии:

• автоматический контроль геометрических размеров поковок коленчатых валов относительно базовых поверхностей;
• обработка полученной информации и выработка сигнала о выбраковке изделий;
• подготовка статистической информации и создание архивов измерений;
• возможность единичного контроля геометрических параметров поковок, имеющих ось вращения.

Рис. 1. Блок-схема процесса контроля геометрии

Существуют определенные требования, предъявляемые к роботизированной установке контроля геометрии. Во-первых, она должна быть встроена в линию контроля и синхронизирована с работой других установок, входящих в линию контроля, — установкой магнитно-люминесцентного контроля и установкой контроля твердости. Во-вторых, время полного цикла измерений не должно превышать 1 мин. В-третьих, полученная в ходе измерений информация должна передаваться от установки контроля геометрии в АСУ верхнего уровня завода.

Схема работы системы выглядит следующим образом. Поковка коленчатого вала поступает по конвейеру на позицию контроля геометрических параметров. На позиции измерения геометрических параметров коленчатый вал перемещается роботом-манипулятором KUKA KR360 (в данном случае робот используется в качестве специального подъемного устройства) в рабочую зону измерительной установки. Поковка коленчатого вала фиксируется в специальных зажимах. Сканирование и измерение происходит по заранее написанному алгоритму. Система сравнивает полученные размеры с допустимыми и определяет годность поковки коленчатого вала. Результаты измерений выводятся на экран монитора оператора. Затем также роботом-манипулятором KUKA KR360 поковка коленчатого вала извлекается из рабочей зоны измерительной установки и сортируется в зависимости от результатов замеров. Поковки, не соответствующие заданным геометрическим параметрам, отделяются от годных поковок.

Далее на каждую поковку наносится идентификационный номер.

Установка контроля геометрии построена на базе промышленного робота KUKA KR60, позиционера производства ООО «Авиатех» и бесконтактной оптической системы оцифровки и измерений ATOS III Triple Scan. Оборудование размещено в защитном боксе, что позволяет исключить влияние производственных факторов на процессы измерений.

Для реализации установки контроля геометрии использовалась компонентная база Siemens и Weintek. Для управления системой и написания скриптов измерений применен программный продукт ATOS Professional VMR и модули «Авиатех», разработанные системным интегратором самостоятельно. Схема взаимодействия представлена на блок-схеме (рис. 1).

Рис. 2. Система измерительного оборудования на базе робота-манипулятора KUKA KR60

Роботизированная измерительная система состоит из двух модулей. Первый робототехнический комплекс (рис. 2) составляют непосредственно робот KUKA KR60, измерительная система ATOS Scan Box, GOM PC и позиционер. Второй робототехнический комплекс (рис. 3) представлен роботом KUKA KR360, также измерительной системой ATOS Scan Box, PLC, HMI и вспомогательными системами. Во всей системе роботы KUKA выполняют функцию манипуляторов. KR60 мобилен, гибок и универсален, его отлично дополняет KR360, обладающий большей грузо­подъемностью. Эта модель робота KUKA очень популярна среди предприятий автомобильной промышленности.

Рис. 3. Робот KUKA KR360 с механизмом захвата

Модуль РТК № 1 выполняет весь цикл измерения и расчетов, передает данные в АСУ верхнего уровня. Модуль РТК № 2 взаимодействует с системами конвейера, управляет запуском РТК № 1 и координирует вспомогательное оборудование роботизированной ячейки.

«Авиатех», системный партнер KUKA, выполнил проект под ключ. Специалисты компании осуществили технологический аудит производства, разработали предварительное решения для оценки заказчиком, реализовали проектировку, монтаж и предварительную приемку робототехнического комплекса на собственных производственных площадях. В подобных случаях системным интегратором и компанией KUKA проводится специальное обучение сотрудников предприятия, линии которого автоматизируются. Основная цель такого обучения — предоставление знаний и умений, позволяющих наладить производство в кратчайшие сроки и впоследствии контролировать объекты автоматизации силами сотрудников предприятия. В ходе проекта на Кузнечном заводе ПАО «КАМАЗ» удалось выявить ряд закономерностей работы роботизированных комплексов в среде кузнечно-прессового производства. В частности, производственные факторы (вибрации, пыль) могли стать помехой для корректного функционирования оптического измерительного оборудования и обеих роботизированных ячеек. Однако работу измерительного оборудования удалось оптимизировать под существующие условия, измерения проводятся без каких-либо помех. Кроме того, специалистам KUKA и «Авиатех» удалось рационализировать работу программной и аппаратной частей таким образом, чтобы был соблюден важнейший принцип равенства цикла измерения циклу такта конвейера.

По нашим оценкам, после внедрения роботизированной системы заказчик получит ряд преимуществ. Во-первых, на предприятии исключен тяжелый ручной труд, который использовался при перемещении поковок. Детали весят 50–110 кг, теперь эту работу успешно выполняют роботы. Во-вторых, сам контроль геометрических параметров деталей осуществляется в автоматическом режиме и предусматривает более 70 точек измерения. Человеческий фактор ошибки при проведении измерений полностью исключен. Таким образом, достигнут высокий уровень контроля качества деталей, а вместе с тем и контроль поковок полностью укладывается в такт конвейера. В-третьих, трудозатраты при автоматизированном контроле геометрии поковок возможно оптимизировать. На участке контроля необходим всего один сотрудник предприятия — квалифицированный оператор робототехнической ячейки.

Проект контроля геометрии на линии Кузнечного завода «КАМАЗ» является частью соглашения между KUKA и ПАО «КАМАЗ» о глобальном стратегическом сотрудничестве. Решение стало одним из шагов к комплексной роботизации и автоматизации производственных мощностей ПАО «КАМАЗ».