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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA.
UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO.
“INTEGRACIÓN DE UN ROBOT EN UNA LÍNEA DE PRODUCCIÓN AUTOMOTRIZ
APLICANDO SOLDADURA MIG.”
TESIS PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO EN ROBÓTICA INDUSTRIAL.
PRESENTA:
LUIS OMAR GUTIERREZ MIRANDA
México D.F.
2011.
1
AGRADECIMIENTOS:
A DIOS:
Por guiarme en un buen camino, ayudándome a tomar buenas decisiones y poder
recuperarme de las adversidades que se me han presentado durante este tiempo.
A MIS PADRES:
Jose Luis Gutiérrez Almaguer, Yolanda Miranda Arredondo. Que en todo momento y
sin esperar nada a cambio me brindaron todo su apoyo incondicionalmente, siempre
impulsándome a seguir adelante para terminar los proyectos que he comenzado.
A MIS HERMANOS:
Iván Gutiérrez Miranda, Sandra Gutiérrez Miranda por haberme brindado su apoyo
cuando más lo necesitaba.
A MI ESPOSA:
Karina Silva Palacios, Por darme su apoyo para poder terminar mi carrera profesional
A MI ESCUELA:
E.S.I.M.E. U.P.A. Por haberme brindado la oportunidad de realizar mi formación
académica, esperando no defraudarla.
2
INTRODUCCION.
El ciudadano industrializado que vivía a caballo en el siglo XX y el XXI se ha visto en la
necesidad de aprender en escasos 25 años, el significado de un buen numero de
términos marcados por su alto contenido tecnológico. De ellos sin duda el más
relevante ha sido el de la computadora (ordenador). Este, esta introducido hoy en día
en su versión personal en multitud de hogares y el ciudadano medio va conociendo en
creciente proporción, además de su existencia, su modo de uso y buena parte de sus
posibilidades.
Pero dejando de lado esta verdadera revolución social, existen otros conceptos
procedentes del desarrollo tecnológico que han superado las barreras impuestas por
las industrias y centros de investigación, incorporándose en cierta medida al lenguaje
coloquial. Es llamativo como entre estas destaca el concepto de robot. Aun sin tener
datos reales, no parece ser muy aventurado suponer que de preguntar al ciudadano
medio sobre que es un robot industrial, este demostraría tener, cuando menos, una
idea aproximada de su aspecto y utilidad.
Esta familiaridad con la que nuestra sociedad trata al robot es más llamativa cuando
se compara con el amplio desconocimiento que se puede tener de otras maquinas o
aparatos, aun siendo de mayor antigüedad o utilidad, como por ejemplo seria el
osciloscopio o los parientes cercanos de los robots: las maquinas de control numérico.
El mito ha rodeado y rodea al robot, a pesar de las más de 600,000 unidades
instaladas en el mundo a principios de 1995. Sus orígenes de ficción, su controvertido
impacto social, su aparente autonomía y notorio contenido tecnológico originan que, a
pesar de su popularidad, siga siendo admirado y en ocasiones temido.
La tesis que a continuación presento, reúne los conocimientos necesarios para
conocer a fondo que es, como funciona y para qué sirve un robot. Tras la lectura
esperamos desmentir al robot, quedando a la altura de cualquier otra máquina
compleja, como otras muchas que nos rodean (automóvil, televisión, etc.). Tras su
estudio, el robot será la síntesis de un importante bagaje de conocimientos científicotécnicos, adecuadamente conjuntados para dar como resultado un dispositivo
destinado a mejorar la producción en el ensamblaje de partes automotrices utilizando
soldadura MIG.
3
INDICE.
MARCO LEGAL.
JUSTIFICACIÓN.
INTRODUCCIÓN.
CAPITULO I. ANTECEDENTES.
1
1.1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS.
1
1.2. ORIGEN Y DESARROLLO DE LA ROBÓTICA.
3
1.3.1 CLASIFICACIÓN DEL ROBOT INDUSTRIAL.
6
1.3.2. Estructura mecánica de un robot.
6
1.3.3. Transmisiones y reductores.
7
1.4.1. Actuadores.
8
1.4.2 Sensores.
13
1.5.1 Elementos terminales.
16
CAPITULO II. MARCO TEORICO
17
2.1. CORDONES DE SOLDADURA.
17
2.1.2 La penetración de un cordón de soldadura.
19
2.2. Sistema de soldadura MIG, MAG.
19
2.3. PARAMETROS DE SOLDADURA.
20
2.3.1. Mezcla para soldadura mag.
21
2.3.2 Forma de los cordones.
22
2.3.3 Definición de los cordones de soldadura.
22
4
2.4 Corrección de robot por coordenadas.
24
2.5 La transferencia en modo spray.
24
2.6 Soldadura regulada por escalones.
25
CAPITULO III. ELEMENTOS INTEGRADORES DEL PROCESO.
26
3.1 DISPOSITIVOS.
26
3.2.1 Cilindros neumáticos (clamps).
26
3.2.2 Electroválvulas.
27
3.2.3 Conexiones multicontacto.
3.3. TABLERO DE CONTROL.
27
28
3.3.1. Selección de entradas y salidas.
28
3.3.2 El procesador.
28
3.3.3 El dispositivo de programación.
29
3.4. SOFTWARE RSLOGIX 500™ (SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN).
29
3.5 Limpiador de boquillas.
29
3.6 MAQUINA DE SOLDADURA MILLER.
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3.7 ALIMENTADOR DE MICROALAMBRE.
31
CAPITULO IV INTEGRACION DEL ROBOT EN LA LINEA DE PRODUCCION.
32
4.1 ROBOT SSA2000.
32
4.2 MASTERIZACION DEL ROBOT.
32
4.3 CENTRO DE HERRAMIENTA (TCP).
33
4.4 PROGRAMACION DEL ROBOT.
34
5
4.4.1 Movimientos del robot.
34
4.5. CABLEADO DE DISPOSITIVOS Y PLC AL ROBOT.
35
4.6. PROGRAMACION DE MOVIMIENTOS DEL ROBOT.
36
4.7 PROGRAMAS DEL ROBOT.
38
4.7.1 Programa mesa 1.
39
4.7.2 Programa mesa 2.
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4.7.3 Programa mesa 3.
41
4.7.4 Programa mesa 4.
43
4.7.5 Programa mesa 5.
45
4.8 PROGRAMACION DEL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE (PLC).
4.8.1 Instrucciones utilizadas en el programa.
48
72
CONCLUSIONES.
75
BIBLIOGRAFIA.
76
6
MARCO LEGAL.
A través del tiempo y con la renovación de la tecnología es necesario implementar
automatismos que nos ayuden a simplificar un poco el trabajo, desde luego tomando
en cuenta que lo primordial en este tipo de ensamblaje de partes automotrices,
utilizando soldadura mig. Es elaborar piezas con calidad y que cumplan con los más
estrictas normas de seguridad en cuanto a la calidad del punto de soldadura se refiere.
Ya que la seguridad de las personas es lo primordial, es por ello que como empresa
ensambladora de partes automotrices debemos seguir ciertos lineamientos que las
plantas ensambladoras como Volkswagen, Ford Motor Company y Daimler Chrysler
nos proponen para poder ser proveedora de partes ensambladas y estampadas.
Así también debemos cumplir con reglas de calidad internas, tanto en la
automatización como en el ensamblaje asistido por robots industriales.
JUSTIFICACIÓN.
La realización de este tema es por la gran importancia que tiene y seguirá teniendo la
robótica en todas sus diferentes áreas y es por ello que en esta tesis es basada mi
experiencia profesional, ponemos al descubierto cuán grande es el campo de acción de
la robótica industrial en este caso en el ensamblaje de componentes utilizando
soldadura mig.
El ingeniero en robótica industrial tiene una amplia relación y conocimiento en la
diferentes áreas de la industria y en esta se debe de llevar a cabo un control del
proceso que se adecue a las necesidades de producción de la planta logrando calidad y
altos estándares de producción, en donde la automatización del proceso juegue el
papel más importante.
Ejemplo de este proceso es en la industria automotriz en donde el número de autos
ensamblados requiere de procesos eficaces y únicamente con la más alta tecnología
podríamos lograr un proceso automatizado de ensamblaje con esas características. De
aquí el interesen la elaboración del tema además de ser nuestra campo de trabajo.
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CAPITULO I. ANTECEDENTES
1.1. Antecedentes históricos.
A lo largo de la historia el hombre ha sentido la necesidad de construir maquinas y
dispositivos capaces de imitar la funcionalidad y los movimientos de los seres vivos.
Antiguamente los griegos tenían un término específico para denominar a estas
maquinas: autómatas.
Durante los siglos XVII y XVIII se crearon ingenios mecánicos que tenían
características similares a los de los robots actuales, estos dispositivos mecánicos
fueron creados en su mayoría por artesanos del gremio de la relojería. Su misión
principal era la de entretener a las gentes de la corte y servir de atracción en las ferias.
Jaques Vacauson (1709-1782), autor del primer telar mecánico, construyó varios
muñecos animados, entre los que destaca un flautista capaz de tocar varias melodías y
un pato (1738) capaz de beber comer y digerir la comida.
La palabra Robot fue utilizada por primera vez en el año 1921, cuando el escritor
checo Carel Cape (1890-1938) estrena en el teatro nacional de Praga su obra Rossum's
Universal (R.U.R.). Su origen es la palabra eslava Rabota (trabajador), que se refiere al
trabajo realizado de manera forzada. Los robots de R.U.R. eran maquinas androides
fabricadas a partir de la “formula” obtenida por un brillante científico llamado Rosan.
Estos robots servían a sus jefes humanos desarrollando todos los trabajos físicos,
hasta que finalmente se rebelan contra sus dueños, destruyendo toda la vida humana,
a excepción de uno de sus creadores, con la frustrada esperanza que les enseñe a
reproducirse.
El termino posiblemente hubiera caído en desuso si no hubiera sido por los escritores
del género literario de la ciencia ficción, algunos de los cuales retomaron la palabra.
Pero sin duda alguna, fue el escritor americano de origen ruso Isaac Asimov (19201992) el máximo impulsor de la palabra robot. En octubre de 1945 publico en la
revista Galaxia Science Ficción una historia en la que por primera vez anuncio las Tres
leyes de la robótica.
1.- Un robot no puede perjudicar a un ser humano, ni con su inacción permitir que un
ser humano sufra daño.
2.- Un robot debe obedecer las órdenes recibidas de un ser humano, excepto si tales
órdenes entran en conflicto con la primera ley.
8
3.-Un robot puede proteger su propia existencia mientras tal protección no entre en
conflicto con la primera o segunda ley.
Se le atribuye a Isaac Asimos (fig. A) la creación del término robotics (robótica) y sin
lugar a duda, desde su obra literaria, ha contribuido decisivamente a la divulgación y
difusión de la robótica.
En la Fig. 1.1. Podemos ver un ROBOT industrial actual. Ejemplo físico del término que
nos dejaría como legado el escritor americano de origen ruso.
Fig. A. Isaac Asimov, creador del término robótica.
Fig. 1.1. Robot Motoman ASS 2000 de 6 GDL utilizado en el proyecto de integración.
9
1.2. ORÍGEN Y DESARROLLO DE LA ROBÓTICA.
La primera patente de un dispositivo robótico fue solicitada en marzo de 1945 por el
inventor británico C.W. Kenward Dicha patente fue emitida en el Reino Unido en 1957
con el numero 781465. Sin embargo, fue George C. Devol, Ingeniero norteamericano,
inventor y autor de varias patentes, el que estableció las bases del robot industrial
moderno. En 1954 Devol concibió la idea de un dispositivo de transferencia
programada de artículos que se patento en los Estados Unidos en 1961 con el numero
2988237.
En 1956 pone esta idea en conocimiento de Joseph F. Engelberger (1925- ), ávido
lector de Asimov y director de ingeniería de la división aeroespacial de la empresa
Manning Maxwell y Moore en Standford, Conneticut, Juntos, Devol y Engelberger
comienzan a trabajar en la utilización industrial de sus maquinas, fundando la
Consolidated Controls Corporation, que mas tarde se convierte en Unimation
(Universal Automation), e instalando su primer maquina Unimate (1960) similar al de
la figura 1.2 en la fábrica de General Motors de Trenton, Nueva Jersey, en una
aplicación de fundición por inyección.
Fig. 1.2. Robot Unimate 2000. Unos de los primeros modelos comerciales de Unimation.
10
En 1968 J.F. Engelberger visito Japón y poco más tarde se firmaron acuerdos con
Kawasaki para la construcción de robots tipo Unimate.
El crecimiento de la Robótica en Japón aventajo en breve a los Estados Unidos gracias
a Nissan, que formo la primera asociación robótica del mundo, la Asociación de
Robótica Industrial de Japón (JIRA) en 1972. Dos años más tarde se formo el Instituto
de Robótica de América (RIA), que en 1984 cambio su nombre por el de Asociación de
Industrias Robóticas, manteniendo las mismas siglas (RIA).
Por su parte Europa tuvo un despertar más tardío. En 1973 la firma sueca ASEA
construyo el primer robot con accionamiento totalmente eléctrico, el robot IRb6
(Fig.1.3). En 1980 se fundó la Federación Internacional de Robótica con sede en
Estocolmo Suecia.
Fig. 1.3. Robot IRb6 de la firma sueca ASEA.
La configuración de los primeros robots respondía a las denominadas configuraciones
esféricas y antropomórficas, de uso especialmente valido para la manipulación. En
1982 el profesor Makino de la Universidad Yamanashi de Japón, desarrolla en
concepto de robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) que busca con
un número reducido de grados de libertad (3 o 4), un coste limitado y una
configuración orientada al ensamblado de piezas. La evolución de los robots
industriales desde sus primero balbuceos ha sido vertiginosa.
11
En poco más de 30 años las investigaciones y desarrollo sobre la robótica industrial
han permitido que los robots tomen posiciones en casi todas las áreas productivas y
tipos de industria. Los futuros desarrollos de la robótica apuntan a aumentar su
movilidad, destreza y autonomía de sus acciones.
La mayor parte de los robots actuales son de base estática, y se utilizan en
aplicaciones industriales tales como ensamblado, soldadura, alimentación de
maquinas herramientas, etc. Sin embargo, hay otro tipo de aplicaciones que han hecho
evolucionar en gran medida tanto la concepción de los robots como su propia
morfología. Entre estos robots dedicados a aplicaciones no industriales destacan los
robots espaciales (brazos para lanzamiento y recuperación de satélites, vehículos de
exploración lunar, robots para la construcción y mantenimiento de Hardware en el
espacio);robots para aplicaciones submarinas y subterráneas (exploración submarina,
instalación y mantenimiento de cables telefónicos submarinos, limpieza e inspección
de tuberías y drenaje subterráneos); robots militares (desactivación de
bombas);robots móviles industriales; robot agrícolas(sembrado y cosecha); robots
móviles industriales; prótesis para los discapacitados; etc.
Un Robot es un manipulador automático servocontrolado, reprogramable, polivalente,
capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos especiales, siguiendo
trayectorias variables reprogramables, para la ejecución de tareas variadas.
Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una muñeca. Su
unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepción
del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cíclica,
pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material. Por último, la
Federación Internacional de Robótica (IFR) en su informe técnico ISO/TR 83737
(septiembre de 1988) distingue entre robot industrial de manipulación y otros
robots.
Por robot industrial de manipulación se entiende a una maquina de manipulación
automática, reprogramable y multifuncional con tres o más ejes que pueden
posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales para la
ejecución de trabajos diversos en las diferentes etapas de la producción industrial, ya
sea en una posición fija o en movimiento.
En esta definición se debe de entender que la reprogramabilidad y multifunción se
consigue sin modificaciones físicas del robot.
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1.3.1. Clasificación del robot industrial.
La IFR distingue entre cuatro tipos de robots:
1.
2.
3.
4.
Robot secuencial.
Robot de trayectoria controlable.
Robot adaptativo.
Robot tele manipulado.
Un robot está formado por los siguientes elementos: estructura mecánica,
transmisiones, sistema de accionamiento, sistema sensorial, sistema de control y
elementos terminales. Examinaremos las partes constitutivas de un robot.
Primeramente la estructura mecánica, haciendo referencia a los distintos tipos de
articulaciones posibles entre dos eslabones consecutivos y a las configuraciones
existentes. Seguidamente analizaremos los sistemas de transmisión y reducción
necesarios para transmitir a cada una de las articulaciones el movimiento generado
por los actuadores, que como elementos con capacidad para desplazar la estructura
mecánica, analizaremos a continuación. Los sensores internos son necesarios para el
control de los movimientos del robot.
Fig. 1.4. Servomotor de un robot.
1.3.2 ESTRUCTURA MECANICA DE UN ROBOT.
Mecánicamente, un robot está formado por una serie de elementos o eslabones unidos
mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos
eslabones consecutivos.
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La constitución física de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta
similitud con la anatomía del brazo humano, por lo que en ocasiones parece hacer
referencia a los distintos elementos que componen el robot, se utilizan términos como
cuerpo, brazo, codo y muñeca. El movimiento de cada articulación puede ser de
desplazamiento, de giro o de combinación de ambos. Aunque, en la práctica, en los
robots solo se emplean la de rotación y la prismática. Cada uno de los movimientos
independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior se le
denomina grado de libertad (GDL).
El número de grados de libertad del robot viene dado por la suma de los grados de
libertad de las articulaciones que la componen. Puesto que, como se ha indicado, las
articulaciones empleadas son únicamente las de rotación y prismática con un grado de
libertad cada una, el número de GDL del robot suele coincidir con el número de
articulaciones de que se compone.
1.3.3 TRANSMISIONES Y REDUCTORES.
Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento de los
actuadores hasta las articulaciones. Se incluyen junto con las transmisiones a los
reductores, encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los
valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot.
Tabla 1.1. Sistemas de transmisión para un robot.
Entrada-Salida
Denominación
Engranaje
Correa dentada
Circular-Circular Cadena
Paralelogramo
Cable
Ventajas
Inconvenientes
Holguras
Pares altos
Ruido
Distancia grande
Giro limitado
Distancia grande
Deformabilidad
Circular-Lineal
Tornillo sin fin
Cremallera
Poca holgura
Holgura media
Lineal-Circular
Paralelogramo articulado
Holgura media
Cremallera
Rozamiento
Rozamiento
Control difícil
Rozamiento
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1.4.1. ACTUADORES.
Los actuadores tienen por misión generar los movimientos de los elementos del robot
según las órdenes dadas por la unidad del control. Los actuadores utilizados en
robótica pueden utilizar energía neumática, hidráulica o eléctrica. Cada uno de estos
sistemas presenta características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de
seleccionar el tipo de actuador más conveniente. Las características a considerar son
entre otras:
Potencia. Precisión. Velocidad. Controlabilidad. Peso y volumen.
Actuadores neumáticos; En ellos la fuente de energía es aire a presión entre 5 y 10
bar. Existen dos tipos de actuadores neumáticos. Cilindros neumáticos. Se consigue el
desplazamiento de un émbolo encerrado en un cilindro, como consecuencia de la
diferencia de presión a ambos lados de aquel. Los cilindros neumáticos pueden ser de
simple o doble efecto. En los primeros, el embolo se desplaza en un sentido como
resultado del empuje ejercido por el aire a presión, mientras que en el otro sentido se
desplaza como consecuencia del efecto de un muelle (que recupera al embolo a su
posición de reposo). En los cilindros de doble efecto el aire a presión es el encargado
de empujar al embolo en las dos direcciones, al poder ser introducido de forma
arbitraria en cualquiera de las dos cámaras. En la fig.1.5 se muestra la estructura
mecanica de un cilindro neumatico
Fig. 1.5. Esquema de un cilindro neumático.
En los motores neumaticos se consigue el movimiento de rotacion de un eje mediante
aire a presion. Los dos tipos mas usados son los motores de aletas rotativas y los
mortores de pistones axiales. Sobre el rotor excéntrico están dispuestas las aletas de
longitud variable. Al entrar aire a presión en uno de los compartimentos formados por
dos aletas y la carcasa estas tienden a girar hacia una situación en el que el
comportamieto tenga mayor volúmen.
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Los motores de pistones axiales tienen un eje de giro solidario a un tambor que se ve
obligado a girar por las fuerzas que ejercen varios cilindros, que se apoyan sobre un
plano inclinado. En las figuras 1.6, 1.7 se muestra el funcionamiento de un motor
neumatico.
Fig. 1.6. Motor de paletas.
Fig. 1.7. Motor de pitones axiales.
Otro método común más sencillo de obtener movimientos de rotación a partir de
actuadores neumáticos, se basa en el empleo de cilindros cuyo embolo se encuentra
acoplado a un sistema de piñón-cremallera. El conjunto forma una unidad compacta
que pueden adquirirse en el mercado. En general y debido a la compresibilidad del
aire los actuadores neumáticos no consiguen una buena precisión de posicionamiento.
Sin embargo, su sencillez y robustez hacen adecuado su uso en aquellos casos en los
que sea suficiente un posicionamiento en dos situaciones diferentes (todo o nada). Por
ejemplo, si son utilizados en manipuladores sencillos, en apertura y cierre de pinzas o
en determinadas articulaciones de algún robot. Actuadores hidráulicos. Este tipo de
actuadores no se diferencian funcionalmente en mucho de los neumáticos. En ellos, en
vez de aire se utilizan aceites minerales a una presión comprendida normalmente
entre los 50 y 100 bar, llegándose en ocasiones a superar los 300 bar. Existen, como
en el caso de los neumáticos, actuadores del tipo cilindro y del tipo motores de aletas
y pistones. Sin embargo, las características del fluido utilizado en los actuadores
hidráulicos marcan ciertas diferencias con los neumáticos.
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En primer lugar, el grado compresibilidad de los aceites usados es considerablemente
inferior al del aire, por lo que la precisión obtenida en este caso es mayor. Por motivos
similares, es más fácil en ellos realizar un control continuo, pudiendo posicionar su eje
en todo un rango de valores (haciendo uso del servocontrol) con notable precisión.
Por otra parte, este tipo de actuadores presenta estabilidad frente a cargas estáticas.
Esto indica que el actuador es capaz de soportar cargas, como el peso o una presión
ejercida sobre una superficie, sin aporte de energía (para mover el embolo de un
cilindro sería preciso vaciar este de aceite). También es destacable su elevada
capacidad de carga y relación potencia-peso, así como sus características de
autolubricación y robustez. Frente a estas ventajas existen también ciertos
inconvenientes. Por ejemplo, las elevadas presiones a las que se trabajan propician la
existencia de fugas de aceite a lo largo de instalación. Asimismo, para los eléctricos,
necesitando de equipos de filtrado de partículas, eliminación de aire, sistemas de
refrigeración y unidades de control de distribución. Los accionamientos hidráulicos se
usan con frecuencia en aquellos robots que deben manejar grandes cargas. Así, este
tipo de accionamiento ha sido usado por robots como el UNIMATE 2000 y 4000 con
capacidades de carga de 70 y 205kg, respectivamente. Para que se pueda dar la
conversión de energía eléctrica en energía mecánica de forma continua es necesario
que los campos magnéticos del estator y del rotor permanezcan estáticos entre sí. Esta
transformación es máxima cuando ambos campos se encuentran en cuadratura. El
colector de delgas es un conmutador sincronizado con el rotor encargado de que se
mantenga el ángulo relativo entre el campo del estator y el creado por las corrientes
rotóricas. De esta forma se consigue transformar automáticamente, en función de la
velocidad de la maquina, la corriente continua que alimenta al motor en corriente
alterna de frecuencia variable en el inducido. Este tipo de funcionamiento se conoce
con el nombre de autopilotado. Al aumentar la tensión del inducido aumenta la
velocidad de la maquina. Si el motor está alimentado a tensión constante, se puede
aumentar la velocidad disminuyendo el flujo de excitación. Pero cuanto más débil sea
el flujo, menor será el par motor que se puede desarrollar para una intensidad de
inducido constante, en el caso de control por inducido, la intensidad del inductor se
mantiene constante, mientras que la tensión del inducido se utiliza para controlar la
velocidad de giro. En los controlados por excitación se actúa al contrario. Además, en
los motores controlados por inducido se produce un efecto estabilizador de la
velocidad de giro originado por la realimentación intrínseca que posee a través de la
fuerza contra electromotriz. Por estos motivos, de los dos tipos de motores DC es el
controlado por inducido el que se usa en el accionamiento con robots.
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Para mejorar el comportamiento de este tipo de motores, el campo de excitación se
genera mediante imanes permanentes, con lo que se evalúan fluctuaciones del mismo.
Estos imanes son de aleaciones especiales como samario-cobalto. Además, para
disminuir la inercia que poseería un rotor bobinado, que es el inducido, se construye
este mediante una serie de espiras serigrafiadas en un disco plano, este tipo de rotor
no posee apenas masa térmica lo que aumenta los problemas de calentamiento por
sobrecarga. Las velocidades de rotación que se consiguen con estos motores son del
orden de 1000 a 3000 rpm con un comportamiento muy lineal y bajas constantes de
tiempo. Las potencias que pueden manejar pueden llegar a los 10KW. Como se ha
indicado, los motores DC son controlados mediante referencias de velocidad. Estas
normalmente son seguidas mediante un bucle de realimentación de velocidad
analógico que se cierra mediante una electrónica específica (accionado del motor).
Sobre este bucle de velocidad se coloca otro de posición, en el que las referencias son
generadas por la unidad de control (microprocesador). El motor de corriente continua
presenta el inconveniente del obligado mantenimiento de las escobillas. Por otra
parte, no es posible mantener el par con el rotor parado más de unos segundos,
debido a los calentamientos que se producen en el colector. Para evitar estos
problemas, se han desarrollado en los últimos años motores sin escobillas. En estos,
los imanes de excitación se sitúan en el rotor y el devanado de inducido en el estator,
con lo que es posible convertir la corriente mediante interruptores estáticos, que
reciben la señal de conmutación a través de un detector de posición del rotor.
Motores pasó a paso. Los motores paso a paso generalmente no han sido
considerados dentro de los accionamientos industriales, debido principalmente a que
los pares para los que estaban disponibles eran muy pequeños y los pasos entre
posiciones consecutivas eran grandes. En los últimos años se han mejorado
notablemente sus características técnicas, especialmente en lo relativo a su control, lo
que ha permitido fabricar motores paso a paso capaces de desarrollar pares
suficientes en pequeños pasos para su uso como accionamientos industriales.
Existen tres tipos de motores paso a paso:
-De imanes permanentes.
-De reluctancia variable.
-Híbridos.
En los primeros, de imanes permanentes, el rotor, que posee una polarización
magnética constante, gira para orientar sus polos de acuerdo al campo magnético
creado por las fases del estator. En los motores de reluctancia variable, el rotor está
formado por un material ferro-magnético que tiende a orientarse de modo que facilite
el camino de las líneas de fuerza del campo magnético generado por las bobinas de
estator. Los motores híbridos combinan el modo de funcionamiento de los dos
anteriores. En los motores paso a paso la señal de control son trenes de pulsos que
van actuando rotativamente sobre una serie de electroimanes dispuestos en el estator.
Por cada pulso recibido, el rotor del motor gira un determinado número de grados.
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Para conseguir el giro del rotor en un determinado número de grados, las bobinas del
estator deben ser excitadas secuencialmente a una frecuencia que determina la
velocidad de giro. Las inercias propias del arranque y parada (aumentadas por las
fuerzas magnéticas en equilibrio que se dan cuando está parado) impiden que el rotor
alcance la velocidad nominal instantáneamente, por lo que esta, y por tanto la
frecuencia de los pulsos que la fija, debe ser aumentada progresivamente. Para
simplificar el control de estos motores existen circuitos especializados que a partir de
tres señales (tren de pulsos, sentido de giro e inhibición) generan, a través de una
etapa lógica, las secuencias de pulsos que un circuito de conmutación distribuye a
cada fase.
Motores de corriente alterna (c.a). Este tipo de motores no ha tenido aplicación en la
robótica hasta hace unos años, debido fundamentalmente a la dificultad de su control.
Sin embargo, las mejoras que se han introducido en las maquinas síncronas hacen que
se presenten como un claro competidor de los motores de corriente continua. Esto se
debe principalmente a tres factores:
1.
La construcción de los motores síncronos sin escobillas.
2.
Uso de convertidores estáticos que permiten variar la frecuencia (y así la
velocidad de giro) con facilidad y precisión.
3.
Empleo de la microelectrónica que permite una gran capacidad de control.
El inductor se sitúa en el rotor y está constituido por imanes permanentes, mientras
que el inductor situado en el estator, está formado por tres devanados iguales
decalados 120° eléctricos y se alimenta con un sistema trifásico de tensiones. En los
motores síncronos la velocidad de giro depende únicamente de la frecuencia de la
tensión que alimenta el inducido. Para poder variar esta con precisión, el control de
velocidad se realiza mediante un convertidor de frecuencia. Para evitar el riesgo de
pérdida de sincronismo se utiliza un sensor de posición continuo que detecta la
posición del rotor y permite mantener en todo momento el ángulo que forman los
campos del estator y rotor. Este método de control se conoce como autosíncrono o
autopilotado. El motor síncrono autopilotado excitado con un imán permanente,
también llamado motor senoidal, no presenta problemas de mantenimiento debido a
que no posee escobillas y tiene una gran capacidad de evacuación de calor, ya que los
devanados están en contacto directo con la carcasa. El control de posición se puede
realizar sin la utilización de un sensor adicional, aprovechando el detector de posición
del rotor que posee el propio motor. En la actualidad diversos robots industriales
emplean este tipo de accionamientos.
19
1.4.2. SENSORES.
Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada precisión, velocidad e
inteligencia, será preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del
estado de su entorno. La información relacionada con su estado (fundamentalmente la
posición de sus articulaciones) la consigue con los denominados sensores internos,
mientras que la que se refiere al estado de su entorno, se adquiere con los sensores
externos.
Sensores de Posición. Para el control de posición angular se emplean
fundamentalmente los denominados encoders y resolvers. Los potenciómetros dan
bajas prestaciones por lo que no se emplean salvo en contadas ocasiones (robots
educacionales, ejes de poca importancia).
Codificadores angulares de posición (encoders). Los codificadores ópticos o encoders
increméntal, en su forma más simple, de un disco transparente con una serie de
marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre sí; de un sistema de
iluminación en el que la luz es colimada de forma correcta, y de un elemento foto
receptor. El eje cuya posición se quiere medir va acoplado al disco transparente. Con
esta disposición a medida que el eje gire se irá generando pulsos en el receptor cada
vez que la luz atraviese cada marca, y llevando una cuenta de estos pulsos es posible
conocer la posición del eje. Existe, sin embargo, el problema de no saber si en un
momento dado se está realizando un giro en un sentido o en otro, con el peligro que
supone no estar contando adecuadamente. Una solución a este problema consiste en
disponer de otra franja de marcas, desplazada de la anterior de manera que el tren de
pulsos que con ella se genere este desplazado 90° eléctricos con respecto al generado
por la primera franja. De esta manera, con un circuito relativamente sencillo es
posible obtener una señal adicional que indique cual es el sentido de giro, y que actué
sobre el contador correspondiente indicando que incremente o decremente. Es
necesario además disponer de una marca de referencia sobre el disco que indique que
se ha dado una vuelta completa y que, por tanto, se ha de empezar la cuenta de nuevo.
Esta marca sirve también para poder comenzar a contar tras recuperarse de una caída
de tensión. La resolución de este tipo de sensores depende directamente del número
de marcas que se pueden poner físicamente en el disco. Un método relativamente
sencillo para aumentar esta resolución es, no solamente contabilizar los flancos de
subida de los trenes de pulsos, sino contabilizar también los de bajada, incrementando
así la resolución del captador, pudiéndose llegar, con ayuda de circuitos adicionales,
hasta 100,000 pulsos por vuelta. El funcionamiento básico de los codificadores o
encoders absolutos es similar al de los increméntales. Se tiene una fuente de luz con
las lentes de adaptación correspondiente, un disco graduado y una foto receptoras.
20
En este caso, el disco transparente se divide en un número determinado de sectores
(potencia de 2), codificándose cada uno de ellos según un código binario cíclico
(normalmente código Gray) que queda representado por zonas transparentes y
opacas dispuestas radialmente. No es necesario ahora ningún contador o electrónica
adicional para detectar el sentido del giro, pues cada posición (sector) es codificado de
forma absoluta. Su resolución es fija, y vendrá dada por el número de anillos que
posea el disco graduado. Resoluciones habituales van desde 28 29 bits (desde 256 a
524,288 posiciones distintas). Normalmente los sensores de posición se acoplan al eje
del motor. Considerando que en la mayor parte de los casos entre el eje del motor y el
de la articulación se sitúa un reductor de relación N, cada movimiento de la
articulación se verá multiplicado por N al ser medido por el sensor. Este aumentara
así su resolución multiplicándola por N. Este problema se soluciona en los encoders
absolutos con la utilización de otro encoder absoluto más pequeño conectado por un
engranaje reductor al principal, de manera que cuando este gire una vuelta completa,
el codificado adicional avanzara una posición. Son los denominados encoder absolutos
multivuelta. Esta misma circunstancia originara que en el caso de los codificadores
increméntales la señal de referencia o marca de cero, sea insuficiente para detectar el
punto origen para la cuenta de pulsos, pues habrá N posibles puntos de referencia
para un giro completo de la articulación. Para distinguir cuál de ellos es el correcto se
suele utilizar un detector de presencia denominado sincronismo, acoplado
directamente al eslabón del robot que se considere. Cuando se conecta el robot desde
una situación de apagado, es preciso, ejecutar un procedimiento de búsqueda de
referencias para los sensores (sincronizado). Cuando se detecta la conmutación de
presencia o ausencia de pieza, o viceversa, se atiende al encoder incremental,
tomándose como posición de origen la correspondiente al primer pulso de marca de
cero que aquel genere. Los encoders pueden presentar problemas mecánicos debido a
la gran precisión que se debe tener en su fabricación. La contaminación ambiental
puede ser una fuente de interferencias en la transmisión óptica. Son dispositivos
particularmente sensibles a golpes y vibraciones, estando su margen de temperatura
de trabajo limitado por la presencia de componentes electrónicos.
Sensores lineales de posición (LVDT).
Entre los sensores de posición lineales destaca el transformador diferencial de
variación lineal (LVDT) debido a su casi infinita resolución, poco rozamiento y alta
repetibilidad. Su funcionamiento se basa en la utilización de un núcleo de material
ferromagnético unido al eje cuyo movimiento se quiere medir. Este núcleo se mueve
linealmente entre un devanado primario y dos secundarios, haciendo con su
movimiento que varié la inductancia entre ellos.
Los dos devanados secundarios conectados en oposición serie ven como la inducción
de la tensión alterna del primario, al variar la posición del núcleo, hace crecer la
tensión de un devanado y disminuirá en el otro. Además de las ventajas señaladas, el
LVDT presenta una alta linealidad, gran sensibilidad y una respuesta dinámica levada.
21
Su uso está ampliamente extendido, a pesar del inconveniente de poder ser aplicado
únicamente en la medición de pequeños desplazamientos. Otros sensores lineales que
también se emplean con relativa frecuencia son las denominadas reglas ópticas
(equivalentes a los codificadores ópticos angulares) y las reglas magnéticas. En el
funcionamiento del Inductosyn el rotor se desliza linealmente sobre el estator. El
estator se encuentra excitado por una tensión conocida que induce en el rotor
dependiendo de su posición relativa una tensión podemos ver físicamente un sensor
lineal de posición.
Sensores de velocidad; La captación de la velocidad se hace necesaria para mejorar el
comportamiento dinámico de los actuadores del robot. La información de la velocidad
de movimiento de cada actuador (que tras el reductor es la de giro de la articulación)
se realimenta normalmente a un bucle de control analógico implementado en el
propio accionado del elemento motor. No obstante, en ocasiones en las que el sistema
de control del robot lo exija, la velocidad de giro de cada actuador es llevada hasta la
unidad de control del robot. Normalmente, y puesto que el bucle de control de
velocidad es analógico, el sensor usado es una tacogeneratriz que proporciona una
tensión proporcional a la velocidad de giro de su eje (10 mili volts por rpm).Otra
posibilidad, usada para el caso de que la unidad de control del robot precise valorar la
velocidad de giro de las articulaciones, consiste en derivar la información de posición
que esta posee.
Sensores de presencia; Este tipo de sensor es capaz de detectar la presencia de un
objeto dentro de un radio de acción determinado. Esta detección puede hacerse con o
sin contacto con el objeto. En el segundo caso se utilizan diferentes principios físicos
para detectar la presencia, dando lugar a los diferentes tipos de sensores. En el caso
de detección con contacto, se trata siempre de un interruptor, normalmente abierto o
normalmente cerrado según interese, actuando mecánicamente a través de un vástago
u otro dispositivo. Los detectores de presencia se utilizan en robótica principalmente
como auxiliares de los detectores de posición, para indicar los límites de las
articulaciones y permitir localizar la posición de referencia de cero de estos en el caso
de que sean increméntales. Además de esta aplicación, los sensores de presencia se
usan como sensores externos, siendo muy sencillos de incorporar al robot por su
carácter binario y su costo reducido. Los detectores inductivos permiten detectar la
presencia o contar el número de objetos metálicos sin necesidad de contacto.
Presentan el inconveniente de distinto comportamiento según del tipo de metal del
que se trate. El mismo tipo de aplicación tiene los detectores capacitivos, más
voluminosos, aunque en este caso los objetos a detectar no precisan ser metálicos. En
cambio presentan problemas de trabajo en condiciones húmedas y con puestas a
tierra defectuosa. Los sensores basados en el efecto Hall detectan la presencia de
objetos ferromagnéticos por la deformación que estos provocan sobre un campo
magnético.
22
1.5.1 ELEMENTOS TERMINALES
Para las aplicaciones industriales, las capacidades del robot básico deben aumentarse
por medio de dispositivos adicionales. Podríamos denominar a estos dispositivos
como los periféricos del robot, incluyen el herramental que se une a la muñeca del
robot y a los sistemas sensoriales que permiten al robot interactuar con su entorno.
En robótica, el término de efector final se utiliza para describir la mano o herramienta
que está unida a la muñeca. El efector final representa el herramental especial que
permite al robot de uso general realizar una aplicación particular. Este herramental
especial debe diseñarse específicamente para la aplicación.
Los efectores finales pueden dividirse en dos categorías: pinzas y herramientas. Las
pinzas se utilizarían para tomar un objeto, normalmente la pieza de trabajo, y
sujetarlo durante el ciclo de trabajo del robot. Hay una diversidad de métodos de
sujeción que pueden utilizarse, además de los métodos mecánicos obvios de agarrar la
pieza entre dos o más dedos. Estos métodos suplementarios incluyen el empleo de
casquetes de sujeción, imanes, ganchos, y cucharas.
Tabla 1.2. Herramientas terminales para robots.
Tipo de herramienta
Pinza de soldadura por
puntos
Comentarios
Dos electrodos que se cierran sobre la pieza de soldar
Aportan el flujo de electrodo que se funde
Soplete soldadura de arco Para trabajos de fundición
Cucharón para colada
Atornillador
Fresa-lija
Pistola de pintura
Cañón láser
Cañón de agua a presión
Suelen incluir la alimentación de tornillos
Para perfilar, eliminar rebabas, pulir, etc.
Por pulverización de la pintura
Para corte de materiales
Para corte de materiales
23
Una herramienta se utilizaría como efector final en aplicaciones en donde se pide al
robot realizar alguna operación en la pieza de trabajo. Estas aplicaciones incluyen la
soldadura por puntos, la soldadura por arco, pintura por pulverización y las
operaciones de taladro. En cada caso, la herramienta particular está unida a la muñeca
del robot para realizar la operación. Se puede establecer una clasificación de los
elementos terminales atendiendo así si se trata de un elemento de sujeción o de una
herramienta. Los primeros se pueden clasificar según el sistema de sujeción
empleado. En la fig. 1.9 se muestra la imagen de un robot con una antorcha de
soldadura mig como efector final.
Fig. 1.8. Robot aplicando soldadura MIG.
Los elementos de sujeción se utilizan para agarrar y sostener los objetos y se suelen
denominar pinzas. Se distingue entre las que utilizan dispositivos de agarre mecánico
y las que utilizan algún otro tipo de dispositivo (ventosas, pinzas magnéticas,
adhesivas, ganchos, etc.)
CAPITULO 2 MARCO TEORICO
2.1 Cordones de Soldadura
Al inspeccionar visualmente, los cordones de soldadura se pude detectar si están
bien soldados o pegados. Si un cordón esta desviado, implica que en una de las piezas
este bien soldado y en otra mal soldado, o pegado, tenemos un ejemplo claro de un
cordón desviado, en la fig.2.1 el cordón de soldadura esta poco agarrado.
24
Fig. 2.1 Boquilla de soldadura
Esto se debe a que, una que el robot está mal corregido, que no tiene el ángulo
correctamente orientado, que la antorcha está tocando en alguna parte, que el tubo
de contacto tiene holgura causada por el rozamiento del hilo, o que la pieza está mal
cargada. Para que los cordones de soldadura este bien soldado, lo fundamental sea,
entre otras muchas cosas da al Robot los ángulos de soldadura correctamente (45°)
En la fig. 2.2 se da un ejemplo del ángulo correcto para la aplicación de soldadura mig.
Fig.2.2 Ángulos de aplicación de soldadura mig
Es también muy importante, hacer una selección de los cordones de soldadura por
programas, según el tipo de cordones. En un programa podemos tener los
horizontales, en otro programa los que se suelden en descendente, y en otro
programa los que se suelden a solape, y en otro programa los que se suelden con
distintos espesores. Esto hace que cuando modifiquemos algún parámetro de
soldadura solo afecte a cordones similares. En la fig. 2.3 se observa las diferentes
técnicas de soldadura, y la distancia a la que se debe soldar.
25
Fig. 2.3 Tipos de cordones de soldadura
2.1.2 La penetración de un cordón de soldadura
En descendente es menor que en horizontal, es por esto que siempre que sea posible
se debe soldar en posición horizontal. En excedente la pistola de soldar debe formar
un ángulo de 65° aproximadamente en el sentido del avance de la soldadura. Se
muestra una soldadura en descendente, con la pistola formando un ángulo contrario
al sentido del avance se soldadura. Si se soldara en descendente con este ángulo 65°,
el metal de aportación se descuelga, pasa delante del punto de fusión y la soldadura
queda pegada, no tiene ninguna penetración.
2.2. Sistema de soldadura. MIG, MAG.
Es un proceso semiautomático, automático o robotizado de soldadura que utiliza un
electrodo consumible y continuo que es alimentado a la pistola junto con el gas inerte
en soldadura MIG o gas activo en soldadura MAG que crea la atmósfera protectora.
Hace que no sea necesario estar cambiando de electrodo constantemente. El método
MIG (Metal Inerte Gas) utiliza un gas inerte (Argón, Helio o una mezcla de ambos.
Una función que tiene mucha importancia en la penetración de la soldadura es la
distancia se tiene entre el tubo de contacto, o boquilla, y las piezas a soldar, cuanto
mayor sea la distancia, menor será la penetración de la soldadura, y también será más
las proyecciones que se esta aportando a las piezas, una distancia correcta seria
entre tobera y pieza de 15mm.
Esta distancia, en muchos casos no es posible por la conformación de la pieza, que es
lo que tenemos que tener en la cuenta al corregir un Robot en un cordón de
soldadura. Muchas veces los parámetros de soldadura, está bien, y los cordones mal,
les falta espesor, están rugosos, parece que el metal de aportación está pegado, es
fácil de separar las piezas, los cordones están llenas de escoria, los motivos pueden
26
ser varios, los arrastres están muy apretados, esto hace que estemos laminando el
recubrimiento del hilo, y el polvo que produce la laminación nos está haciendo dos
cosas, una atascar el tubo de contacto, y la sirga, y otra que la función sea peor. Para
regular bien los arrastres del hilo de soldar, y que estos no laminen el hilo, se deben
apretar poco, y comprobar tirando a la salida del tubo de contacto, con el alicate de
cortar el hilo hasta que este no patine en los arrastres.
La falta de fusión puede ser: Porque la masa está deteriorada, y se calienta; porque
por alguna fase no llega la corriente necesaria para soldar; y esto también generan
muchas escorias; así como una distancia entre pieza y tubo de contacto excesivo.
2.3 Parámetros de soldadura
Los parámetros para hacer una buena soldadura son los que necesitan, y para esto
nadie tiene una receta justa, se puede tener orientación aproximada, pero quien dice
que los parámetros se necesitan en cada equipo de soldadura son las personas que
saben que es una soldadura: Que tiene criterios claros , es casi imposible que dos
equipos de soldar realicen una soldadura igual, en sitios y momentos distintos, los
parámetros de un equipo de soldadura se ajustan en el puesto trabajando , y nunca
haciendo comparaciones con otros equipos iguales o similares. Tengamos presente,
que los arrastres para sacar el hilo del tambor trabajan a tracción, y para hacer que el
hilo salga por la sirga de la antorcha, trabajan a compresión, es por esto, la
importancia, de la longitud de las antorchas, cuanto más larga sea las antorchas mas
se doblan, y se deterioran en los movimientos que hace el robot cuando suelda y
limpia la tobera, las sirgas limpias, los tubos de contacto sin holguras ni proyecciones,
hacen que los cordones de soldadura tengan Calidad. En las toberas también se pegan
proyecciones, y estas hacen que se desvié el gas de protección, en la zona que estamos
soldando, y salgan poros en el cordón de soldadura. Las proyecciones que muchas
veces se pegan en el orificio del tubo de contacto, hacen unas veces que el hilo salga
con dificultad, y otras que el hilo no esté en la zona y con el ángulo que nosotros
habíamos corregido.
El gas de protección, tiene que estar bien ajustado para la consecución de una buena
soldadura; por la tobera no debe de salir menos de 12 litros/minuto, menos de esta
cantidad puede hacer, que en el cordón de soldadura salgan poros, la mezcla del gas
también es importante, tiene que estar ajustada a la Calidad de la soldadura que
queremos conseguir.
27
2.3.1 mezcla para soldadura MAG
Es 87% de argón, y 13% de CO2, es una mezcla capaz de conseguir soldaduras de
mucha calidad: cuanto mayor sea la cantidad de CO2, mayor será la penetración de la
soldadura, una mezcla rica en CO2 produce más proyecciones que si es rica en argón.
Algunas veces salen poros en las soldaduras, que son debidos a fugas de aire en el
sistema neumático de la paleta, a corrientes de aire, que entra por alguna puerta que
está abierta: Si la fuga o la corriente están orientadas a la zona de soldadura del
cordón queda sin proteger, y salen los poros.
Si la mezcla de Argón es muy alta, la soldadura aparece estrecha, esto es debido a que
no tiene penetración, también aparecen las piezas, limpias de proyecciones, una
mezcla muy alta de Argón se puede emplear para uniones soldadas a tope, donde las
piezas a unir tengan mucho aire: O que se empleen sistemas de soldadura tándem o
doble hilo donde el aporte de calor es grande, y la mezcla del gas puede ser, 96% de
Argón y 4% de CO2. De una forma general la posición del hilo de soldar esta situada
en el plano de la junta, debe formar un ángulo de 45° con la chapas a unir y formando
un ángulo de 60° a 65° con respecto a la línea de la unión en el sentido del avance de
la soldadura. También se tiene que tener en cuenta si se suelda arrastrando, o
empujando, empujando, arrastrando. La diferencia entre ascendente y descendente,
es que arrastrando la penetración de la soldadura es un 15 % superior que
empujando. Al tener diferencias de penetración según el método que empleamos al
soldar, (empujando o arrastrando) podemos cambiar el método según nos beneficie
la soldadura. Si una soldadura nos está perforando las piezas con unos parámetros
determinados, y estamos soldando arrastrando, podemos hacer que suelden
empujando, y al contrario, esto lo podemos conseguir, de dos formas, una, si en la
especificación no nos dice nada de la dirección de la soldadura, podemos cambiar las
instrucciones de soldadura, donde termina de soldar, que comience, y así
mantenemos la corrección del robot , otra cambiando el ángulo de la antorcha
podemos trasformar lo que antes era arrastrando, ahora es empujando. Si soldamos
arrastrando, tenemos que tener en cuenta que las proyecciones quedan encima del
cordón de soldadura, si soldamos empujando, las proyecciones saltan de la parte de la
pieza, que esta sin soldar, y el cordón queda limpio de proyecciones. Es muy
importante tener en cuenta: Que si un robot se para, por colisión o anomalía, no se
ponga en marcha, sin antes comprobar la causa que ha producido dicha anomalía, o
colisión. Si un robot se para por colisión es que algún obstáculo se interfiere en su
camino, puede ser que el hilo se queda pegado al metal de aportación, que la paleta no
esté bien cerrada, quela pieza este mal cargada, algún cable de detectores, o tubos de
28
aire que se soltó de las de las bridas de sujeción, y se enredo con la antorcha: Por lo
que es un riesgo, poner el robot en marcha, sin antes comprobar la posición.
2.3.2Formas de los cordones
Mientras que en las soldaduras en ángulo exterior el espesor de la soldadura queda
limitada por el grueso de las planchas a unir. En las soldaduras en ángulo interior
esta limitación no existe, y el espesor de metal depositado debe determinarse
considerando la resistencia que se desea para la unión soldada.
Ya que se consigue una mayor penetración de la soldadura, en el vértice de la unión
de las piezas a soldar, y al mismo tiempo se traduce en una mayor resistencia de la
unión soldada: Por lo que la pieza se rompería si está sometida a esfuerzos de
fatiga . En las soldaduras a solape, letra D, de la el mejor cordón es el plano,
cualquier otro tipo de cordón debilitaría la resistencia de la soldadura. En la
sección de la zona fundida , se aprecian diferencias de estructuras y otras
modificaciones que son debidas a la diferencia de temperatura que alcanzan las
piezas soldadas, y a la diferencia de velocidad de enfriamiento que hay entre las
distintas zonas, donde T, es la temperatura que alcanzan las distintas zonas, y V,
es la velocidad de grados , que disminuye la temperatura , por minuto, que es
menor, a la medida que se aleja del cordón de soldadura.
2.3.3 Definiciones de los cordones de soldadura.
Cordones frontales Son aquellos cordones que se presentan perpendicularmente
a la dirección de la fuerza. Cordones laterales: Son aquellos cordones que se
presentan en la misma dirección de la fuerza. Cordones oblicuos, Son los
cordones cuya dirección no es perpendicular ni igual que la de la fuerza sino
que presentan una posición intermedia de manera que el eje del cordón y la
dirección del esfuerzo forman un ángulo comprendido entre 0 y 90°. Garganta de
un cordón. La dimensión principal de un cordón de Soldadura es la garganta; la
longitud.
También es importante de la longitud del lado del cordón La que más se suele
usar, es el valor porque es longitud menor. Cordones sometidos a esfuerzos de
tracción y cortadura:
29
Reglas que se debe tener en cuenta al proyectar uniones de soldadura;
1) Evitar los cambios bruscos de sección, en el lugar de la soldadura.
2) Si hay un cambio brusco de sección, es probable que se inicie en ese lugar
una grieta del cordón de soldadura, que terminara rompiendo la pieza.
3) Se tiene que evitar, la unión de piezas de diferentes espesores, si esto no se
hace así, en cuanto estas estén sometidas a esfuerzos variables, se iniciara la
rotura del cordón de soldadura.
Cuando se tiene que soldar un cordón, que tiene la longitud de 50mm.
La
especificación dice que la longitud eficaz del cordón, tiene que tener 50 mm.
No queda otra solución que hacer al cordón, entradas, y salidas, lo que se
conoce como cordones con bigote: Y así los cráteres de cebado y extinción,
quedan en las entradas y salidas.
Se deben evitar las soldaduras entre piezas de diferentes espesores. Si se
soldán piezas, de diferentes espesores , la velocidad de enfriamiento, es distinta
en ambas, por lo que se crean tensiones que pueden llegar a la rotura de la
soldadura , incluso en piezas estáticas. Desnivelación de los bordes: Tenemos un
ejemplo de cómo suele ocurrir muy a menudo, los bordes a soldar no se encuentran a
la misma altura, esto puede ser debido a una mala sujeción en la mesa de soldadura.
Se da una orientación de cómo un robot, teniendo bien el ángulo de soldadura, esta
soldando al límite: Esto puede ser porque los componentes no están bien cargados, o
no son iguales, la corrección del robot, no se realizo correctamente, el tubo de
contacto esta gastado, o tiene escoria en la salida. No está correctamente cargada, por
lo que es fácil comprender tres cosas, una que el robot al estar golpeándose la tobera
contra la pieza, no está bien soldada y la tercera que el conjunto no estará dentro de
medidas. El robot está mal corregido, la tobera está pegando en un tope, o cierre de la
paleta, esto hace que la soldadura se este desviando.
30
2.4 Corrección de robot por coordenadas
Los robots se pueden corregir por coordenadas, es más rápido, limpio, no es necesario
entrar en la maquina, se puede hacer desde la maleta de programación: Pero en
ningún caso es aconsejable corregir un robot por coordenadas, se tiene que estar muy
seguro de en qué posición se encuentra el robot, y a qué distancia de los útiles y
amarres de la paleta de soldadura; Y es desaconsejable, por que cuando un cordón
sale mal, lo que podemos saber es, si el robot esta desviado de la unión de las piezas
por una mala corrección, si el ángulo de soldadura está mal, o si está pegando la
antorcha en alguna parte. Se tiene que hacer una pequeña corrección, levanta, acercar,
separa, o bajar, lo debemos hacer en coordenadas rectas, no se deben mover los
ángulos de soldadura: Cuantas veces, cuando corregimos un robot en una soldadura
recta, y le rodamos vemos como se desplaza moviendo varios ejes, y al mismo tiempo
los ángulos de soldadura. La penetración de un cordón de soldadura, la profundidad
que alcanza el metal de aportación, por debajo de la superficie del metal base. Altura
de un cordón de soldadura: Es la altura que el metal de aportación alcanza por encima
del metal base. Es la máxima distancia que el metal de aportación alcanza sobre la
superficie del metal base.
Se pueden presentar fisuras en la soldadura: La fisuracion de la soldadura en frio, o
retardada ocurre desde la temperatura ambiente hasta 250 grados centígrados y
puede tardar meses en producirse. Ocurre en el metal depositado en la zona de
transición. Área de soldadura de sección insuficiente, presencia de impurezas, altas
velocidades de soldadura a bajas intensidades.
2.5 La transferencia en modo spray
Produce gotas de diámetro inferiores al diámetro del hilo, y genera una gran cantidad
de calor y buena penetración; Por lo que se debe emplear para soldar espesores
superiores a 3mm. En la fig. 2.4 se muestra diferentes técnicas para la aplicación de
soldadura mig.
31
Fig.2.4 Aplicaciones de soldadura
La transferencia en modo globular, es de modo irregular, el cambio irregular de las
gotas hace que estas se conecten con el hilo y la pieza, formando un corto circuito, que
momentáneamente hace que el arco se apague.
2.6 Soldadura regulada por escalones
Se debe intentar cebar y extinguir el arco en una zona donde la distancia entre la
pieza y la tobera sea más o menos el normal. En la fig. 2.5 se muestra como ajustar la
distancia de la tobera cuando la superficie a soldar es irregular.
Fig.2.5 Soldadura por escalones
Si el arco en una distancia con la tobera en la pieza es superior a 20mm, se
producirán fallas de cebado y proyecciones. Al extinguir el arco se debe procurar
hacer la extinción a una distancia que no sea superior a los 15mm. Si esto no se hace
así, la siguiente soldadura que realiza el robot hace el cebado a la distancia de 15mm,
y tiene un sobrante de la soldadura anterior de 50mm, el robot se estará golpeando
continuamente con la punta del hilo contra la pieza, dando fallos y produciendo
proyecciones.
32
CAPITULO 3 ELEMENTOS INTEGRADORES DEL PROCESO
3.1 DISPOSITIVOS
Estos dispositivos están diseñados para que el ensamble este a prueba de errores, ya
que solo hay una forma de acomodar las piezas a soldar y así garantizar que el
componente esta bien hecho. En la fig. 3.1 se muestra el dispositivo de ensamble, así
como un componente de la pieza.
Fig. 3.1-Mesa de trabajo del robot
Por medio de clamp y cilindros neumáticos controlados por válvulas y un plc, se
sujetan los componentes para que el proceso automatizado sea confiable, que siempre
se va a repetir la misma posición. En la fig. 3.2 se muestran los clamps y cilindros
neumáticos.
Fig.3.2 Clamp y cilindros neumáticos
3.2.1 CILINDROS NEUMÁTICOS (CLAMPS).
Son los elementos mecánicos – neumáticos que sujetan las piezas a ensamblar. Estos
se localizan sujetos al dispositivo y forma parte del mismo dispositivo de ensamble.
33
3.2.2 ELECTROVÁLVULAS.
Estas se ubican en la parte inferior del dispositivo y son las encargadas de activar el
cierre y apertura de los cilindros neumáticos que en este caso llamaremos CLAMP. En
la fig. 3.3 se muestra la imagen de un modulo de electroválvulas.
Fig. 3.3 Ejemplo de una electroválvula
3.2.3. CONEXIONES MULTICONTACTO.
De gran importancia ya que son los encargados de llevar las señales al PLC y también
con ello se logra alimentar todos nuestros elementos eléctricos, electrónicos y
electromecánicos. En la fig. 3.4 se muestran las Conexiones utilizadas para
comunicación de señales y voltajes.
Fig.3.4. Conexiones multicontacto.
34
3.3. TABLERO DE CONTROL.
Es aquí en donde se localiza el PLC, el cual está conformado por tres partes: La sección
de entrada/salidas, el procesador y el dispositivo de programación. En la fig.3.5 Se
muestra como esta distribuido el tablero de control, Plc, tarjetas de entradas/salidas
fuente de alimentación
Fig. 3.5. Tablero del PLC.
3.3.1. Sección de entradas/salidas.
La sección de entradas/salidas de un controlador lógico programable tiene a su cargo
la función de interconectar los dispositivos industriales de alta potencia, al sistema de
circuitos electrónicos de baja potencia que almacena y ejecuta el programa de control.
El chasis de entradas/salidas es un contenedor mecánico con ranuras para sostener
tarjetas de circuitos impresos (modulo) que contiene 16 convertidores de señales de
entrada o 16 amplificadores de salida. Una ranura del chasis de E/S contiene un
modulo de entrada diseñado para una entrada de 120 V. Otra ranura del chasis de E/S
contiene otro módulo de entrada. Este módulo de entrada contiene 16 amplificadores
de salida de acoplamiento óptico diseñado para activar cargas de 120V. c.a
3.3.2. El procesador.
El procesador de un PLC mantiene y ejecuta el programa. Para llevar a cabo este
trabajo, el procesador debe almacenar las condiciones de entrada salida más
actualizadas.
35
3.3.3. El dispositivo de programación.
La tercera parte esencial de un PLC es el dispositivo de programación, el cual es
también denominado terminal de programación. Para poder programar el PLC
utilizaremos un cable de comunicación serial que se conecta a la tarjeta de la interface,
uniéndola con el procesador del PLC. Lógicamente debemos tener instalado en
nuestra computadora portátil el software de programación, en este caso sería el
RSLogix.
3.4. SOFTWARE RSLOGIX 500™ (SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN).
RSLogix 500, es un paquete de software para Microsoft® Windows 95® y Windows
NT® de 32-bit, para Allen-Bradley SLC 500 y familias de procesadores de MicroLogix.
RSLogix 500 es diseñado para ofrecer gran funcionalidad, diagnósticos superiores,
comunicación fiable, y una interfaz fácil de usar. RSLogix 500 proporcionará todo lo
que se necesita para nuestra integración en un paquete de software de programación,
desde la vista del proyecto terminado hasta la edición del arrastrar y dejar. Más,
RSLogix 500 es parte de la familia de productos de RSLogix que comparten: Una
interfaz de usuario común y grupo de características Flexible, edición fácil-de-usar
Apunte y pulse para la configuración de I/O Poderosa base de datos para la edición
Herramientas de diagnóstico y solucionador de problemas Comunicaciones seguras
La familia de RSLogix™ de paquetes de programación lógica de escalera nos ayudará a
aumentar el desempeño, salvar el proyecto en pleno desarrollo, y mejorar la
productividad. Esta familia de productos se ha desarrollado para operar en sistemas
operativos de Microsoft® Windows®. Apoyando al Allen-Bradley SLC™ 500 y las
familias de procesadores de MicroLogix™, RSLogix™ 500 fue el primer PLC® en
programarse con este software para ofrecer la productividad insuperable con una
interfaz industrial principal de usuario.
3.5 Limpiador de boquillas
Este dispositivo tiene como finalidad mantener limpia la boquilla de la antorcha en el
robot ya que se queda pegada la escoria de la soldadura y si no se limpia se tienen
problemas de penetración y poros en los cordones. En la fig. 3.6 se muestra el
limpiador de boquillas.
36
Fig.3.6. Limpiador Boquilla para robot
El robot está programado para que después de cierto tiempo o número de piezas
soldadas, salga del trabajo para hacer la auto limpieza de la boquilla por medio de un
cilindro, impulsado por un motor el cual al girar quita la escoria que se le queda
pegada, y al final se le aplica un polímero por medio de aire a presión para que se le
pegue la menor escoria posible. En la fig.3.7 se muestra la limpieza de la tobera y la
aplicación del polímero antiadherente.
Fig. 3.7. Ejemplo de la autolimpieza del robot mig
3.6 MAQUINA DE SOLDADURA MILLER
La maquina de soldar es un complemento indispensable ya que es la que funde el
micro alambre para genera la soldadura.
37
Por medio de una interface se conecta al robot para que se puedan manipular los
parámetros de soldadura. En la fig. 3.8 Se muestra la maquina de soldar con las
siguientes características; Modelo 450 amp, salida nominal de la corriente 300 A at
32 (29) voltios CD 100% ciclo de trabajo, gama de voltaje de CD 10-38, máximo
voltaje de circuito abierto CD 48, nomina de ip 21m, entrada de amperios a la salida
nominal de corriente, 50 o 60 hz trifásica 33.
Fig. 3.8 Maquina de soldadura
3.7 ALIMENTADOR DE MICROALAMBRE
Este elemento que a continuación se menciona su objetivo es dar el avance al micro
alambre, este modelo de robot que se utiliza para la integración (ssa2000) ya tiene
integrado el alimentador. En la fig. 3.9 se muestra el mecanismo con el cual se le da el
avance al microalambre.
Fig. 3.9 Alimentador de Micro alambre
38
CAPITULO 4 INTEGRACION DEL ROBOT EN LA LINEA DE PRODUCCION
4.1 ROBOT SSA2000
El robot ssa2000 de motoman esta ya diseñado para la aplicación de soldadura mig, ya
que su anatomía es esbelta, cuenta con seis grados de libertad y el alimentador de
micro alambre. En la fig. 4.1 se muestra el control del robot, así como el teach
pendant; en la fig. 4.2 se muestra el cuerpo del robot y la antorcha de soldadura.
Fig. 4.1 Control NX100 robot SSA2000
Fig.4.2 Robot SSA2000
El control
del robot cuanta con las siguientes características; modelo
nx100/Motoman-ssa2000, type ercr ea1400n-ab60, power supply 480 v 60 hz 3
phase 5.0 kva, interrupt current 100ka, serial numero 586ª01-2-4-m, date 5-2008,
yaskawa electric corporation, made in Japón.
4.2 MASTERIZACION DEL ROBOT
La masterizacion del robot es el primer paso para la integración del proyecto ya que
es la forma de configurar los ejes del robot dándoles la posición de cero. Para
masterizar al robot se mueve los ejes uno por uno hasta llegar a las marcas del
fabricante y ahí se configura el cero. En la fig.4.3 se muestra la posición del robot eje
por eje.
Fig. 4.3 Posición del robot para masterizar
39
4.3 CENTRO DE HERRAMIENTA (TCP)
Cada vez que grabamos un punto, éste se nos puede representar en grados y en
coordenadas cartesianas. En coordenadas cartesianas, las cotas grabadas, son, de
hecho, las del TCP (Tool CenterPoint = Punto Central de la Herramienta), respecto del
origen del sistema de coordenadas cartesianas activo en ese momento y elegido
previamente por el usuario. (WORLD por defecto). En la fig. 4.4 se muestra el centro
de la placa del eje 6 del robot por defecto el TCP.
Fig4.4 Punto de ubicación del TCP
El TCP es el origen de la referencia herramienta. La referencia herramienta por
defecto esta orientada. Cuando se crea una referencia de herramienta, el TCP se
desplaza al extremo de la herramienta utilizada. La referencia herramienta puede ser
orientada según el eje de ataque de esa herramienta. En la fig. 4.5 se muestran los ejes
y movimientos del robot para calibrar el tcp.
Fig4.5 Ubicación de ejes del robot
40
4.4 PROGRAMACION DEL ROBOT
La programación del robot se hace con el teach pendant, con el cual puedes mover el
robot y guardas sus trayectorias. En la fig.4.6 se muestras las características del teach
pendant.
Fig. 4.6 teach pendant
4.4.1 MOVIMIENTOS DEL ROBOT
JOINT. En el sistema de coordenadas específicas JOINT, cada eje puede desplazarse en
forma individual, en dirección positiva o negativa del eje.
Se puede mover ejes simultáneamente. El movimiento en JOINT se mide en “grados º”.
CARTESIANAS: XYZ WORLD (Coordenadas Absolutas fijas).
El sistema de coordenadas WORLD es un sistema de coordenadas cartesianas,
tridimensional, estático, universal, cuyo origen, se encuentra en un punto conceptual,
no físico, sobre cada unidad mecánica. Es un sistema definido por el propio software.
Es origen para todo movimiento cartesiano. Viene definido de fábrica. Es fijo e
inamovible.
CARTESIANAS: XYZ USER (Coordenadas relativas móviles).
El sistema de coordenadas USER es un sistema de coordenadas cartesianas, cuyo
origen viene definido por el usuario. Se disponen de 9 sistemas de coordenadas USER
programables.
41
CARTESIANAS: XYZ JOGFRM (Coordenadas relativas fijas).
El sistema de coordenadas JOGFR es un sistema de coordenadas cartesianas cuyo
origen viene definido por el usuario. Se utiliza para mover linealmente de manera
eficaz el robot respecto de un área de trabajo.
CARTESIANAS: TOOL. El sistema de coordenadas TOOL es un sistema de coordenadas
cartesianas, cuyo origen es definible por el usuario y programable, es decir, puede ser
móvil. Se disponen de 9 sistemas de coordenadas TOOL programables. En la fig.4.7 se
muestran los 6 grados de libertan y sus direcciones del robot.
Fig. 4.7 Movimientos del Robot eje por eje
4.5. CABLEADO DE DISPOSITIVOS Y PLC AL ROBOT
Las mesas de trabajo van conectadas a los módulos de entradas y salidas del plc, una
vez conectadas las mesas, se configuran las entradas y salidas del robot, para así
poder hacer el enlace entre los dispositivos el plc y el robot. En la fig.4.8 se muestra las
tarjetas de entradas/salidas del robot.
42
Fig.4.8
Interface robot SSA2000
4.6. PROGRAMACION DE MOVIMIENTOS DEL ROBOT
La programación de movimientos del robot se hace directamente a pie de maquina se
van gravando movimiento por movimiento, en primera instancia se hace la simulación
del programa paso a paso y posteriormente ya que se está segura de las trayectorias
del robot se puede simular la programación en modo automático. En la fig.4.9 se
muestra la programación del robot a pie de maquina.
Fig. 4.9 Programación de movimientos del robot SSA2000
Una vez lograda la trayectoria deseada se incorporan los parámetros de soldadura
estos para metros ya están estandarizados por la empresa Chrysler.
43
En la figura 4.10 se muestran los componentes que forman la pieza a producir, Para
poder realizar este ensamble se necesitan 5 mesas de trabajo debido al grado de
complejidad de la pieza.
Los componentes se van uniendo por medio de las mesas hasta llegar al ensamble
final.
Pieza(a)
Pieza (b)
Pieza (d)
Pieza (g)
Fig.4.10
Pieza (e)
Pieza (h)
Pieza (c)
Pieza (f)
Pieza (i)
Componentes y pieza ensamblada para la conducción derecha de un automóvil
44
4.7 PROGRAMAS DEL ROBOT
En la figura 4.11 se muestra la pantalla del teach pendant, en al cual se pueden ver la
instrucciones para realizar una secuencia en el robot.
Fig. 4.11 Pantalla de programación del teach pendant robot SSA2000
Para la realización del programa se le graba el primer paso que comúnmente es
llamado home, (0001 MOVJ VJ=25.OO) porque es el punto donde se iniciara la secuencia
posterior mente se van grabando varias posiciones hasta llegar al área de trabajo.
Estando el robot en posición se inserta al programa la instrucción de soldadura (0004
ARCON AC=160 ampers AV=19.0 volts T=0.20 cm/min V=30), una vez realizado el cordón de
soldadura se coloca en el programa el fin del ciclo. (0009 ARCOF AC=160 AV=18.0 T=0.01),
así con este procedimiento se realizan los cordones de soldadura deseados. Otra
instrucción utilizada en el programa es: 0012 PULSE OT# (3), la cual es para indicarle al
robot que tiene que esperar una salida que en este caso es un válvula, para así
continuar con la secuencia. La instrucción 0013 WAIT IN# (4) =ON se utiliza para esperar
una entra, esta puede ser un botón pulsador o un sensor.
En el capitulo 4.7.1 se muestran los cinco programas del robot, por medio de los
cuales se va realizando el ensamble de la pieza.
45
Diagrama de flujo de la programación
Robot modo automático
Programa
máster
Mesas de
Limpieza
de boquilla
Trabajo
Inicio de
Ciclo
Fin de
Ciclo
46
4.7.1 PROGRAMA MESA 1
000 NOP
0001 MOVJ VJ=25.OO
0002 MOVJ VJ=25.00
0003 MOVJ VJ=25.00 PL=0
0004 ARCON AC=160 AV=19.0 T=0.20 V=30 RETRY REPLAY
0005 WVON WEV# (4)
0006 MOVL
0007 MOVL
0008 WVOF
0009 ARCOF AC=160 AV=18.0 T=0.01 ANTSTK
0010 MOVJ VJ=25.00
0011 MOVJ VJ=25.00
0012 PULSE OT# (3) //MUEVE SEC M1
0013 WAIT IN# (4) =ON //CONTINUA MESA 1
0014 MOVJ VJ=25.00
0015 MOVJ VJ=25.00
0016 MOVJ VJ=25.00
0017 ARCON AC=160 AV=19.0 T=0.20 V=35 RETRY REPLAY
0018 WVON WEV# (4)
0019 MOVL
0020 MOVL
0021 WVOF
0022 ARCOF AC=160 AV=19.0 T=0.01 ANTSTK
0023 MOVJ VJ=25.00
0024 MOVJ VJ=25.00
47
0025 MOVJ VJ=25.00
0026 PULSE OT# (4) // MUEVE SEC M1
0027 RET
0028 END
4.7.2 PROGRAMA MESA 2
0000 NOP
0001 MOVJ VJ=25.00
0002 MOVJ VJ=25.00
0003 MOVJ VJ=25.00
0004 MOVJ VJ=25.00
0005 ARCON AC= 172 AV= 18.5 T=0.02 V= 47 RETRY REPLAY
0006 MOVL
0007 MOVL
0008 MOVL
0009 PULSE OT# (1) // MUEVE SEC M2
0010 MOVL
0011 MOVL
0012 MOVC
0013 MOVC
0014 MOVC
0015 MOVC
0016 MOVC
0017 MOVC
0018 MOVL
0019 WVOF
0020 ARCOF AC=170 AV=18.0 T=0.01 ANTSTK
48
0021 MOVJ VJ=25.00
0022 PULSE OT# (2) // MUEVE SEC M2
0023 WAIT IN# (2) =ON
0024 MOVJ VJ=25.00
0025 CALL JOB: MESA-2-B
0026 RET
0027 END
4.7.3 PROGRAMA MESA 3
0000 NOP
OOO1 MOVJ VJ=25.00
0002 PULSE OT# (5) //MUEVE SEC MESA 3
0003 MOVJ VJ=25.00
0004 DIPS-1
0005 MOVJ VJ=25.00
0006 ARCON AC=163 AV=18.4 T=0.02 V=21 RETRY REPLAY
0007 WVON WEV# (5)
0008 MOVL
0009 MOVC
0010 MOVC
0011 MOVC
0012 MOVL
0013 MOVC
0014 MOVC
0015 MOVC
0016 MOVL
0017 WVOF
49
0018 ARCOF AC=165 AV=18.0 T=0.02 V=28 RRETRY REPLAY
0019 MOVJ VJ=50.00
0020 DIPS_2
0021 MOVJ VJ=25.00
0022 MOVJ VJ=25.00
0023 MOVJ VJ=25.00
0024 ARCON AC=160 AV=19.0 T=0.02 V=28 RETRY REPLAY
0025 MOVL
0026 WVOF
0027 ARCOF AC=145 AV=19.0 T=0.01
0028 MOVJ VJ=25.00
0029 PULSE OT# (6) //CIERRA CLAMP DERECHA
0030 WAIT IN# (5) =ON //LLAMAR MESA 3
0031 MOVJ VJ=25.00
0032 MOVJ VJ=25.00
0033 MOVJ VJ=25.00
0034 MOVJ VJ=25.00
0035 ARCON AC=160 AV=19.0 T=0.02 V=28 RETRY REPLAY
0036 MOVL
0037 WVOF
0038 ARCOF AC=145 AV=19.0 T=0.01 ANTSTK
0039 MOVJ VJ=25.00
0040 MOVJ VJ=25.00
0041*DISP3
0042 MOVJ VJ=25.00
0043 MOVJ VJ=25.00
50
0044 MOVJ VJ=25.00
0045 MOVJ VJ=25.00
0046 ARCON AC=176 AV=19.5 T=0.02 V=25 RETRY REPLAY
0047 WVON WEV# (8)
0048 MOVL
0049 MOVL
0050 MOVL
0051 MOVL
0052 MOVL
0053 MOVL
0054 MOVL V=22
0055 WVOF
0056 ARCOF AC=140 AV=18.5 ANTSTK
0057 MOVJ VJ=25.00
0058 PULSE OT-(6) //CIERRA CLAMP DERECHO
0059 WAIT IN# (5)=ON //LLAMAR MESA 3
0060 MOVJ VJ=25.00
0061 PULSE OT# (6) //CIERRA CLAMP DERECHO
0062 WAIT IN# (5) =OFF //LLAMAR MESA 3
0063 END
4.7.4 PROGRAMA MESA 4
0000 NOP
0001 MOVJ VJ=25.00
0002 PULSE OT# (9) // ACTIVAR AIRE
0003 MOVJ VJ=25.00
0004 MOVJ VJ=25.00
51
0005 MOVJ VJ=25.00
0006 MOVJ VJ=25.00
0007 ARCON AC=170 AV 19.0 T=0.01 V=22 RETRY REPLAY
0008 WVON WEV# (9)
0009 MOVL
0010 MOVL
0011 WVOF
0012 ARCOF AC= 165 AV=19.0
0013 MOVJ VJ=25.00
0014 MOVJ VJ=25.00
0015 MOVJ VJ=25.00
0016 MOVJ VJ=25.00
0017 MOVJ VJ=25.00
0018 MOVJ VJ=25.00
0019 MOVJ VJ=25.00
0020 ARCON AC=160 AV=19.0 T=0.01 V=18 RETRY REPLAY
0021 WVON WEV# (10)
0022 MOVL
0023 MOVC
0024 MOVC
0025 MOVC
0026 MOVL
0027 MOVC
0028 MOVC
0029 MOVC
0030 MOVL
52
0031 WVOF
0032 ARCOF AC=160 AV=18.0
0033 MOVJ VJ=25.00
0034 SUB2
0035 MOVJ VJ=25.00
0036 MOVJ VJ=25.00
0037 MOVJ VJ=25.00
0038 MOVJ VJ=25.00
0039 ARCON AC=166 AV=18.0 T=0.20 V=22 RETRY REPLAY
0040 WVON WEV# (11)
0041 MOVL
0042 WVOF
0043 ARCOF AC=165 AV=19.0
0044 MOVJ VJ=25.00
0045 MOVJ VJ=25.00
0046 MOVJ VJ=25.00
0047 PULSE OT# (10) // DESACTIVAR AIRE
0048 MOVJ VJ=25.00
0049 WAIT IN# (6) =OFF //LLAMAR MESA 4
0050 END
4.7.5 PROGRAMA MESA 5
0000 NOP
0001 MOVJ VJ=25.00
0002 PULSE OT# (8) // ABRIR CLAMP
0003 MOVJ VJ=25.00
0004 MOVJ VJ=25.00
53
0005 ARCON AC=142 AV=18.5 T=0.10 V=20 RETRY REPLAY
0006 WVON WEV# (12)
0007 MOVL
0006 MOVL
0009 MOVL
0010 MOVL
0011 MOVL
0012 WVOF
0013 ARCOF AC=160 AV=18.8 ANTSTK
0014 MOVJ VJ=25.00
0015 MOVJ VJ=25.00
0016 PULSE OT# (7) // CIERRA CLAMP IZQ.
0017 WAIT IN# (8) =ON // LLAMAR MESA 5
0018 MOVJ VJ=25.00
0019 MOVJ VJ=25.00
0020 MOVJ VJ=25.00
0021 ARCON AC=170 AV=17.5 T=0.01 V=20 RETRY REPLAY
0022 MOVL V=25
0023 MOVC
0024 MOVC
0025 MOVC
0026 ARCOF
0027 MOVJ VJ=25.00
0028 MOVJ VJ=25.00
0029 ARCON AC=145 AV=17.0 T=0.01 V=22 RETRY REPLAY
0030 MOVL
54
0031 WVOF
0032 ARCOF AC=160 AV=18.5 ANTSTK
0033 MOVJ VJ=25.00
0034 MOVJ VJ=25.00
0035 MOVJ VJ=25.00
0036 MOVJ VJ=25.00
0037 ARCON AC=155 AV=17.0 T=0.10 V=28 RETRY REPLAY
0038 MOVL
0039 WVOF
0040 ARCOF AC=160 AV=18.0 ANTSTK
0041 MOVJ VJ=25.00
0042 MOVJ VJ=25.00
0043 PULSE OT# (8) // CIERRA CLAMP IZQ.
0044 WAIT IN# (8) =OFF // LLAMAR MESA 5
0045 RET
0046 END.
En el capitulo 4.8 se presentan los cinco programas del Plc uno para cada mesa de
trabajo. Las mesas de trabajo tienen una secuencia lógica, el primer paso debe estar en
condiciones iníciales, las cuales son que la pieza este presente, y los clamps estén
abiertos, una vez que se cumplió ese paso, el siguiente es oprimir el botón de inicio
para que las válvulas se activen y se cierren, ya cumplida esta condición el Plc le
manda una señal al robot para que inicie el trabajo, al finalizar el trabajo el robot le
manda al Plc el fin de ciclo, el siguiente paso es que los clamps se abran para poder
retirar las piezas ya ensamblada, los sensores de presencia indican al Plc que las
piezas han sido retiradas, para que así la secuencia vuelva a las condiciones iníciales.
55
Diagrama de flujo del controlador lógico programable
Condiciones iniciales
Inicio de
ciclo
Secuenciador
Paso 1
Paso 2
Paso 3
Llamado de
robot
Se inicia
Proceso
Fin de ciclo
56
4.8 PROGRAMACION DEL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE (PLC)
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
4.8.1. INSTRUCCIONES UTILIZADAS EN EL PROGRAMA.
INSTRUCCIÓN MOV.
Fig.4.12 Instrucción de Movimiento en el programa logix 500
Descripción:
Cuando las condiciones del renglón que precede a esta instrucción son verdaderas, la
instrucción MOV mueve una copia del origen al destino en cada escaneo. El valor
original permanece intacto y sin cambio en su ubicación origen. Origen es la dirección
de los datos que desea transferir. El origen puede ser una constante.Destino es la
dirección que identifica el lugar al que se van a transferir los datos.
Nota: Si desea mover una palabra de datos sin afectar los indicadores matemáticos,
use una instrucción Copiar (COP) con una longitud de 1 palabra en lugar de la
instrucción MOV. En la fig. 4.12 se muestra como aparece la instrucción en el
programa rs logix 500
INSTRUCCIÓN TEMPORIZADOR.
Fig. 4.13 Instrucción de un temporizador en logix 500
81
Descripción
La instrucción TON se utiliza para activar o desactivar una salida después que el
temporizador ha estado activo durante un intervalo de tiempo preseleccionado. Esta
instrucción de salida comienza la temporización (a intervalos de un segundo o de una
centésima de segundo) cuando el renglón es "verdadero." Espera la cantidad de
tiempo especificado (según lo establecido en PRESEL), mantiene control de los
intervalos acumulados que ocurrieron (ACUM) y establece el bit DN (terminado)
cuando el tiempo ACUM (acumulado) es igual al tiempo PRESEL.
Mientas las condiciones del renglón permanecen verdaderas, el temporizador ajusta el
valor acumulado (ACUM) en cada evaluación hasta que alcanza el valor
preseleccionado (PRESEL). El valor acumulado se restablece cuando las condiciones
del renglón pasan a ser falsas, sin importar si el temporizador ha sobrepasado el
tiempo de espera.
Bits de la instrucción:
13 = DN (efectuado)
14 = TT (bit de temporización del temporizador)
15 = EN (bit de habilitación)
Si se pierde la alimentación eléctrica mientras una instrucción TON está temporizando
pero no ha alcanzado su valor preseleccionado, los bits EN y TT permanecen
establecidos y el valor acumulado (ACUM) permanece igual. Esto también es cierto si
el procesador cambia del modo Marcha remota o Prueba remota al modo Programa
remoto.
Nota: Si el renglón se hace "falso" (pierde continuidad lógica) durante el proceso de
temporización, se restablece el valor acumulado y se restablecen los bits DN, EN y TT
independientemente de si el temporizador llegó al valor PRESEL. La temporización
podría ser inexacta si las instrucciones JMP, LBL, JSR, o SBR se saltan el renglón que
contiene una instrucción de temporización mientras el temporizador está
temporizando.
Ayuda para direccionamiento:
Se debe introducir una dirección de TEMPORIZADOR, BASE DE TIEMPO, valor
PRESELECCIONADO y valor ACUM (acumulado). Los archivos de temporizador usan
tres palabras por elemento, una para los bits de la instrucción (la palabra de control),
una para el valor preseleccionado y una para el acumulador.T4:1 representa el
archivo de temporizador número cuatro, número de elemento 1. En la fig. 4.13 Se
muestra como aparece la instrucción del temporizador en el programa Rs logix 500.
82
INSTRUCCION BSL.
Descripción:
Las instrucciones de desplazamiento de bits desplazan todos los bits dentro de la
dirección especificada, una posición de bit, con cada transición de renglón de falso a
verdadero. Estas instrucciones son:
Desplazamiento de bit izquierda (BSL)
Introducción de los parámetros
Para programar una instrucción de desplazamiento de bit, se necesita proporcionar la
siguiente información al procesador:
Parámetro y su definición:
File: la dirección del conjunto de bits que se desea manipular. Usted debe empezar el
conjunto en un límite de palabra de 16 bits. Por ejemplo, use el bit 0 del número de
palabra 1, 2, 3, etc. Se puede terminar el conjunto en cualquier número de bit hasta el
15,999. Sin embargo, no se pueden usar los bits restantes en ese elemento particular
porque la instrucción los invalida.
Control: La dirección de la estructura de control (48 bits - tres palabras de 16 bits) en
el área de control (R) de la memoria, que almacena los bits de estado de la instrucción,
el tamaño del conjunto (número de bits), y el señalador de bit.
Position: la posición actual del bit a la cual apunta la instrucción. Introduzca un valor
sólo si desea que la instrucción empiece en un valor concurrente de desplazamiento,
con un desplazamiento de archivo de control para una exploración. Use la dirección de
control con un nemónico, cuando direccione este parámetro.
Bit Address: la dirección del bit fuente. La instrucción introduce el estado de este bit
ya Sea en la primera posición del bit (la más baja) (para la instrucción BSL), o en la
última (la más alta) posición del bit (para la instrucción BSR), en el conjunto.
Length: el número decimal de bits que van a ser desplazados. Recuerde que los bits
En los archivos de E/S están numerados en octal 00-17, pero los bits en todos los
otros archivos están numerados en formato decimal 0-15. Use la dirección de control
con nemónico cuando direccione este parámetro.
83
CONCLUSIONES.
El proyecto antes presentado ayudó a conocer más ampliamente una de las áreas de
la aplicación de la robótica industrial, tomando en cuenta que la automatización y el
control de cualquier proceso en la actualidad es uno de los grandes retos para la
ingeniería, ya que con lo cambiante que resulta la tecnología, cada día se irán
implementando mas automatismos aun más complejos, tal es el caso de la soldadura
MIG que surgió a raíz de reducir tiempos de ensamble que se realizaban
manualmente,
con la integración de este proyecto el proceso se mejoró
enormemente.
En la actualidad este proceso de soldadura MIG es el proceso predominante en las
plantas ensambladoras del mundo. Ya que aparte de reducir tiempos y costos evita
que el ser humano se exponga a realizar trabajo en las cuales podría sufrir un daño.
El ingeniero en robótica industrial tiene la capacidad de adaptar nuevas tecnologías
automatizándolas y controlándolas para el mejoramiento de los procesos industriales
y mediante la actualización de nuevas tecnologías podremos realizar proyectos de
vanguardia.
Por la importancia que tiene la robótica industrial en la actualidad y en los años
venideros, es por ello, que día con día tendremos que estar capacitándonos para
enfrentar las nuevas tecnologías y continuar ayudando a la industria, en automatizar
y controlar los procesos y desde luego adecuarnos a las necesidades de la planta.
Como se menciona anteriormente la soldadura MIG ocupa un lugar especial en el
ensamble de la industria automotriz, así que por un buen tiempo seguirá siendo este
tipo de soldadura en especial, inspiración de investigación y de mejoras para los
procesos de ensamble.
84
BIBLIOGRAFIA.
1.- FUNDAMENTOS DE ROBOTICA.
ANTONIO BARRIENTOS, LUIS FELIPE PEÑIN, CARLOS BALAGUER Y RAFAEL ARACIL
EDITORIAL MCGRAW-HILL INTERAMERICANA, ESPAÑA.
2ª. EDICION. 2007.
2.- AUTÓMATAS Y ROBÓTICA.
MARCIAL CARROBLES MAESO.
EDITORIAL CULTURAL S, A. ESPAÑA
1ª EDICION 2005.
3.- SOLDADURA DE ARCO METALICO CON PROTECCION DE GAS
AUTOR: MASSIMO VLADIMIRO PIREDDA
EDITORIAL: LIMUSA
4.- FESTO
FESTO AG Y CO.
AGOSTO DE 2001. MEXICO D.F.
EDICION 03/01.
5. - MANUAL DE MANTENIMIENTO ROBOT SSA2000.
MOTOMAN ROBOTICS A YASKAWA COMPANY.
805 LIBERTY LANE, WEST CARROLLTON. OH. 2008.
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INTEGRACIÓN DE UN ROBOT EN UNA LÍNEA DE
PRODUCCIÓN AUTOMOTRIZ APLICANDO
SOLDADURA MIG.
Definición de robot
Es un manipulador multifuncional con
varios grados de libertad, capaz de
manipular cargas, piezas,
herramientas o dispositivos especiales
según trayectorias variables
programadas para realizar tareas
diversas.
Un robot industrial esta constituido de
dos sistemas principales
a.
b.
El primer sistema es el
manipulador lo constituyen las
partes móviles: el brazo y la
muñeca
El segundo sistema, es el de
control, desde el se procesa la
información necesaria para
gobernar el movimiento del
manipulador
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Estructura de un robot
Un robot esta formado por engranes
bandas dentadas , servomotores,
sensores, encoder, por mencionar
algunas de ellas.
Encoder
Es un codificador rotatorio, suele ser
un dispositivo electromecánico usado
para convertir la posición angular de
un eje a un código digital. Estos
dispositivos se utilizan en robótica
Servomotor
Un servomotor es un dispositivo
actuador que tiene la capacidad de
ubicarse en cualquier posición dentro
de su rango de operación, y de
mantenerse estable en dicha posición.
Está formado por un motor de
corriente continua, una caja reductora
y un circuito de control.
CONTROLADOR DEL
ROBOT NX100
Es el elemento que controla al robot.
Un elemento indispensable es el
teach pendant ya que este es el
enlace entre la maquina y el hombre
por medio de este se realizan los
movimientos del robot así como toda
la programación de las trayectorias,
entradas y salidas para controlar la
secuencia del robot.
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SOLDADURA MIG
MIG (Metal Inerte Gas)
utiliza un gas inerte Argón, Helio o
una mezcla de ambos. Se emplea
sobre todo para soldar aceros
inoxidables, cobre, aluminio, chapas
galvanizadas y aleaciones ligeras
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5
6
7
Antorcha
Tubo de contacto
Electrodo
Gas
Metal derretido de soldadura
Metal de soldadura solidificado
Pieza a soldar
ELEMENTOS UTILAZADOS
EN LA SOLDADURA MIG
Maquina de soldadura MILLER
Características: modelo deltaweld 452
Cv, dc welding power source,
Entrada de voltaje 230,460,575v a tres
faces
Salida 38v 450 amp
Tanque de gas CO₂ (Dióxido de
Carbono)
La principal función del gas de
protección es aislar tanto el electrodo
como el baño de fusión del contacto
con gases de la atmosfera
circundante.
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ALIMENTADOR DE
MICROALAMBRE
El robot Motoman modelo SSA2000
Esta diseñado para la aplicación de
soldadura MIG ( Metal Gas Inerte)
Por consecuencia ya tiene integrado
de fabrica el alimentador del
microalambre el cual esta controlado
directamente por el robot , cuando al
robot se le da la instrucción de soldar
por medio de una salida análoga se
controla el avance y la velocidad del
microalambre.
DISPOSITIVOS DE
SUJECION
Las mesas de trabajo tiene una función
muy importante en el proceso, tiene
como finalidad asegurar que la
posición de las piezas siempre será la
misma.
La sujeción de los componentes es
por medio de clamps, controlados por
cilindros neumáticos y válvulas.
El enlace entre la mesa de trabajo y el
robot es por medio de Plc
(controlador lógico programable)
utilizando las entradas y salidas del
robot.
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LIMPIADOR DE
BOQUILLAS
Como su nombre lo dice este
dispositivo tiene como objetivo retirar
la escoria acumulada en la boquilla.
Por medio de un bit (digito binario) al
robot se le puede programar cada
cuantos ciclos sale del trabajo , para
hacer la autolimpieza.
Para la autolimpieza, el robot ya tiene
la trayectoria grabada , llega a la
posición donde se sujeta la boquilla,
unas aspas giran para retirar la escoria
y con aire comprimido se le aplica un
silicón antiadherente para proteger la
boquilla .
POSICION HOME DEL
ROBOT
Una vez conectado el robot, lo primero
que se debe de hacer es llevar a la
posición de home verificar que todos
los ejes estén en ceros, si llega a
existir alguna variación , el robot tiene
en cada eje unas marcas indicando la
posición de cero, se mueve el robot
hasta esta marca y se realiza la
masterizacion del robot.
Cual es el objetivo de esto, en
ocasiones cuando llega a fallar la
energía eléctrica y el robot se
encuentra energizado los encoders
suelen perder posición, por
consecuencia el robot necesita que
lo lleves a home para verificar su
posición.
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TCP (punto central de la
herramienta)
El punto central de la herramienta
tiene la finalidad de proporcionarle al
robot las dimensiones del dispositivo,
para reprogramar los limites de los
movimientos del robot y así evitar que
se golpe contra el cuerpo del robot,
otra característica es para facilitar los
movimientos en la programación.
En el robot SSA2000 se pueden
seleccionar 5 herramientas.
PROGRAMACIÓN EN EL
TEACH PENDANT
Para programar una rutina del robot
motoman SSA2000. Se inicia un nuevo
proyecto en el teach pendant en la
opción de datos se selecciona nuevo
trabajo se le asigna un nombre, se
mueve el robot a la primer posición, se
selecciona un movimiento el cual
puede ser lineal, circular, se inserta al
programa y se guarda la trayectoria, se
mueve el robot al siguiente paso se
inserta el otro movimiento y así las
veces que se han necesarias para
generar una rutina de trabajo.
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Programación del robot
Para realizar un programa en el robot
se hace a pie de maquina por medio
de una secuencia, grabando paso por
paso la trayectoria deseada, utilizando
las diferentes modalidades del robot
como son movimiento lineal, circular o
trabajo de acuerdo a la dificultad del
movimiento, una vez grabada la
trayectoria del robot se le insertan al
programa las instrucciones de
soldadura esto se hace por medio de
salidas analógicas.
Programación a pie de
maquina
La forma mas común es programar a
pie de maquina para verificar
movimientos, velocidades y ajustes
finos, no es la única ya que también se
puede a través de un software en la
computadora, pero a un así se tienen
que hacer pequeños ajustes.
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Programación del plc
(controlador lógico
programable)
En la programación se utiliza un plc de
la marca Allen Bradley modelo scl 500.
Se utiliza el método de diagramas de
escaleras.
La base de este programa es un
secuenciador, su función es que se
deben de cumplir el primer paso para
que el secuenciador continúe, los
pasos de este programa son los
siguientes:
Paso 1: debe de estar en condiciones
iniciales que son que los clamps estén
abiertos, que haya piezas en la mesa
de trabajo.
Paso 2: presionar el botón de inicio de
ciclo.
Paso 3: Se activan las salidas que en
este caso son las válvulas neumáticas
que accionan el mecanismo de los
clamp para sujetar la pieza.
Paso 4: En el programa del robot hay
una espera de inicio de ciclo, que por
medio del plc le llega la señal para
iniciar el trabajo.
Paso 5: por medio del programa del
robot se le envía la señal al plc que el
trabajo a finalizado.
Paso 6: se abren los clamps para poder
retirar las piezas.
Paso 7: por medio de sensores de
presencia se garantiza que la pieza sea
retirada esto con el objetivo de que no
se soldé la misma pieza dos veces
Paso 8: El secuenciador regresa a
condiciones iniciales
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Pieza soldada por el robot
Esta pieza es el refuerzo para la
conducción de una camioneta, esta se
ensambla en la planta de Chrysler
Toluca.
En la imagen se muestran los
componentes y la pieza terminada
Ensamble de pieza
En las imágenes se muestra la pieza
ensamblada por el robot y la ubicación
en la camioneta.
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