201205_PSpaw.pdf 42 Przegląd sPawalnictwa 5/2012 Mirosław Nowak Daniel Wiśniewski Łukasz Czeladziński Jacek Buchowski Programowanie off-line i on-line na przykładzie rozwiązań Panasonic Off-line and on-line programming on the example  of solutions from panasonic Inż. Mirosław Nowak (ewe), mgr inż. Daniel wiśniewski (Iwe), mgr inż. Łukasz Czeladziński, mgr inż. Jacek Buchowski – Technika Spawalnicza, Poznań. Streszczenie W artykule przedstawiono możliwości i zalety opro- gramowania off-line DTPS (Desk Top Programming & Si- mulation System) firmy Panasonic. Zaprezentowano sze- roką gamę funkcji programu DTPS służących do tworze- nia wirtualnych systemów zrobotyzowanych, programowa- nia systemu poza robotem oraz konstruowania przyrzą- dów spawalniczych. Pokazano przykłady wirtualnych sta- nowisk zrobotyzowanych, na podstawie których zbudowa- no rzeczywiste systemy. W zakresie programowania on-li- ne przedstawiono nowe kierunki rozwoju robotyzacji spa- wania na przykładzie rozwiązań firmy Panasonic. Opisano innowacyjną funkcję Weld Navigation wspierającą dobór parametrów spawania metodą MAG spoin pachwinowych. abstract The article presents the possibilities and advantages of software off-line DTPS (Desk Top Programming & Si- mulation System) Panasonic company. There is presen- ted a wide range of DTPS software functions use to de- sign virtual robot systems, robot programming without using actual manipulator and designing of welding joints. Based on several virtual robot systems were build real in- dustry robotic systems which are also shown in the pa- per. Moreover, it presents new directions for the develop- ment of robotic welding systems based on Panasonic so- lutions. Innovative Weld Navigation function which sup- ports selection of welding parameters for MAG method for fillet weld is described. wstęp Współczesna robotyzacja procesów spajania wy- korzystuje coraz szerzej oprogramowanie do pracy off- -line. Oprogramowanie umożliwia tworzenie wirtual- nych stanowisk zrobotyzowanych oraz programów tra- jektorii ruchów robota przy użyciu komputera PC. Do- tychczas praca w wirtualnym środowisku off-line była pracochłonna i wymagała specjalisty o szerokim za- kresie wiedzy teoretycznej i praktycznej w dziedzinie projektowania CAD/CAM. Panasonic Industrial De- vices Sales Europe, wychodząc naprzeciw tym trud- nościom, stworzyła zaawansowany, a zarazem in- tuicyjny, program DTPS (Desk Top Programming & Simulation System). Dzięki temu programowanie of- f-line jest szybsze od programowanie on-line. Wymaga się jednak przeprowadzenia pewnej korekty po wgra- niu programu do sterownika robota, która zakłada uży- cie Panelu Uczenia w rzeczywistym systemie. Korek- ty programu off-line zależą od dokładności wykona- nia konstrukcji, przyrządów itp. Z kolei większa dokład- ność wykonania poszczególnych podzespołów syste- mu podnosi koszt zakupu. Należy zatem szukać kom- promisu pomiędzy ceną a dokładnością. Programowa- nie off-line pomaga w analizach produkcji wielkoseryj- nej, ale także w produkcji małoseryjnej, a nawet jed- nostkowej. W dobie robotyzacji, gdzie istotny jest czas cyklu produkcyjnego oraz wysokie wolumeny wytwa- rzanych produktów, oprogramowanie off-line wpływa na skrócenie czasu przestojów robota. Opis Oprogramowanie DTPS umożliwia tworzenie symulacji spawania dowolnych elementów płaskich i przestrzennych. 43Przegląd sPawalnictwa 5/2012 Najważniejszymi zaletami programu są: tworzenie konfiguracji systemu (tzw. layout), możliwość wprowa- dzania zewnętrznych danych 3D CAD, analiza dostępu ramienia robota, obliczanie czasu spawania oraz całe- go cyklu, kontrola kolizji, programowanie robota meto- dą off-line i modyfikacja istniejących programów. W programie dostępne są standardowe komponen- ty z gamy produktów firmy Panasonic, takie jak: ramię robota, podajnik drutu, palnik, zewnętrzne osie, ste- rownik, źródło prądu itp. (rys. 1). Możliwość importowania danych CAD powoduje, że zwiększa się gama dostępnych elementów potrzeb- nych do zbudowania wirtualnego stanowiska. Można tworzyć całe zespoły zewnętrznych osi, wprowadzać urządzenia peryferyjne, takie jak: układy czyszczenia palnika, kurtyny świetlne, stoły obrotowe, oprzyrządo- wanie spawalnicze itp. Dostępna liczba komponentów umożliwia budowa- nie różnych wirtualnych systemów zrobotyzowanych do spawania elementów o dowolnym kształcie, w tym konstrukcji przestrzennych (rys. 2). Na rysunku 3 po- kazano przykłady wirtualnych stanowisk zrobotyzowa- nych, opracowanych w programie DTPS oraz ich rze- czywiste wykonanie. Program DTPS umożliwia również przeprowadze- nie wnikliwej i szczegółowej analizy czasu spawania, co jest bardzo istotnym elementem kalkulowania kosz- tów wytworzenia danego elementu spawanego. W pierwszej kolejności należy sporządzić model 3D, który zostaje wprowadzony w środowisko oprogra- mowania DTPS. Następnie wprowadzany jest detal do modelu stanowiska zrobotyzowanego, na którym ma on być spawany. W programie DTPS tworzony jest wir- tualny program spawalniczy z uwzględnieniem wstęp- nych założeń, wynikających z doświadczenia lub prób spawania na podobnych złączach obejmujących para- metry spawania: wartość napięcia i natężenia prądu dla metody MAG (135) lub wartość prądu dla metody TIG (141), prędkość posuwu palnika, czasy zajarzenia i wygaszania łuku. Następnie przeprowadzana jest sy- mulacja spawania w czasie rzeczywistym z uwzględ- nieniem wszystkich wcześniej zadanych parametrów. Istnieje możliwość zapisania otrzymanych wyników w postaci pliku .txt. Na rysunku 4 przedstawiono wirtualny program spa- walniczy, natomiast na rysunku 5 analizę czasu spawa- nia. Rysunek 6 przedstawia zestawienie wyników, w tym wszystkich ruchów robota zarówno jałowych, jak i robo- czych. Poszczególne interpolacje są następujące: – MOVEP – ruch ramienia robota od punktu do punk- tu po optymalnej dla poszczególnych osi drodze, – MOVEL – ruch ramienia robota od punktu do punk- tu po linii, Rys. 1. Standardowe komponenty Fig. 1. Standard component parts Rys. 2. Komponenty importowane z danych CAD Fig. 2. Component parts in CAD data base Rys. 3. Przykłady wirtualnych i rzeczywistych stanowisk zrobotyzo- wanych Fig. 3. Examples of virtual and real robot stations 44 Przegląd sPawalnictwa 5/2012 – MOVEC – ruch ramienia robota od punktu do punk- tu po krzywej, – MOVELW – ruch ramienia robota od punktu do punktu po linii prostej z oscylacją (wartość amplitu- dy regulowana dwoma parametrami, tj. częstotliwo- ścią drgań względem punktów A, B oraz prędkością spawania), – MOVECW – ruch ramienia robota od punktu do punk- tu po krzywej z oscylacją (wartość amplitudy regulo- wana dwoma parametrami, tj. częstotliwością drgań względem punktów A, B oraz prędkością spawania). Ruch jałowy ramienia robota widoczny jest w pro- gramie jako punkt koloru granatowego, a ruch roboczy jako punkt koloru czerwonego. W analizie czasu cyklu zapisywany jest całkowity czas przebiegu programu, czas jarzenia się łuku spa- walniczego, procentowy stosunek czasu jarzenia się łuku do czasu całego cyklu oraz ilość i całkowita dłu- gość spoin w programie. Z tak ujętymi danymi moż- liwe jest optymalne tworzenie programu, jak również sporządzenie przybliżonej kalkulacji ceny detalu wraz z analizą wydajności. Rys. 4. Wirtualny program spawalniczy Fig. 4. Virtual welding program Rys. 5. Analiza czasu spawania Fig. 5. Welding time analysis Rys. 6. Zestawienie wyników Fig. 6. Results table 45Przegląd sPawalnictwa 5/2012 Dodatkową zaletą oprogramowania jest możliwość kontroli kolizji. Funkcja ta jest przydatna zwłaszcza wte- dy, gdy detal oraz oprzyrządowanie mocno ogranicza- ją dostęp palnika w miejsca wykonywania spoin. Taka kontrola pozwala na etapie projektowania oprzyrządo- wania na wykrycie miejsc, które mogłyby znaleźć się na drodze palnika. Wyeliminowanie tych miejsc w wir- tualnym systemie zmniejsza w znacznym stopniu kosz- ty ewentualnych zmian konstrukcyjnych przyrządu. Program DTPS służy m.in. do następujących zasto- sowań: – tworzenia oferty dla klienta, który otrzymuje oprócz papierowej lub elektronicznej wersji oferty, wizuali- zację oferty w DTPS wraz z cyklogramem detalu w postaci filmu .avi, – opracowanie projektu w DTPS wykorzystywane jest dalej do opracowania dokumentacji konstrukcyjnej stanowiska (rysunki złożeniowe, wykonawcze itp.), – połączenie oprogramowania DTPS z oprogramo- waniem AutoCAD wspomaga budowę przyrządów spawalniczych. Program DTPS wykorzystywany jest także przez użytkowników robotów Panasonic na zasadzie usługi lub też program zostaje zakupiony na potrzeby klienta. Warto zauważyć, że w Polsce ta forma programowania jest jeszcze mało popularna, korzysta z niej tylko 5% użytkowników systemów zrobotyzowanych Panasonic, a np. w Holandii jest to ok. 30%. Przykłady zastosowań Jednym z przykładów praktycznego zastosowa- nia oprogramowania DTPS jest stanowisko do spa- wania elementów maszyn do obróbki drewna. Na podstawie dostarczonych przez klienta rysunków tech- nicznych elementów oraz ich modeli 3D sporządzony został wirtualny projekt stanowiska zrobotyzowanego (rys. 8, 9). Dzięki oprogramowaniu dobrano optymal- ną długość ramienia robota, właściwie rozmieszczono poszczególne urządzenia wchodzące w skład stanowi- ska (osie zewnętrzne, sterowniki, układy czyszczenia palnika, ramy nośne, kurtyny świetlne, stoły obrotowe). Po sporządzeniu projektu stanowiska dostoso- wanego do spawania grupy produktów, wytypo- wanych przez klienta, nastąpiła faza projektowa- nia oprzyrządowania spawalniczego. Po wykona- niu projektu w 3D przystąpiono do sprawdzenia do- stępności palnika w miejscach wykonywanych spoin Rys. 7. Przykładowy layout stanowiska zrobotyzowanego opracowa- ny w DTPS Fig. 7. Example of robotic station layout made in DTPS software Rys. 8. Spawany detal Fig. 8. Welded part Rys. 9. Wirtualny system oraz przyrząd opracowany w DTPS Fig. 9. Virtual station and device designed in DTPS software Rys. 10. Rzeczywisty system Fig. 10. Real station 46 Przegląd sPawalnictwa 5/2012 Rys. 11. Wirtualny przyrząd ustalająco-mocujący Fig. 11. Virtual position-montage device Rys. 12. Rzeczywisty przyrząd ustalająco-mocujący Fig. 12. Real position-montage device Rys. 13. Symulacja spawania Fig. 13. Welding simulation oraz wykonano program off-line. Tak przygotowany projekt stanowiska umożliwia zaprogramowanie tra- jektorii ruchu robota oraz wstępne ustalenie parame- trów spawania. Wykonany program zastosowano do przeprowadzenia wnikliwej analizy czasu spawania, co umożliwiło wykonanie przybliżonej kalkulacji kosztów wytworzenia elementu. Na podstawie programu DTPS wspieranego przez programy do projektowania w śro- dowisku 3D wykonano części mechaniczne stanowi- ska oraz przyrządy spawalnicze (rys. 10÷12). Fragment analizy czasu spawania detalu z rysun- ku 8 obejmuje (rys. 13, 14): – całkowity czas trwania programu (Total Time) łącz- nie z ruchami jałowymi i roboczymi: ok. 621 s, – czas spawania (Arc ON time) – czas jarzenia się łuku spawalniczego: ok. 540 s, – procentowy udział spawania (Arc ON rate) w stosun- ku do całkowitego czasu trwania programu: ok. 87%, Rys. 14. Analiza czasu spawania detalu z rysunku 8 (fragment) Fig. 14. Welding time analysis of part from figure 8 (a part of process) – całkowitą długość spoiny (Welding lenght): ok. 3,2 m, – liczbę spoin (Number of Welding Line): 81 szt. Kolejnym przykładem zastosowania programu DTPS jest stanowisko do spawania elementów krzeseł biurowych metodą TIG z podawaniem zim- nego drutu. Robot wyposażony został w uchwyt Ro- tating TIG filler, w którym prowadnik doprowadzający drut do jeziorka znajduje się na sterowanej z panelu uczenia dodatkowej siódmej osi pozwalającej na ob- rót prowadnika wokół elektrody wolframowej (rys. 15). Dzięki dostarczonym przez klienta modelom 3D spa- wanych detali zaprojektowano zrobotyzowany system umożliwiający wysokojakościowe spawanie skompli- kowanych połączeń rurowych za jednym przejściem bez konieczności dzielenia spoiny na odcinki. Symula- cje w programie wirtualnym wskazały na konieczność zastosowania dodatkowej siódmej osi robota oraz do- datkowych osi zewnętrznych, a także wspomnianego Rys. 15. Uchwyt Rotating TIG filler Fig. 15. Rotating TIG filler grip Rys. 16. Wirtualny i rzeczywisty system do spawania metodą TIG z uchwytem Rotating TIG filler Fig. 16. Virtual and real station for TIG welding with Rotating TIG filler grip 47Przegląd sPawalnictwa 5/2012 powyżej układu Rotating TIG filler. W tym celu zasto- sowano pozycjonery dwuosiowe PanaDice pozwalają- ce na obrót detalu w osi poziomej i pionowej. Spowo- dowało to wzrost wydajności i znaczną poprawę jako- ści spoin. W tym wzorze krzesła spoiny wykonywane metodą TIG są traktowane jako element ozdobny i nie podlegają szlifowaniu. Zastosowanie programu DTPS pomogło przy two- rzeniu optymalnego zrobotyzowanego systemu i pro- gramu użytkowego, co znacznie skróciło czas wdraża- nia nowej technologii (rys. 16). W przyszłości umoż- liwi zaś wprowadzanie korekt programowych bez za- trzymywania produkcji. Fragment analizy czasu spawania krzesła biurowe- go wygląda następująco (rys. 17): – liczba kroków w programie (Step): 14, – całkowity czas trwania programu (Total Time) łącz- nie z ruchami jałowymi i roboczymi: ok. 20 s, – czas spawania (Arc ON time) – czas jarzenia się łuku spawalniczego: ok. 18 s, – procentowy udział spawania (Arc ON rate) w stosun- ku do całkowitego czasu trwania programu: ok. 87%, – całkowita długość spoiny (Welding lenght): ok. 0,06 m, – liczba spoin (Number of Welding Line): 1 szt. Kolejnym przykładem zrobotyzowanego stanowi- ska spawalniczego jest stanowisko do spawania rusztowań budowlanych, tzw. system nożycowy. Zo- stał on zaprojektowany do spawania długich elemen- tów, jakimi są rusztowania budowlane. Zaletą tego sys- temu jest montaż i demontaż detali spawanych z jednej strefy załadowczej. Dzięki temu rozwiązaniu uzyskano więcej miejsca na hali, poprawiając tym samym logisty- kę wewnątrzzakładową i ergonomię pracy. System w całości został zamodelowany w środo- wisku DTPS (rys. 18), co w znacznym stopniu skró- ciło czas i obniżyło koszty wdrożenia nowego produk- tu (rys. 19). Fragment analizy czasu spawania rusztowania bu- dowlanego obejmuje (rys. 20): – liczbę kroków w programie (Step): 354, – całkowity czas trwania programu (Total Time) łącz- nie z ruchami jałowymi i roboczymi: ok. 213 s, – czas spawania (Arc ON time) – czas jarzenia się łuku spawalniczego: ok. 134 s, – procentowy udział spawania (Arc On rate) w stosun- ku do całkowitego czasu trwania programu: ok. 62%, – całkowitą długość spoiny (Welding lenght): ok. 36 m, Programowanie on-line Równolegle z nieustannym rozwojem oprogramowa- nia off-line Panasonic unowocześnienia oprogramowa- nie on-line. Wieloletni rozwój oprogramowania on-line, wykorzystany najpierw w sterowniku G1 robota Pana- sonic, przez sterownik G2, przyczynił się do powstania kolejnej superszybkiej jednostki, jaką jest sterownik G3. Wydajniejszy i szybszy procesor ze zwiększoną pamięcią w krótkim czasie realizuje skomplikowane Rys. 17. Symulacja oraz analiza czasu spawania (fragment) Fig. 17. Welding time simulation and analysis (a part of process) Rys. 18. Wirtualny system Fig. 18. Virtual station Rys. 19. Rzeczywisty system Fig. 19. Real station Rys. 20. Symulacja oraz analiza czasu spawania (fragment) Fig. 20. Welding time simulation and analysis (a part of process) 48 Przegląd sPawalnictwa 5/2012 zadania. Główny CPU (Central Processing Unit) jest 600 razy szybszy od swojego poprzednika serii G2. Nowy sterownik pozwala skrócić czas przyspieszenia i zwalniania poszczególnych napędów robota, umożli- wiając ruchy jałowe o 10% szybsze niż w G2. Wysoka dokładność wykonywania ścieżki ruchu, wydajniejsza Rys. 21. Okno z parametrami funkcji Weld Navigation Fig. 21. Parameter window for Weld Navigation function praca harmoniczna, efektywne funkcje I/O i łatwa ob- sługa to tylko niektóre zmiany wprowadzone do nowe- go systemu TAWERS (The Arc Welding Robot Sys- tem). Wykorzystanie popularnego standardu Ethernet ułatwia połączenia sieciowe, a kompatybilność ze stan- dardem SD i USB daje możliwość rozszerzenia pamię- ci użytkowej. Wprowadzono również innowacyjną funkcję Weld Navigation, która w znaczny sposób ograniczyła po- trzebę zaangażowania wykwalifikowanych programi- stów oraz technologów (rys. 21). Używając tej funkcji, operator nie musi zastanawiać się nad doborem wartości natężenia prądu i napięcia. Pierwszym krokiem jest wybór rodzaju złącza spawa- nego i wprowadzenie odpowiedniej grubości materia- łu spawanego, kolejnym zaś dobór odpowiedniej gru- bości spoiny i prędkości spawania. Po ich ustaleniu sterownik za pomocą funkcji Weld Navigation auto- matycznie dobiera zalecane wartości natężenia prądu i napięcia, co pozwala operatorowi na szybsze i łatwiej- sze przygotowanie procesu spawania. Funkcja Weld Navigation pomaga w doborze parametrów wykonywa- nych spoin pachwinowych w złączach kątowych, teo- wych, krzyżowych, nakładkowych i zakładkowych. Podsumowanie Oprogramowanie off-line jest coraz częściej wy- korzystywane przez projektantów do tworzenia wirtu- alnych stanowisk zrobotyzowanych, programów spa- walniczych, a także do projektowania specjalistycz- nych przyrządów ustalająco-mocujących. Bardzo ważną zaletą oprogramowania jest moż- liwość analizowania cyklogramów spawanych ele- mentów, co przyczynia się do optymalizacji procesu. Literatura [1] Nowak M. (EWE), Wiśniewski D. (IWE), Czeladziński Ł.: TA- WERS – Nowa generacja robotów spawalniczych firmy Pana- sonic, Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach nr 3/2011. Obecnie programy off-line w zależności od stop- nia zaawansowania wymagają w mniejszym lub większym stopniu korekty na systemie rzeczywistym, szczególnie przy spawaniu elementów przestrzen- nych ze spoinami wielościegowymi. Rywalizacja między ciągle udoskonalanymi pro- gramami off-line oraz on-line przyczynia się do coraz większej wydajności systemów zrobotyzowanych. [2] Materiały firmy Panasonic Industrial Devices Sales Europe GmbH. przeglad Welding Technology Review www.pspaw.ps.pl