Integrated Paint System – serce każdego robota lakierniczego ABB

Procesy lakierowania zrobotyzowanego to jedne z najtrudniejszych
i najbardziej wrażliwych na warunki środowiska aplikacji robotów
przemysłowych. Malowanie wymaga od robota wysokiej precyzji nie tylko
w samych ruchach manipulatora czy odporności na warunki panujące
w lakierni ale przede wszystkim idealnej kontroli osprzętu lakierniczego
zintegrowanego z robotem.

Bardzo wysokie wymagania jakościowe, szczególnie dla warstwy wierzchniej – tolerancje grubości warstwy sięgające granicy +/- 2 mikrometry, wymagania odnośnie dokładnego pomalowania naroży, wszystko w połączeniu z lakierami 2-komponentowymi nierzadko o czasie "życia" po zmieszaniu rzędu kilku minut, a także częste zmiany kolorów – wymaga od robota pełnej integracji z osprzętem lakierniczym. W takich warunkach nieznaczna zmiana lepkości farby, zmiana wilgotności powietrza o kilka procent czy zmiana temperatury nawet o 1°C potrafi całkowicie zniweczyć jakość końcową elementów. Rozwiązania pośrednie – instalacja osprzętu zewnętrznego, który współpracuje z robotem to półśrodki, które powodują wydłużone czasy reakcji całego układu, zwiększone straty materiału, niedokładną kontrolę pistoletu, co w rezultacie skutkuje niską jakością i niestabilnością procesu malowania zrobotyzowanego. Z uwagi na to, że rozwiązania systemów osprzętu dla robotów lakierniczych a także ich możliwości to wiedza specjalistyczna, warto przybliżyć tę grupę rozwiązań technicznych.

System sterowania procesem lakierniczym stosowany w robotach lakierniczych ABB o handlowej nazwie IPS (Integrated Paint System) jest przykładem całkowitej integracji robota przemysłowego wraz z kompletnym układem podawania materiału, kontroli aplikatura
oraz układami pomocniczymi, takimi jak generatory wysokiego napięcia dla elektrostatyki, zmieniacze koloru, zawory pilotujące czy pompy zębate do precyzyjnego mieszania farb 2K (2-komponentowych).

System IPS jest dostępny dla wszystkich robotów lakierniczych ABB o certyfikacji ATEX – EX (dedykowanych do pracy z lakierami o określonej klasie palności) i współpracuje ściśle z kontrolerem IRC5P dedykowanym do pracy z robotami lakierniczymi ABB.

IPS jest systemem dostępnym w kilku podstawowych odmianach:
> 1K – system dedykowany dla materiałów jednokomponentowych,zarówno wodnych, jak i rozpuszczalnikowych.
> 2K – system dedykowany dla materiałów dwukomponentowych – typu żywica + utwardzacz, z systemem dynamicznego mieszania (bezpośrednio w robocie).

Zarówno system 1K jak i 2K dostępne są w wersji F oraz P – oznaczenia te odpowiadają sposobowi sterowania wydatkiem materiału do pistoletu. Systemy typu F zawierają tzw. Ciśnieniowy regulator przepływu, który sterowany sygnałem ciśnieniowym z większa lub zmniejsza dopływ materiału do aplikatora. Systemy typu P są oparte na precyzyjnych pompach zębatych ABB sterowanych serwomechanizmami. Pompy te pozwalają na bardzo precyzyjne dozowanie materiału. Dobór systemu – wersji opartej na pompach czy ciśnieniowym regulatorze przepływu zależy praktycznie od typu stosowanej farby (jej gęstości). Bez względu na to czy system oparty jest na pompach czy ciśnieniowym regulatorze przepływu nieodłącznym elementem zestawu jest układ regulacji proporcjonalnej – PPRU. Układ PPRU – (Proportional Regulation Unit) – to specjalny układ 3-kanałowej regulacji ciśnień sterujących pistoletem lakierniczym automatycznym lub dzwonem elektrostatycznym. Układ PPRU posiada 3 wyjścia ciśnieniowe – powietrze "SHAPE" – kształtujące, określające kąt strumienia farby podawanej z pistoletu, powietrze "ATOM" – atomizujące, określające stopień rozdrobnienia cząsteczek farby oraz powietrze "FLUID" określające ilość materiału dostarczanego z pistoletu. Powietrze atomizujące i kształtujące sterują bezpośrednio pistoletem lakierniczym, natomiast powietrze określające ilość materiału przyłączane jest pośrednio poprzez ciśnieniowy regulator przepływu, który dzięki wewnętrznej membranie, precyzyjnie reguluje ilość materiału trafiającą do aplikatora. Wydatek materiału do aplikatora może być sterowany zarówno w pętli otwartej (bez sprzężenia zwrotnego) jak i w pętli zamkniętej (ze sprzężeniem, dla superprecyzyjnych aplikacji dozowania).

Wszystkie parametry układu regulacji proporcjonalnej PPRU są ustawiane z kontrolera robota i przechowywane przez tzw. tabelę "pędzli". Tabela taka zawiera wszystkie parametry ciśnień powietrza kształtującego, atomizującego oraz wydatku materiału. Każdy z wierszy tej tabeli przyporządkowany jest to tzw. "pędzla". Dla układów z elektrostatyką tabela "pędzli" zawiera także informacje o włączeniu napięcia i jego wartości. Istnieje możliwość deklaracji nieskończonej ilości "pędzli", które mogą być przełączane co praktycznie każdą instrukcję ruchu robota. PPRU wraz z tabelą "pędzli" zapewnia więc superprecyzyjną kontrolę wiązki farby z aplikatora, możliwą do przełączenia praktycznie co każdy kolejny ruch robota.

Kolejny ważny element systemu IPS to tzw. zawory pilotujące – zestaw typowo 16 zaworów powietrznych, które są precyzyjnie sterowane z kontrolera robota. Zawory posiadają możliwość deklarowania wyprzedzeń otwarcia przez co idealnie nadają się np. do sterowania igłą pistoletu lakierniczego a także bezpośrednio zmieniaczem kolorów.

Nieodłącznymi elementami systemu IPS dla robotów ABB są także:
> Miksery statyczne – układy te zapewniają precyzyjne wymieszanie dokładnie dozowanych składników dla lakierów 2-komponentowych (układ podawania stanowią wówczas pompy zębate ABB).
– Układy generacji wysokiego napięcia – HV unit – układy te, wbudowane w ramię robota zapewniają możliwość lakierowania elektrostatycznego z ładowaniem bezpośrednim lub pośrednim (stosowanym dla farb wodnych).
> Zmieniacze koloru – elementy te zapewniają automatyczną zmianę koloru farby przez robota. Co niezmiernie istotne – montowane są zazwyczaj w ramieniu robota, tuż przez aplikatorem, co zapewnia wyjątkowo małe straty materiału podczas przepłukiwania układu.
> Aplikatory – w robotach lakierniczych stosowane są zarówno klasyczne typowe pistolety automatyczne, w których rozpylenie materiału odbywa się za pomocą sprężonego powietrza, jak i dzwony elektrostatyczne, w których rozpylenie uzyskuje się dzięki wewnętrznej turbinie.

W przypadku dzwonów elektrostatycznych obligatoryjne jest stosowanie układów ładowania elektrostatycznego (układów wysokiego napięcia), które są wbudowane w ramię robota. Dzwony lakiernicze dostępne są zarówno dla farb rozpuszczalnikowych jak i wodnych – w tym drugim przypadku posiadają tzw. Ładowanie zewnętrzne, co wyklucza możliwość przypadkowego naładowania całego układu podawania farby przewodzącej wysokim napięciem (potencjalnie niebezpiecznym dla ludzi).

System IPS zapewnia użytkownikom bardzo krótkie i nieskomplikowane uruchomienie aplikacji zrobotyzowanej, pełną kontrolę parametrów, powtarzalną jakość produkcji i realne oszczędności czasu cyklu i kosztów materiałów. Dzięki zintegrowanemu osprzętowi zamontowanemu w ramieniu robota system charakteryzuje się niezwykle krótkim czasem reakcji a także bardzo niewielkimi stratami farby podczas przepłukiwania/zmiany koloru. Precyzyjny układ kontroli podawania i mieszania materiałów 2-komponentowych zapewnia także idealne wymieszanie materiałów bez ryzyka zastygnięcia materiału w układzie
podawania. Dzięki kontroli całego procesu z kontrolera robota zbędne jest wykorzystanie dodatkowych układów regulacji. Co szczególnie istotne, główne elementy systemu – mieszacze, pompy precyzyjne, układy regulacji proporcjonalnej a nawet dzwony elektrostatyczne to standardowe komponenty produkcji ABB, co zapewnia unifikację systemu i eliminuje niebezpieczeństwo braku części zamiennych.

System IPS to maksymalne korzyści dla klienta przy minimalnych nakładach, to także szybki zwrot inwestycji i bezproblemowe użytkowanie całej instalacji przez wiele lat.
_____________________________________________________________________________

ABB posiada szeroką gamę produktów robotyki pracujących w największych zakładach produkcyjnych na świecie. Ciekawostką jest fakt, że pierwszy elektryczny robot przemysłowy na świecie został opracowany właśnie przez ABB. Produkty ABB dzięki znacznemu skróceniu czasu cykli, stale wysokiej jakości oraz coraz większej elastyczności, przyczyniły się do sukcesu w wielu branżach przemysłu.

ABB Sp. z o.o.
ul. Żegańska 1
04-713 Warszawa
tel: +48 32 790 92 63

Warszawa: 22-220 23 20
Katowice: 695 420 139
Poznań: 603 204 575
fax: +48 32 790 92 00
http://www.abb.pl/robotics

ABB Robotyka | YouTube ABB Robotics Channel

_____________________________________________________________________________

Zdjęcia i grafika:

1. Robot lakierniczy IRB 5400 z zainstalowanym systemem IPS
2. Ramię robota z zainstalowanym osprzętem procesowym
3. Mikser dwu-komponentowy
4. Precyzyjna pompa zębata
5. Zmieniacz koloru

Źródło: ABB, http://www.abb.pl