Роботизированная упаковка с помощью SCARA-роботов Delta Electronics серии DSR
Роботизированная упаковка с помощью SCARA-роботов Delta Electronics серии DSR
Использование SCARA-роботов Delta DSR для упаковки продукции в короба позволяет значительно повысить эффективность работы упаковочной линии, полностью заменив человека в рутинных операциях
Для фасовки в пакеты сыпучих продуктов питания, таких как крупы, орехи, специи, мелкие сухофрукты и макаронные изделия, большинство предприятий используют автоматизированные упаковочные линии. При этом на многих предприятиях России операция укладывания пакетов в групповую упаковку выполняется вручную.
В течение рабочей смены у работника накапливается усталость, в результате чего снижается скорость его работы и появляются ошибки, в том числе и такие, которые могут привести к авариям. В результате — простой оборудования и затраты на восстановление его работоспособности.
Роботизация производства в целом приводит к значительному снижению числа аварий и простоев оборудования, повышению эффективности его работы и производительности и исключению ошибок, вызванных человеческим фактором. При этом значительно сокращается число низкоквалифицированных работников с одновременным созданием рабочих мест для нескольких высококвалифицированных сотрудников — инженеров, операторов автоматизированных линий и роботизированных ячеек и т.д. Например, использование промышленных SCARA-роботов, таких как Delta DRS, вместо человека на рутинной операции упаковки пакетов в коробки позволяет обеспечить работу упаковочных линий с максимальной производительностью, на которую они рассчитаны.
Применение SCARA-роботов Delta DSR для упаковки продукции позволяет значительно повысить эффективность работы упаковочных линий
Роботизированная упаковка пактов в короба
В автоматизированных упаковочных линиях на предприятии одного из российских производителей пищевой продукции присутствовала операция ручной укладки пакетов с продукцией в короба. Производительность используемого на предприятии фасовочного оборудования составляла 40-45 килограммовых пакетов в минуту. Далее силами двух работников выполнялась их укладка вручную по 20 пакетов в короб. Результирующая скорость такой упаковки двумя сотрудниками — два короба (40 пакетов) в минуту без учета обеда и пересменки. И таких линий в упаковочном цеху работает несколько.
Чтобы обеспечить требуемый объем производства (фасовки продукции), работа предприятия велась в три смены. Количество работников, занятых ручной упаковкой продукции в короба, прямо пропорционально количеству линий и рабочих смен. Например, при работе двух линий в три смены для упаковки продукции задействованы 12 человек в день. Больше линий — больше людей. А это означает значительный фонд оплаты труда ежемесячно, необходимость администрирования персонала, требование наличия резерва сотрудников на случай болезни/выходных/отпуска кого-либо из укладчиков и т.п.
В целях повышения эффективности производства и оптимизации финансовых потоков предприятия на выходе упаковочной линии для укладки пакетов в короба были установлены 4 SCARA-робота Delta DRS. Расположены они последовательно (каскадно) по два с каждой стороны конвейера. В качестве инструмента захвата пакетов используются вакуумные присоски.
Движущиеся по конвейеру килограммовые пакеты с фасованной продукцией роботы автоматически укладывают в короба. Схема их работы организована следующим образом. По каждой стороне конвейера первый робот укладывает в короб 10 пакетов по 5 шт. в ряд, далее короб движется ко второму роботу, который укладывает еще 10 пакетов. В результате 4 робота упаковывают 40 пакетов (два короба) в минуту. Сменой короба также управляет SCARA-робот: после укладывания 10 пакетов первый робот дает команду на его перемещение ко второму роботу, а к первому в это момент подается пустой короб.
SCARA-робот Delta DRS состоит из кинематического механизма и механической конструкции, специализированного контроллера Delta ASD-MS и сервоприводов. Современная электроника (контроллер + сервоприводы) обеспечивают высокое быстродействие робота. Так, время, необходимое Delta DRS для прохождения расстояния 25 мм по вертикали и 300 мм по горизонтали и возврата в исходную позицию с полезной нагрузкой в 1 кг составляет всего 0,42 сек для робота модели DRS40L и 0,39 сек для робота модели DRS60L. Все необходимые вычисления для корректного захвата с конвейера пакетов с продукцией и управление сервоприводами робота выполняет контроллер Delta ASD-MS.
После вхождения пакета в зону упаковки срабатывает датчик, который запускает выполнение программы робота. Далее контроллер размещает захват робота на небольшом расстоянии над пакетом на конвейере и синхронизирует их скорости движения.
При этом пакет продолжает движение по конвейеру и задача контроллера — обеспечить одновременное движение манипулятора вместе с пакетом на малой высоте над ним в том же направлении и с той же скоростью. Таким образом к моменту захвата пакет и манипулятор друг относительно друга — неподвижны. Это необходимо для надежного захвата присосками, т.к. при «боковых» нагрузках пакет срывается с них практически без усилий.
Далее контроллер включает подачу вакуума в присоски, которые и захватывают пакет. После этого робот перемещает пакет в зону расположения короба и вакуум снимается.
Для ускорения отделения пакета от присосок в них может подаваться короткий импульс сжатого воздуха (импульс сброса). В результате пакет опускается в короб. При этом каждый пакет укладывается на своё место согласно схеме раскладки.
Оптимизация укладки и контроль
Чтобы обеспечить точное совпадение скорости движения манипулятора над движущимся по конвейеру пакетом, контроллер робота использует специализированный программный трекинг-модуль. Его применение дает возможность также оптимизировать маршруты раскладки пакетов в короб, поскольку робот захватывает пакеты не из одной и той же точки конвейера, а из разных в пределах своей рабочей зоны.
Такой разброс точек захвата вызван тем, что длина маршрутов от конвейера до каждого из мест укладки в коробе, а соответственно и время их прохождения, отличаются друг от друга. И пока робот возвращается от короба к конвейеру очередной пакет окажется в другой точке конвейера, отличной от той, где осуществлялся захват предыдущего пакета. В таких ситуациях применение трекинг-модуля позволяет повысить производительность работы на 10%.
Демонстрация работы SCARA-роботов Delta DSR с трекинг-модулем в составе упаковочной линии
Широкий набор встроенных функций специализированного контроллера робота Delta серии ASD-MS, включая программный трекинг-модуль, обеспечивают высокую точность и производительность упаковки продукции в коробки
В зависимости от типа используемых вакуумных присосок определяется требуемый уровень вакуума, длительность вакуумирования и максимальная скорость движения робота, при которой пакет будет гарантированно перемещен в короб. При недостаточном значении вакуума и/или слишком высокой скорости пакет может упасть в процессе движения и останова манипулятора.
Иногда возникают ситуации, когда робот не может захватить пакет вакуумным захватом, например, из-за его замятия. На этот случай в программе робота задается время ожидания, через которое робот прекращает попытки захвата данного пакета и переходит к следующему. Это позволяет избежать излишних задержек и снижения производительности упаковочной линии. Далее такие «незахваченные» пакеты попадают в накопитель, установленный в конце конвейера, откуда они могут быть уже вручную упакованы в короба (при отсутствии повреждений пакетов).
Как уже упоминалось, пакеты укладываются в короба по определенной схеме. При этом траектории движения манипулятора робота для каждого места укладки отличаются друг от друга. Соответственно, отличается и время укладки каждого из пакетов. И чтобы обеспечить максимальную производительность при наполнении коробов, требуется оптимизировать все эти траектории. В результате тонкой настройки контроллеров роботов и оптимизации траекторий движения система из 4 SCARA-роботов Delta DSR уверенно без единой ошибки наполняет короба со скоростью до 49-50 пакетов в минуту 24 часа 7 дней в неделю без перерыва.
В системе предусмотрено два режима работы. Первый из них описан выше — каждый робот наполняет половину короба (10 пакетов). В случае каких-либо нештатных ситуаций или проведения профилактических работ с одним из роботов, оператор переключает второго робота в режим наполнения короба целиком (20 пакетов).
Ранее, при ручной укладке продукции в короба, упаковочные линии вынужденно простаивали во время пересменок, кратковременных пауз в работе сотрудников-укладчиков и перерывов на обед. Сегодня, благодаря внедрению в каждую из упаковочных линий системы из 4 SCARA-роботов Delta DSR вместо нескольких сотрудников-укладчиков, простои отсутствуют. Это позволяет упаковывать большее количество продукции за рабочую смену и снизить количество брака при запуске и остановке производственных линий, что уменьшает себестоимость продукции или сокращает производственные затраты на единицу продукции.
SCARA-роботы Delta DSR
Во многих отраслях промышленности для выполнения постоянно повторяющихся рутинных операций, которые традиционно выполнялись вручную, целесообразно использовать SCARA-роботов, например, серии Delta DSR.
Основные сферы их применения:
промышленность: производство электрооборудования, потребительской электроники, изделий из резины и пластика, продуктов питания, напитков, металло- и деревообработка, изготовление мебели и др.
производственные процессы: загрузка/выгрузка, перекладчики, компонентная сборка, упаковка, операции вставки/установки, раздаточное оборудование, пайка, маркировка, контроль качества, закручивание винтов и др.
В модельном ряду этих роботов есть устройства с длиной руки 400/500/600/700 мм. Максимальная нагрузка — 6 кг, точность позиционирования ±0,01 мм/±0,01°. Время, затрачиваемое SCARA-роботам Delta DRS для перемещения полезной нагрузки массой 1 кг на 25 мм по вертикали и 300 мм по горизонтали с возвратом в исходную позицию составляет 0,42 сек для модели DRS40L и 0,39 сек для модели DRS60L.
Номенклатурный ряд SCARA-роботов Delta DSR включает модели с длиной руки 400/500/600/700 мм
В операциях вставки/установки (например, электронных компонентов на печатную плату) встроенная в роботы Delta серии DRS функция бездатчикового совмещения компенсирует несоосность детали и посадочного отверстия (или компенсирует смещение элемента относительно посадочного места) и обеспечивает выполнение задания быстро, точно и плавно.
В простом и удобном интерфейсе ПО реализовано несколько интуитивных методов обучения робота с использованием различных инструментов (планшет, панель оператора, пульт обучения, ПК, ручное обучение). В процессе обучения позиция может задаваться перемещением робота вручную и записывается в память SCARA-робота. Кроме прямолинейных движений реализовано управление движением по дуге. Это позволяет строить оптимальные траектории движения, сокращая время перемещения. Встроенные функции позволяют предотвратить столкновение руки робота при приближении к крайним или угловым точкам маршрута.
Предусмотрен также сбор различных данных о работе робота в реальном времени. Это дает возможность оптимизировать его работу путем анализа различных производственных и технических данных, например, количество уложенных и пропущенных пакетов за смену, время прохождения маршрутов, скорость движения по каждой оси и др. Мониторинг и анализ данных робота может выполняться в реальном времени.