Systemy produkcyjne na targach AUTOMATICA 2010

Systemy bezpieczeństwa

Firma SIGMATEK − Austria przedstawiła system bezpieczeństwa C-DIAS. Elementy systemu bezpieczeństwa zintegrowane są w systemie sterowania SIGMATEK i mogą być łączone dowolnie z elementami C-DIAS. Funkcje bezpieczeństwa mają również zastosowane w systemie sterowania napędami DIAS DRIVES (fot. 1). Cały system spełnia wymagania normy IEC 61508 /SIL3/PLe. Sercem systemu jest sterownik bezpieczeństwa CSCP 011, o 4 bezpiecznych wejściach i 2 bezpiecznych wyjściach. Dzięki czemu w prostych zastosowaniach nie wymaga się dodatkowych modułów bezpieczeństwa.

Moduł bezpieczeństwa przechowuje program aplikacyjny i steruje lub monitoruje wejścia i wyjścia bezpieczeństwa. Aby rozszerzyć system można zastosować moduł bezpieczeństwa CSDI 011 z 18 bezpiecznymi wejściami i 2 wyjściami, zabezpieczonymi przed zwarciem oraz moduł bezpieczeństwa CSTO 011 z 8 zabezpieczonymi wyjściami. Pracujące już systemy mogą łatwo i elastycznie zostać rozszerzone o nowe funkcje bezpieczeństwa − nie wymaga to żadnego dodatkowego oprzewodowania komunikacyjnego. Zarówno dane standardowe, jak i dane bezpieczeństwa mogą być wymieniane poprzez Ethernet  systemem transmisji czasu rzeczywistego VARAN.

Dla zapewnienia bezpieczeństwa komunikacji między elementami systemu stosowana jest zasada przesyłu danych „black channel”, tzn. że funkcje bezpieczeństwa wbudowane są w istniejącym protokole transmisji a protokół bezpieczeństwa ich „nie widzi” − szyna służy tylko jako środek przekazu wymiany danych. Narzędzia do konfiguracji systemu bezpieczeństwa są stosowane także do konfiguracji całego systemu i utworzenia bramek logicznych. Oprogramowanie może być załadowane do bezpiecznego CPU przez sieć VARAN. Systemy sterowania napędów o dużej dynamice wymagają szybkich czasów reakcji i optymalnej komunikacji wykorzystującej technologię bezpieczeństwa, aby zapobiec niekontrolowanym ruchom napędu w przypadku wystąpienia błędów. W napędach DIAS DRIVES, poza istniejącymi już funkcjami bezpieczeństwa Safe Stop 1 (SS1) lub Safe Torque Off (STO), dodano teraz dodatkowe funkcje, takie jak Safe Operating Stop (SOS), Safety Limited Speed (SLS) lub Safety Limited Torque (SLT).

Firma Jokab Safety − Niemcy pokazywała na targach wiele interesujących urządzeń zapewniających bezpieczeństwo działania systemów zautomatyzowanych i bezpieczną pracę ludzi (fot. 2). Smart Logger to nowe urządzenie do gromadzenie danych z różnych urządzeń bezpieczeństwa, a oprogramowanie Smart Manager umożliwia prawidłowe zaprojektowanie systemu bezpieczeństwa. Zaprezentowano jego aplikację wraz z urządzeniem SM11 do automatycznych pomiarów czasu zatrzymania i drogi zatrzymania urządzenia. SM11 to „flag unit” do uruchamiania małej przesłony, która jest umieszczana w kurtynie z flagą równolegle do wiązki światła.

Kiedy flaga jest uruchamiana, wiązka światła zostaje przerwana i maszyna zatrzymuje się. Pozwala to na automatyczne i precyzyjne zmierzenie czasu zatrzymania maszyny i na obliczenie odległości, w jakiej powinna być zainstalowana kurtyna. Inny przykład zastosowania Smart Logger to współpraca z przyrostowym sensorem SM7. Sensor służy do pomiaru ruchu obrotowego rotujących elementów urządzeń i dzięki zastosowanej gumowej końcówce wałka łatwo go przyłączyć do obracających się bębnów, wałów itp. Sensor mocuje się na kole za pomocą tylko jednej gałki, a samo stanowisko mocowane jest do maszyny przez potężną magnetyczną podstawę. Program Smart Manager oblicza czas zatrzymania i bezpieczną odległość, może drukować wyniki i wykresy. Pomiary są przechowywane w bazie danych SQL.

Produkcja

Firma MAJAtronic − Niemcy przedstawiała elastyczne moduły automatyki robotowej (fot. 3) do produkcji m.in.: żywności, leków, produktów chemicznych i innych wytwarzanych w trudnych środowiskach. Przedstawiana seria modułów autonox24 charakteryzuje się odporną na środowisko konstrukcją wykorzystującą materiały odpowiednie do stosowania przy produkcji żywności. W modułach nie stosuje się materiałów korodujących, włókien szklanych ani żadnych pokryć. Ich konstrukcja umożliwia łatwe czyszczenie, np. powietrzem pod ciśnieniem.

Firma Stroedter Handhabungstechnik − Niemcy pokazała systemy transportowe na szynach Rollyx z podwieszonymi podnośnikami PICO-MAT TWIN umożliwiającymi precyzyjne pozycjonowanie przenoszonych obiektów w trzech osiach, w różnych wersjach, zarówno elektrycznych, jak i pneumatycznych, o udźwigu do 100 kg oraz uniwersalny podnośnik VIGOMAT o udźwigu do 200 kg, stacjonarny lub w wersji podwieszanej na szynie.

Firma OKU − Niemcy jako nowość prezentowała modułowe, kompaktowe zabudowane stanowiska montażowe QuickCell (fot. 4), z ciągłym przepływem elementów do montażu i gotowych produktów na elastycznych liniach transportowych. Firma od 50 lat specjalizuje się w dziedzinie automatycznego montażu i wykorzystuje własne opracowania systemów podawania elementów do montażu, stosując własne urządzenia wibracyjne, obrotowe, sprężynowe i zsypy.

Firma During Schweisstechnik − Niemcy produkująca urządzenia do spawania prezentowała m. in. swój nowy robot spawający „seamwelding gun” o mocy spawania 76–102 kVA przy 50/60 Hz i 100–200 kVA przy średnich częstotliwościach.

Nauka dla przemysłu

Fraunhofer IPA − Niemcy prezentował na targach specjalne wykonanie robotów i ich zastosowanie do konstruowania dużych stref systemów energii słonecznej (fot. 6). Systemy baterii słonecznych wymagają precyzyjnego montażu wielu dużych elementów. Podczas wykonywania wielkich instalacji na pustyniach trzeba zamontować setki milionów części parabolicznych luster. Zastosowanie do tego celu tradycyjnych dźwigów jest bardzo niedogodne ze względu na trudności z ich transportem oraz poruszaniem się w pustynnym terenie.

Dlatego instytut IPA opracował specjalny typ robota „kablowego” nazwanego IPAnema. Kinematyka takiego robota jest oparta na wielu linach, które prowadzone przez odpowiednio skonstruowane bębny kołowrotów utrzymują nad powierzchnią ziemi i przesuwają platformę robota wyposażonego w chwytaki do przenoszenia elementów baterii słonecznych. W pokazanej wersji tego robota stosuje się siedem lub osiem cyfrowo sterowanych kołowrotów. Są one zaprojektowane specjalnie do wykonywania ruchów platformy o dużej dynamice i umożliwiają jej szybkość aż do 10 m/s z przyspieszeniem do 10g. Długość każdego kabla zawieszenia platformy jest sterowana przez system zintegrowany w kołowrotach.

System sterowania składa się ze sterowników CNC, których sygnały służą jednocześnie do sterowania uchwytami robota transportującego elementy luster. Przestrzeń robocza może wynosić do 100×100×30 m w zależności od zadania. Układ zasilania robota przez kable umożliwia obciążenie robocze do kilku ton. Taki robot kablowy wykonuje zadania typowe dla dźwigów, czyli transportowanie dużych części, ale wykonuje to dużo szybciej, dokładniej i przede wszystkim automatycznie. Ponadto dzięki swej niezmiernie lekkiej konstrukcji może zostać wykonany jako autonomiczny pojazd mobilny o dużym zasięgu roboczym.

Pomiary wizyjne

Nowe kamery przemysłowe serii AT C4 firmy Stemmer Imaging − Niemcy stosują bezkontaktowy pomiar 3D metodą triangulacyjną wykorzystujący oświetlającą wiązkę laserową. Dzięki wstępnej obróbce danych wizyjnych kamery te uzyskują nieosiągalne dawniej szybkości zbierania danych, umożliwiając kontrolę jakości, sortowanie i okreslanie wymiarów przedmiotów i ich objętości w instalacjach przemysłowych. Zależnie od wybranego modelu kamery uzyskuje się 58 mln punktów 3D na sekundę z rozdzielczością 2352×1728 pikseli lub 104 mln z rozdzielczością 1280×1024 pikseli. Kamery te mają wbudowaną specjalną pamięć do 1 Gb, przeznaczoną do specjalnej obróbki obrazu wymaganej dla danej aplikacji. Kamera ma interfejs Gigabit Ethernet, który obecnie jest standardem (GigE Vision) dla zastosowań przemysłowych, a konfiguracja odbywa się z wykorzystaniem protokołu GenCam metodą "plug and play".

Inna nowa kamera tej firmy, Xenic Bobcat-1.7-320, przeznaczona jest do kontroli podpowierzchniowych w bliskiej podczerwieni NIR oraz termografii. Jest to mała, pracująca bez chłodzenia kamera przeznaczona do zastosowań m.in. w przemyśle półprzewodników, do sortowania odpadów, kontroli żywności oraz kontroli jakości on-line. Jej właściwości umożliwiają kontrolę jakości procesów termicznych w zakresie od 300 °C do 800 °C. Jest wyposażona w wysokiej czułości detektor InGaAs niewymagający chłodzenia ze względu na bardzo mały pobór mocy. Zakres NIR pozwala na uzyskanie danych nieosiągalnych w wizyjnym paśmie częstotliwości. Można uzyskać dane, np. o zawartości cukru w owocach, ale także o uszkodzeniu elementu półprzewodnikowego lub innego produktu przez opakowanie z tworzywa sztucznego oraz przez elementy szklane.

Firma SICK − Niemcy przedstawiła nowy model czujnika wizyjnego 2D z serii Flex − I40 Inspector (fot. 7). Przedstawiła go na targach jako nowy inteligentny system wizyjny w obudowie czujnika. W stosunku do poprzednich wersji I10 i I20 użytkownik ma teraz możliwość samodzielniej wymiany obiektywu, co umożliwi lepsze dostosowanie pola widzenia czujnika do wymagań geometrycznych aplikacji. Przeznaczony jest szczególnie do kontroli części i produktów znajdujących się w różnych położeniach i o różnej orientacji. Oświetlenie, obróbka obrazu i interfejs Ethernet są zintegrowane w tej samej obudowie o stopniu ochrony IP67, co umożliwia pracę w trudnym środowisku. Urządzenie nadaje się zwłaszcza do automatyzacji w procesach pakowania. Umożliwia wykonywanie do 100 pomiarów/s, z możliwością pracy przy prędkościach liniowych do 10 m/s.

Analiza obiektów może być wykonywana niezależnie od pozycji i orientacji obiektu lub mieć pozycję i kąt ułożenia zadane "na sztywno". Ma możliwość skalowania obrazu przy zmianie odległości obiektu, statystykę kontrolowanych obiektów i automatyczny zapis obrazów części wadliwych. Pamięta 16 wzorców produktów i może jednocześnie kontrolować do 32 różnych szczegółów każdego z nich. Można stosować strobowanie wyzwalane sygnałem zewnętrznym, np. z dodatkowego czujnika, sygnałem z PLC lub z enkodera. Środowisko programowania SOPAS umożliwia łatwą współpracę z systemami informatycznymi i pozwala wykorzystywać dodatkowe, zewnętrzne 4 wejścia i 16 wyjść cyfrowych dowolnie konfigurowalnych.

Całą gamę kamer prezentowała firma Matrix Vision – Niemcy (fot. 8). Od kompaktowych mvBlueFOX CCD i CMOS dołączanych do komputera za pomocą złącza USB 2.0 i wyposażonych w FPGA (Field-Programmable Gate Array) i 8 MB pamięci, które dostępne są także w wersji na płytce drukowanej bez obudowy, przez serię trzech kamer kompaktowych mvBlueCOUGAR, wyposażonych w interfejs Gigabit Ethernet, po mvBlueLYNX-X − inteligentne uniwersalne kamery neXt generation, wyposażone w procesor dual-core Cortex-A8 ARM, o częstotliwości pracy 1 GHz i oddzielny system cyfrowej obróbki DSP w czasie rzeczywistym, z możliwością przyspieszania video.

Inne zastosowania

Firma Robo-Technology − Niemcy pokazała na targach System UltraCal (fot. 9) przeznaczony do kalibrowania położenia robota w jego przestrzeni roboczej. System składa się z lasera i detektora czworokątnego zabudowanych w jednym urządzeniu, które montuje się do kołnierza na ramieniu robota. Jednocześnie kilka elementów odbijających wiązkę lasera instaluje się w różnych miejscach w środowisku robota (niekoniecznie wewnątrz przestrzeni roboczej). Ramię robota jest poruszane, tak by przejść przez dowolny zestaw lokalizacji zdefiniowanych w ten sposób, by wiązka laserowa trafiała kolejno w zainstalowane cele. Przez mierzenie odchylenia odbitej wiązki światła, przeliczane są: następna pozycja i cel, a po zmierzeniu każdego celu z co najmniej czterech różnych kierunków, może zostać obliczona docelowa pozycja we współrzędnych robota wraz z błędem pozycjonowania. Dokładność bezwzględna sensora wynosi 20 µm. Temperatura i wilgotność nie wpływają na sygnał XY, więc sensor może być stosowany w dowolnym środowisku. Cylindryczna głowa sensora ma średnicę 100 mm, około 115 mm długości i podstawę montażową, która pasuje do kołnierzy robota standardu ISO. Użycie radiokomunikacji i baterii eliminuje konieczność stosowania kabli. Cele są dokładnie wyznaczone a niedrogie retroreflektory, mogą pozostać zainstalowane w przestrzeni robota w celu późniejszego rekalibrowania robota w tym samym zestawie. W przeciwieństwie do innych systemów, sensor umieszczany jest na robocie, co oznacza, że  może być stosowany do kalibracji i weryfikacji pozycji w całej przestrzeni roboczej. Umożliwia to nawet mobilne i autonomiczne zastosowania, takie jak zautomatyzowane badanie części samolotu, nie tylko w hali produkcyjnej, ale również w hangarze w czasie konserwacji.

Firma IMSTec − Niemcy oferowała na targach stanowiska pomiarowe do kontroli jakości wyposażenia medycznego, takiego jak np. cewniki zakończone balonem, które wprowadza się w miejsce zwężenia aorty i których średnica musi być określona z dokładnością do 10 mm.

Firma INOCON GmbH pokazała jako nowość liniowy sterowany ręcznie lub zewnętrznym napędem element nastawny do pozycjonowania ciężkich elementów o maksymalnym przesunięciu 1500 mm i odpornej konstrukcji zapewniającej duże siły przy bardzo dużej dokładności (fot. 10). Zastosowano w tym celu specjalne łożyskowania. Element przesuwany porusza się po dwóch rurach prowadzących, wykonanych z nierdzewnej stali. Oferowane są wersje do pracy w poziomie lub w pionie, a także specjalne wykonania na zamówienie.

Firma Mahr − Niemcy zaprezentowała nowe wysokiej precyzji łożyska poprzeczno-wzdłużne MarMotion (fot. 11) przeznaczone do przejmowania obciążeń zarówno prostopadłych, jak i zgodnych z kierunkiem osi obrotu. Zapewniają one dużą dokładność prowadzenia zarówno dla ruchów liniowych, jak i obrotowych wałka. Uzyskano to przez precyzyjną mikroobróbkę powierzchni wałka i tulei − dokładność wykonania osiąga 1/3 wymaganej przez normę ISO IT 3 tolerancji. Użycie stopnia 5 stali klasy P0 dla elementów tocznych (DIN 5401 lub ISO 3290) przyczynia się również do wysokiego stopnia dokładności prowadzenia. Strefa zastosowań tego typu łożysk rozszerzyła się dzięki temu od sektora pras narzędziowych po maszyny ogólnych zastosowań, urządzenia precyzyjne mechaniczne i optyczne, a także szeroki zakres specjalizowanych maszyn. W trakcie rozwoju firma Mahr opracowała oparte na wieloletnim doświadczeniu i wsparte przez bliską współpracę z wyższymi uczelniami formuły do obliczeń łożysk. Ta wiedza specjalistyczna pomaga obecnie projektantom, w zoptymalizowaniu łożysk do każdego specjalnego zastosowania.

Podsumowanie

Zarówno organizatorzy, jak i wystawcy ocenili targi  jako bardzo udane. Wszyscy podkreślali znacznie większy udział zwiedzających spoza Niemiec i wśród nich wyższą niż dawniej rangę gości. Mogła do tego przyczynić się słabość tegorocznych Targów Hanowerskich, które z powodu zawieszenia lotów w wyniku wybuchu wulkanu miały znacznie mniej niż zwykle wystawców i gości. Można jednak też mieć nadzieję, że to też sygnał o początku wychodzenia z kryzysu, gdyż wystawcy podkreślali w swoich wypowiedziach większą niż na poprzedniej edycji targów liczbę zawartych kontraktów.

Tadeusz Goszczyński – PIAP
Foto: copyright Messe Muenchen GmbH