– мобильные РТК (колесные, шагающие, гусеничные), используемые, как правило, в экстремальных условиях работы (в космических полетах, под водой, в полевых условиях и т.д.);
– информационно-управляющие РТК могут не иметь механически движущихся исполнительных устройств, они следят за ходом протекания технологических процессов, обрабатывают информацию, поступающую от каких-либо внешних источников, и в случае необходимости вносят коррективы в протекание контролируемого технологического процесса.
Обычно конструкцию промышленного робота разделяют на три основных компонента:
– механическую руку (рабочий орган);
– механический привод;
– управляющую часть (контроллер).
Механическая рука – это рабочий орган промышленного робота. Рабочие органы могут иметь различное функциональное назначение и, соответственно, иметь разнообразную форму: захватов, инструментов, приспособлений, датчиков и т.д.
К механической руке робота кроме различных захватных устройств прикрепляют различные инструменты и датчики.
Типичными инструментами являются аппараты для точечной сварки, дуговой сварки и резки, нагревательные паяльные лампы, пистолеты для окраски напылением, клейкие и изоляционные ленты, приспособления для автоматического завинчивания гаек, сверла, зенкеры, шлифовальные устройства, лазеры и т.д.
Сенсорные датчики используют при определении точности физических размеров деталей, ультразвуковые – для обнаружения трещин и т.д.
Вторым структурным компонентом промышленного робота является механический привод.
Источником питания любого промышленного робота является в большинстве случаев электрическая энергия, которая в конечном счете преобразуется в механическую энергию движения рабочих органов робота, осуществляющих какие-либо манипуляции в соответствии с целью технологического процесса.
Третьим существенным элементом любого промышленного робота является его управляющая часть (контроллер), или, как иногда говорят «мозг» робота.
На нижнем уровне своего функционального назначения контроллер выполняет несколько функций: начинает, управляет и заканчивает любые движения руки робота, перемещая ее к определенным точкам в определенной последовательности; контроллер должен хранить в памяти все эти точки, ориентации и последовательности, так же как и взаимодействия с любыми внешними датчиками и устройствами, которые могут быть связаны с роботом. Таким образом, контроллер регулирует потоки энергии в системе, чтобы выполнить заданную операцию.
Наибольшее применение промышленные роботы и робототехнические комплексы нашли в машиностроении.
Использование роботов на всех операциях технологического процесса литья от сборки форм и заливки жидкого металла до обрубки литниковых систем и очистки отливок увеличивает производительность, точность, обеспечивает безопасность работ, повышает коэффициент использования основного оборудования.
В процессах обработки металлов давлением промышленные роботы нашли наибольшее применение в операциях ковки, штамповки, прессования. Роботы способны в течение длительного времени переносить раскаленные тяжелые заготовки с высокой скоростью, работая в агрессивной среде. Рука робота способна, например, обеспечить четкое фиксирование заготовки в полости штампа.
Термообработка и химико-термическая обработка являются идеальными технологиями для роботизации, причем достаточно использование сравнительно простых конструкций роботов с позиционным управлением. Кроме того, замена человека роботом в этих процессах, осуществляемых в агрессивных средах и при высоких температурах, несомненно, является прогрессивным мероприятием.
Роботы освоили и такой трудоемкий вид создания неразъемных соединений, как электродуговую сварку. Робот, снабженный устройствами переработки зрительной и осязательной информации, способен образовывать шов сложной конфигурации, обеспечивая высокое качество соединения за счет поддержания устойчивой дуги по мере продвижения вдоль сварного шва.
Самой ответственной стадией машиностроительного производства является сборочный процесс. В настоящее время роботы осваивают технологию сборочного производства. В ряде производств, например, успешно работают автоматические системы роботов-манипуляторов по сборке трансформаторов, отдельных узлов автомобилей, интегральных микросхем и т.д.
В последнее время роботы начинают применять и в других отраслях: при производстве изделий из пластмасс, в промышленности строительных материалов, в легкой и пищевой промышленности и даже в сельском хозяйстве. Известны, например, конструкции роботов для работы в садах, ягодниках, роботов-животноводов и т.д.
3. Основы лазерной технологии
Лазер (оптический квантовый генератор) является источником оптического когерентного, то есть согласованного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии.
Слово лазер является аббревиатурой слов английской фразы «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», что означает «усиление света в результате вынужденного излучения».
Создание оптических квантовых генераторов (лазеров) явилось величайшим достижением современной науки. В настоящее время они нашли широкое применение в повседневной практике.
Принцип действия оптического квантового генератора основан на искусственном стимулировании генерации светового излучения высокой мощности, при этом температура в точке приложения сфокусированного лазерного луча достаточна для превращения в пар любого материала. Передаваемое при поглощении лазерного излучения тепло приводит сначала к нагреву вещества, а затем его плавлению и испарению. Дозируя определенным образом мощность лазерного излучения на поверхность обрабатываемого материала можно реализовать практически любой температурно-временной режим нагрева, который и определяет вид технологической обработки.
Существуют твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры. Из всего разнообразия оптических квантовых генераторов для обработки материалов используются твердотельные и газовые лазеры.
В твердотельных лазерах генерация излучения осуществляется в твердом элементе, в качестве которого наиболее широко используется стержни из кристалла искусственного рубина. Такие лазеры обладают сравнительно высокой выходной мощностью, высоким коэффициентом полезного действия, обеспечивают возможность генерации излучения не только в импульсном, но и в непрерывном режиме.
В газовых лазерах в качестве активной среды для генерации излучения используются различные газы или смеси газов. Наиболее распространены газовые лазеры на диоксиде углерода. Такие лазеры способны развивать еще большую мощность как в непрерывном так и в импульсном режимах.
Развитие лазерной технологии все в большей мере отвечает требованиям повышения эффективности общественного производства, обеспечения интенсивного пути развития экономики.
Лазерная обработка имеет свои особенности и преимущества:
– высокая концентрация подводимой энергии и локальность обработки;
– возможность регулирования параметров лазерной обработки в широком интервале режимов;
– отсутствие механических усилий на обрабатываемый материал и независимость скорости обработки от свойств материала;
– высокая технологичность обработки и возможность ее автоматизации.
Благодаря направленности и высокой концентрации энергии лазерного луча удается выполнять технологические операции, вообще не выполнимые каким-либо другим методом.
В настоящее время разработаны следующие технологические процессы с использованием мощных лазеров:
– лазерная поверхностная термообработка;
– лазерная сварка;
– лазерная размерная обработка;
– измерительная лазерная технология;
– лазерная интенсификация химических реакций.
Лазерная термообработка включает в себя процессы лазерной закалки поверхностного слоя материалов, лазерной аморфизации (остекловывания), лазерной наплавки, лазерного легирования.
Наиболее полно преимущества лазерной закалки проявляются при обработке деталей со сложным профилем и неплоской поверхностью. Кроме того, лазер дает возможность выборочно закаливать те участки поверхности, которые подвергаются наибольшей механической нагрузке (селективное закаливание). Такая локальная закалка исключает деформацию деталей после термообработки и позволяет обойтись без последующей доработки детали.
Технология лазерной аморфизации (остекловывания) является одним из направлений модификации поверхностей обрабатываемых изделий. Создание аморфных слоев является весьма перспективным, так как такие слои обладают высокой твердостью, коррозионной стойкостью, износостойкостью.
Лазерная наплавка используется с целью восстановления изношенных деталей.
При этом, по сравнению с традиционными технологиями наплавления (электросваркой, газовой сваркой и т.д.) лазерное наплавление имеет более высокую производительность, лучшее качество, наплавление происходит без нагрева основной массы детали, деталь не деформируется, не требует последующей механической обработки.
Лазерное легирование относится к процессам создания на поверхности обрабатываемого материала покрытий с высокими эксплуатационными характеристиками.
Лазерная сварка с глубоким проплавлением позволяет сваривать толстые слои материалов с большой скоростью при минимальном тепловом воздействии на материал, прилегающий к зоне расплава, что улучшает свойства сварного шва и качество сварного соединения.
Лазерная сварка в настоящее время является наиболее перспективной для промышленного использования технологией в связи с разработкой мощных лазеров с непрерывным и импульсно-периодическим действием. Сварное соединение получается при нагревании и расплавлении лазерным лучом участков в месте контакта свариваемых деталей. Когда лазерный луч смещается, смещается и зона расплавленного материала, затем идет остывание и таким образом образуется сварной шов. По форме он получается узким и глубоким и принципиально отличается от сварных швов, полученных при использовании традиционной технологии сварки. Глубина проплавления зависит от мощности лазера, а поперечное сечение лазерного шва похоже на лезвие кинжала, поэтому глубокое лазерное проплавление иногда называют кинжальным.