ربات جوشکاری

چکیده

فرآید جوشکاری، از عملیات پیچیده و دقیق تولیدی است که خودکار نمودن آن در سیستم های مدرن تولیدی مورد توجه زیادی قرار گرفته است. اتوماسیون در جوشکاری اتصالات بویلرهای نیروگاهی، با توجه به اینکه خطا در فرآیند ساخت این بویلرها موجب زیان های سنگین می گردد، ضروری می باشد. این مقاله در راستای چنین هدفی، به طراحی سیستم کنترل روبات جوشکار جهت اتصال نازل ها و هدرهای نیروگاهی می پردازد. ابتدا، مدل سازی دینامیکی مکانیزم های حرکتی دستگاه مطرح گشته، سپس با توجه به پارامتر های هندسی و جوشکاری، طراحی مسیر مناسب حرکتی مورد بحث قرار می گیرد. در ادامه با شبیه سازی دینامیک معکوس، عملگرهای روبات انتخاب می شوند. سپس طراحی سیستم کنترلی آن مورد بررسی قرار می گیرد. در طراحی سیستم کنترل این روبات از الگوریتم جدیدMTJ (Modified Transpose Jacobian) استفاده گشته و عملکرد آن با الگوریتم های مختلف مقایسه شده است. نتیجه این بررسی ها بیانگر عملکرد بسیار مطلوب الگوریتم مذکور در عین سادگی و حجم پایین محاسباتی در پیاده سازی آن است، ضمن آنکه به شناسایی مدل دینامیکی سیستم نیز هیچگونه وابستگی ندارد.

واژگان کلیدی: “روبات” – “کنترل” – “کنترل موقعیت” – “جوشکاری” – “الگوریتم MTJ”

 

مقدمه

امروزه استفاده از روبات های جوشکار در صنایع مختلف با تنوع بسیار رواج کامل یافته است،[2-1]. این مقاله به طراحی سیستم کنترلی دستگاه اتوماتیک جوشکاری می پردازد که باید عمل جوشکاری نازل ها و هدرهای نیروگاهی را به انجام برساند. نازل لوله ای به قطر 2 تا 6 اینچ و هدر لوله ای به قطر متناظر 4 تا 48 اینچ تعریف شده است، که حداقل فاصله دو نازل 80 میلیمتر باشد. این روبات ضمن آنکه باید یک جوشکاری با کیفیت قابل قبول را تضمین نماید، با چهار محدودیات زیر مواجه می باشد:

الف) محدودیت ابعادی دستگاه در جهت افقی

ب) محدودیت ابعادی دستگاه در جهت عمودی

ج) محدودیت در نصب دستگاه

د) محدودیت حرارتی

پس از بررسی های لازم پیرامون طراحی سیستم مکانیکی این دستگاه، دو طرح اصلی مورد توجه قرار گرفت که تشریح آن مقتضی مطالعه مرجع[3] می باشد.

 

تاریخچه

شرکت طراحی خودرو کاظمی در سال 1377 توسط آقای مهندس کاظمی و برادرانش در راه کرج و شهریار که حالا به سیمن دشت معروف است تاسیس داشت. آقای کاظمی در سال 1377 خودش مهندسی نقشه کشی خود را در دانشگاه آزاد اسلامی گرفته است و توسط برادرانش از سال 1378 شروع به کار کردند. مشغول شدند که دستگاه های خود را اول از دستگاه جوش و دستگاه های دیگر را خریدند. آقای مهندس کاظمی چون خودش وارد به نقشه کشی بود برادرانش هم به او افتخار می کردند که همچون برادری دارند و اول خودشان شروع به کار کردند که شرکت 5000 متر است. و به وسیله هم کارشان را ادامه دادند. وقتی که دیدند کارشان رونق گرفته: خودشان کار را ادامه دادند و یکی یکی یا هر کدام یک شرکت جداگانه زدند. و یکی از برادران آقای کاظمی در شهر خود، کرج که شرکت مشغول به کار تولید هستند.

1-1 استاندارد: در شرکت طراحی خودروی کاظمی فقط از استاندارد Isots استفاده می کنند.

2-1 تعداد پرسنل: در شرکت طراحی خودرو فقط 110 نفر مشغول به کارند که 10 نفر به صورت اداری و 100 نفر در قسمت تولید کار می کنند.

3-1 محصولات: کلاف پراید، کلاف نیسان، ریل شیشه جلوی پراید، ریل شیشه عقب پراید، ریل شیشه جلوی نیسان، کاپوت نیسان، زه ورشو، زه درب موتور

4-1 پراید و قطعات پراید به شرکت خودرو سایپا منتقل می شود ولی قطعات نیسان به شرکت سایپا خودرو نیسان زامیاد منتقل می شود.

5-1 نحوه مدیریت: نحوه مدیریت که خود رئیس آقای کاظمی است و بعد مدیریت بازرگانی برادر کوچکشان و در مدیریت حط تولید برادر بزرگوارشان مدیریت انجام می دهند. از نظر مدیریت خیلی خوب هستند که شرکت سایپا خودرو در جلسات از آقای کاظمی و مهندس اشعری از استفاده شان بهرمند می شوند.

6-1 آدرس: جاده شهریار و کرج – شهرک سیمین دشت- فلکه دوم- کوچه چهارم غربی- طراحی خودرو کاظمی.

 

فصل دوم

من در روز اول وارد شرکت در تاریخ 25/8/88 بود. که با آقای مهندس آشنا شدم و آقای مهندس از من درباره ی رشته ام پرس و جو کرد. که من تا چه حدی اطلاعات دارم. و برای من یک نقشه ساخت که مرکب بود. تحویل داد. که خواست قطعات آن نقشه را بکشم و حتی از تلرانس و کیفیت سطح و اندازه گیری و حتی از چیزهایی که خواسته بود که حتی بلد هم نبودم رعایت کنم. و من هم اولین روز با دست کشیدن شروخ کردم و نقشه کشی را به آقای مهندس تحویل دادم.

بعد به آقای مهند گفتم که من می خواهم در شرکت شما قطعاتی که می سازند را ببینم و بکشم که آقای مهندس منو برد به قسمت خط تولید قسمتی که کار را انجام می دادند.

که وقتی من وارد شدم اول با سمبه و ماتریس آشنا شدم و به من توضیح داد که سمبه و ماتریس چیست که در قالب سازی به کار می رود. من هم از قالب طراحی کردم وهم از نقشه هایی که آقای مهندس به من می داد و من بکشم. بعد از اینکه می کشیدم آقای مهندس آن را به همکارش می داد که ببیند که آیا می توانند از روی این نقشه طراحی قالبی بسازند یا نه که به من گفتند نه که باید زیاد تلاش کنم که بهتر بتوانم درست نقشه را طراحی کنم و حتی آنها اعلام های آنها را درست در روی نقشه بگذارم.

که آقای مهندس با من خیلی رابطه بدی داشت چون یه کاری از من می خواست که انجام بدم ولی من نتوانستم اونو انجام بدم. چون با آنها زیاد سروکار نداشتم و بلد نبودم ولی من از همکاران آقای مهندس کمک می گرفتم و کار را درست انجام می دادم و به آقای مهندستحویل می دادم.

یک هفته بعد. آقای مهندس درباره ی جوشکاری پرسید آیا من درباره جوشکاری چیزی بلدم یا نه که من اصلاً اطلاعات زیادی از آنها سروکار نداشتم ولی تا حدودی دیده بود که جوشکاری را برای چه مواردی استفاده می کنم.

آقای مهندس دیدند من زیاد آشنایی کافی آنچنانی ندارم باید منو برد دوباره به خط تولید که با کارهای دستگاه جوشکاری آشنا کند. که قطعات را چگونه جوش می زند. آقای مهندس از همکارش خواست که به من اول درباره ی جوش یاد بدهد که چگونه جوش بزم. که با یاد خدا شروع کردم و مشغول به کار شدم که اول جوش co2 یا همان سه او دو (جوشکاری با گاز) محافظ است به من یاد داد اول خیلی برایم سخت می آمد و یا شاید غیر ممکن با تمرین و کار در کارگاه کم کم به جوش مسلط شدم فکر کنم سخت تریت جوش ممکن است طولی نکشید مهارتی در جوش پیدا کردم من قبلاً جوش برق یا جوش با ترانسفورماتور جوشکاری کار نکردم. بعد من ریل پراید و کلاف پراید جوش زدم. این جوش با تمام جوش ها فرق دارد حداقل این رو از دستگاه های متنوع و مختلفش می توان فهمید کار با این دستگاه برای یک نفر تعبیه شده راحتی کار این جوش این است که نیازی به تعویض الکترود نیست و الکترود از داخل انبر به بیرون رانده می شود و الکترود را با کلاف در روی دستگاه قرار می دهند و تا تعویض بعد جوشکاری زیادی انجام می شود.

تنظیم آمپر همانند دستگاه های دکتی فایر است و دستگاه را می توان در هر آمپر دلخواه تنظیم کرد که این یک ویژگی خاص این گونه دستگاه هاست استفاده از دستگاه های کلاهی کار را راحت تر می کند چون نیازی برای گرفتن ماسک نیست یک دست دیگر آزاد است و کار های دیگری می توان انجام داد. جوش قوس الکتریکی جوش کم هزینه ای است چون نیازی به خرید دستگاه گران قیمت نیست و کار با آن بسیار آسان است با برقراری قوس جوش و حرکت الکترود به جلو کار جوشکاری انجام می شود. دستگاه های جوشکاری قوس الکتریکی با دو نوع تغییر آمپر داده می شوند. 1- پله ای 2- پیوسته. پله ای به وسیله ی یک هسته فرعی به نام راکتور انجام می گیرد پیوسته به وسیله ی یک هسته فرعی درون یک هسته اصلی است.

جوشکاری با قوس الکتریکی: قوس الکتریکی از تخله گاز بود. که وجود ذرات باردار از شرایط آن است گاز مورد نظر بایستی ابتدا توسط الکتریسیته رسانا شود در این رابطه مولکول های گاز ابتدا توسط دمای بالا به اتم تشکیل دهنده ی آنها تجزیه شده و سپس الکترون اتم ها از هم جدا شود دمای جوش کاری با قوس الکتریکی مختلف است در محدود قوس به صورت یکنواخت نمی ماند اندازه دما در پلاسما قوس به مراتب بالاتر از دما در قسمت تماس الکترود است به دلیل برخورد شدید الکترون های ساطع شده از سایر پلاسماهای قوس به قطب آن درجه حرارت آن در شرایط یکسان از دمای قطب آن بیشتر است. ناحیه هم دما در قوس الکتریکی فشار زیادی با شدت A2 از طریق اندازه گیر دمای مطلق درجه حرارت با ارتباط هم دمای  اندازه گیری شد. هم دمای تفسیر شده به دست آماده است.

سنگ فرز: بعد از اینکه با جوش قوس آشنا شدم بعد به سنگ فرز رسیدم که دوباره توسط یک اپراتور یا یک نفر یاد گرفتم که کلاف پراید بعد از آنکه توسط co2 که یک ریل پراید و کلاف بالا پراید متصل شده است. سنگ زنی باید که فقط یکبار که کلاف را روی دستگاه گذاشته و با دست نگه داشته و توسط پا فشار می دادم که این آماده می شد و بعد به نقطه جوش برد که قطعاتی را که جوش co2 انجام می داد که باید توسط یک نفر انجام می شد چون فاصله می افتد هنگام جوش زدن با co2. تا به وسیله آن قطعه وصل می شد. و بعد از آن به کارهای دیگری هم انجام میداند که آخر به شابلونزنی می رسد. بعد از آنکه قطعه کاملاً درست و ساخته شد بود. باید توسط یک اپراتور کلاف پراید روی شابلوزنی می کردند روی دستگاه وقتی که کلاف پراید بالا و پایین بود روی شابلون زنی با دست درست می کرد و بعد یکی یکی آنها را روی میله بسته بندی می انداختند می کردند که آخر روی آنها را با پلاستیک ضخیم می پوشانند و چسب می زدند. و آنها را روی  اسکانیا می گذاشتند. و اسکانیا را پر می کردند و بعد از آن روز من وارد اتوکد شدم.

وقتی وارد اتوکد شدم دوباره مهندس خواست که من کلاف پراید با اتوکد 2008 بکشم. که راحت کار کنم. و خسته نشوم. بعد از آن روز من کلاف پراید و ریل پراید و ریل شیشه بالابر پراید. و همچنین نیسان را کشیدم. وقتی آقای مهندس که دیدند من زیاد کار یاد گرفتم گفت که بعضی روزها برم با جوشکاری با co2 و سنگ زنی را کار کنم.

وقتی با اتوکد کار شروع کردم دیدم خیلی چیزها بلد نیستم. مثل روز های قبل. وقتی وارد اتوکد شدم اول قسمت مدل اولیه بود. برای ایجاد این مدل اول وارد نمایه frost شدمو سپس شکل مورد نظر خودمو کشیدم بعد از ترسیم شکل با آن، آن را با فرمان Region یک پارچه اجرا کردم و اندازه گذاری کردم و بعد شکل بعدی را کشیدم. که در آن شکل باید از دایره هم رسم می کردم که در نمای Top ترسیم کردم. فرمان Extrude را اجرا کردم و سپس اندازه‌گیری کردم و بعد فرمان بعدی که فرمان 3Dmiddes را در مسیر انتخاب کردم و شکل را در لبه کناری مدل رسم کردم و بعد خط استوانه را به فرمان move از مرکز بالایی آن گرفته و در مرکز خط ترسیم قرار دادم و کشیدم. و بعد از آن روز به بعد من نقشه هایم با اتوکد 2008 کشیدم و تحویل مهندس دادم. و مهندس آنها را بازبینی می کرد و اشکالات من را می گرفت و دوباره می کشیدم و اگر اشکال نداشتم نقشه بعدی را به من تحویل می داد و می کشیدم. در اتوکد 2008 کارکردن خیلی مشکل هم نبود که به راحتی با تمرین کردن یاد می گرفتم ولی در کتیا خیلی مشکل داشتم و به خاطر همین هم با کتیا نقشه ام را نمی کشیدم ولی با کتیا cat کار می کردم تا یاد بگیرم کار کردن با بوسیله آن خیلی خوب است چون راحت تر می تواند نقشه را تحویل داد و تمام کرد. و کارها جلوتر می افتد.

من وظیفه داشتم هر روز ساعت 8:30 در شرکت حاضر باشم و کار را به وسیله آقای مهندس انجام دهم. آقای مهندس هم مثل هر روز نقشه های مختلفی به من می داد تا بکشم و به خودش تحویل بدهم.

بعضی از روزها مواقع من از مهندس می خواستم کارهای دیگر را هم به من یاد دهد. مثلاً در زمینه اندازه گذاری هایی که با کولیس دانست به من یاد دهد. چون کارهایی را که آقای مهندس می کردند هیچ کس نمی توانست انجام دهد. به خاطر همین هم از آقای مهندس کمک می گرفتند و حتی در جلسات هم آقای مهندس باید تشریف داشتند. چون اگر نداشتند کارشان حل نمی شد.

آقای موعظفه بود. کلاف های پراید که هر روز در خط تولید می کردند پیش ایشان بیاورند تحویل بدهند و آقای مهندس آنها را اندازه گذاری دقیق و شابلون زنی کند.

در روزهای که من به شرکت می رفتم روزهای بود که کاری نداشتم مراجعه می کردم ولی من مثل هر روز باید کارم شروع می کردم که به من گفتند برو در قسمت سنگزنی کار کنم. من وقتی به سنگ زنی مشغول شدم که کلاف های پراید که توسط co2 انجام شده سنگ زنی کنم توسط خودم که دستگاه سنگزنی را با پا فشار می دادم و قطعه باید روی سنگزنی قرار بگیرد تا سنگ زنی شود. من یک روز و حتی دو سه روز کار کردم. کار آنچنانی سخت نبود من کاملاًجوش co2 و سنگ زنی را کاملا یاد گرفته بودم و هیچ مشکلی هم نداشتم. فقط مشکلم در طراحی به وسیله cad کمی کشکل داشتم که توسط آقای مهندس آن هم طراحی کردم و یاد گرفتم …