离线机器人编程(OLP):完整指南

一、什么是OLP?

离线机器人编程(OLP)是一种在计算机软件(虚拟环境)中基于3D CAD数据生成机器人程序的方法。一旦机器人程序在软件中生成和验证,它就可以下载到实际的机器人。

让我们举一个示例来说明为什么您可能想使用OLP。

想象一下,编程机器人在金属工件上焊接一个圆形部件。机器人需要沿着部件的周边移动焊枪,同时在表面保持准确的方向。

您可以使用吊挂物教点，但是您需要许多点,并且需要很长时间。间隙之间的火焰几乎肯定会变化,火焰的方向也会变化。更重要的是,机器人单元将不可用于生产,直到您完成编程。这种停工可能需要几天到几周。使用OLP生成机器人程序会更容易。将焊接单元的CAD文件导入OLP软件,并显示您希望火炬采取的路径。完成后,软件生成机器人程序并验证程序,例如潜在的碰撞。验证后,将程序下载到机器人控制器,低速运行一次以双重检查,然后单元就可以恢复工作。

二、机器人离线编程简史

最初的工业机器人是通过示教来编程的。也就是说,机械臂被移动到需要的位置,然后保存该位置。(操作员或程序员将此视为在臂末端,即工具中心点(TCP)保存姿态(x,y,z 坐标和旋转))。换句话说,程序保存每个关节电机的位置。

机器人仿真于20世纪80年代出现。它利用CAD展示机器人、其运动和工作单元或环境。稍后,开发了一些技术来后处理CAD程序中的位置信息,生成类似于CNC机床的机器人运动程序。这就是OLP的由来。

今天OLP有两种形式。大多数机器人制造商除了示教器外,还提供机器人编程软件包。另外,机器人用户也可以选择从独立供应商获得的OLP产品。这有利于与编程机器人的品牌无关。

OLP的有效性取决于CAD模型对工作单元的忠实度。为了完全捕获工作单元的实际布局,而不仅仅是CAD中显示的内容,用户需要进行机器人工作单元标定程序。这可以通过测量工作单元中的一组参考点,读取机器人工具中心点(TCP)的实际姿态以及周边设备的位置,并运行特定的标定程序来实现模型和实际工作单元之间的真实对应——掌握数字孪生。测量可以使用机器人本身作为测量设备完成,也可以使用外部测量设备,如3D激光扫描仪。

三、关于OLP的常见误解和误传

尽管OLP已经可用了很多年,但其采用相对缓慢。这至少在部分原因是由于对它是什么及其使用方法的理解不足。现在是时候澄清对这个话题的理解了。

OLP不是一种机器人编程的完全新方法,而是现有方法的扩展和补充。它增强了示教器编程,而不是替代示教器编程。程序员仍然需要熟练使用示教器进行机器人程序的修改、优化和调试。

1. OLP仅适用于大型制造商 

这是基于OLP只有在高产量情况下才能发挥效益的假设。实际情况略有不同。特别是在小批量生产的情况下,OLP对小型和中型制造商非常有益,尤其是在生产批次短、设备设置和换型频繁以及任务种类繁多的情况下。

2. OLP使用难度大 

与任何软件一样,OLP需要一定的训练和学习曲线。此外,可能有些OLP产品的用户友好性不高。但是,最好的产品应该是直观的、合理的和易于使用的,可以让初级用户迅速精通。

此外,不要低估使用机器人示教器编程的复杂性。不同品牌的机器人有不同的命令,此外,从较旧的机器人型号到较新的机器人型号,系统也会发生变化。这使得手动编程变得更加复杂。

3. OLP价格昂贵 

OLP产品需要额外购买。但是,它只需要购买一次,可以支持一个工厂使用的任何品牌的机器人。(这也有助于工厂避免被锁定在某一机器人供应商。)

OLP用户报告其机器人工作站的投资回报率有所提高,因为停机时间减少和机器人利用率增加。有证据表明,它可以将机器人因编程而停机的时间减少多达90%,并可以在一个项目中收回成本。

4. OLP消除对技术熟练的程序员的需求 

OLP软件加快程序创建速度,减少编程所需时间,但它并不能消除对技能熟练程序员的需求。路径规划和优化、碰撞避免等最好由有经验的程序员完成。但是,OLP软件可以使他们有更高的效率,给他们时间从事更复杂的编程任务,并在一个更安全的工作环境中进行创新。

四、没有OLP的传统手工工作流程中的痛点

不使用OLP的替代方案是直接在机器人上进行编程。这至少存在三个问题:

1. 项目延期和额外成本的风险

2. 安全问题 

3. 生产能力损失

在机器人上进行编程时,项目延期的风险很大。要达到这一点,所有工具和固定装置都已经设计、制造和安装完毕。输送机或其他物料搬运装置已经设置完毕,零件准备就绪。只有现在,程序员才可以开始为机器人教 points。

几乎可以保证会出现问题。可能机器人无法达到某个位置,零件可能放置不正确,或者目标循环时间无法实现。

对于任何这些情况,唯一的解决方案是重新设计工作单元的问题点。不可避免地,这会延迟生产启动,可能延迟几周,并带来重大的额外成本。

使用示教器教点通常要求程序员进入工作单元:这可能是唯一可以看到工具去向或检查碰撞的方法。将机器人置于“示教”模式应确保安全,但总有意外移动的风险,无论是机器人本身还是工作单元内的其他机构。

最后,当程序员在工作单元内进行点动时,机器人不会做任何其他事情。在程序员完成工作并验证程序之前,这都是非生产时间。即使是最好的程序员也会低估任务所需的时间!

五、OLP的主要优势

使用OLP软件的制造商报告了多重优势:

1、无机器人停机时间 

编程时间可以减少80%,机器人利用率可以提高95%,提高程序员的工作效率和减少工作单元停机时间。

2、快速设置时间 

新产品投入生产所需时间更少——编程是同时进行而不是顺序进行的。 

3、提高安全性

减少事故和伤害的风险。

4、更高和可重复的质量 

机器人程序进行了更好的优化(更短的循环时间、更高的精度和一致性),从而实现更高和可重复的生产质量。

5、机器人品牌和过程无关 

无论机器人品牌或工艺类型如何,高级OLP软件都可以覆盖所有应用。

6、没有更多意外

避免最后一刻的建模改变和工具修改。

六、OLP的主要应用

凡是机器人应用,只要有工作单元、零件、工具和固定装置的数字模型,都可以运用OLP技术。(如今,所有内容都在CAD中设计,所以这不应该是一个问题。)然而,当机器人路径变得更加复杂并且需要教更多的points时,OLP的优势就更加明显。

考虑到这些要点,OLP使用案例有:

• 焊接——进入位置和定向是OLP尤为擅长帮助解决的挑战,复杂的焊缝可能需要大量的points。

• 涂装——与焊接一样,定向也很重要,漆膜厚度和离开距离的统一以及确保所有区域可以更好达到和涂装也同样重要。

• 涂布——许多组装操作需要镶嵌长且复杂的粘合剂丝带:OLP可以快速离线创建工具路径,实现一致的质量。 

• 加工(表面)——像 bead blasting 和去毛刺等应用通常需要长且复杂的路径,需要大量的points。

• 组合应用(无夹具)——抓取和插入式移动需要精确控制夹爪定向,这可以在更高的级别上通过OLP实现。 

• 物料搬运应用——OLP让程序员可以确定两个位置之间的最快距离,这并不总是最明显的路径。

• 切割——等离子或激光切割或水射流切割对标准零件可能有效,但对于复杂的几何形状,机器人需要精确的切割图案,这可以通过OLP生成。

七、对小批量制造的影响

虽然使用机器人的任何制造商都将从OLP中受益,但批量小和生产周期短的企业会看到大大的提高。问题是,在机器人上进行编程时,频繁的工艺转换和设置会减少可用时间和运行时间。然而,使用OLP时,程序在虚拟环境中进行测试和下载到机器人,而工作单元的物理方面(夹具、夹爪等)正在改变。谨慎起见,在低速下通过一个周期来检查机器人是否有碰撞,然后工作单元准备重新启动生产。

此外,文档或模型中的任何与设计相关的问题都会提前识别,并可以与其他团队沟通并解决,而不会损失生产停机时间。

八、成功OLP案例

Afrit,一家南非大型拖车制造商,实施了OLP。他们看到机器人编程时间从工作单元内的两周减少到离线的四天。Afrit的机电工程师Ferdi Beukes说:“由于不需要进行手动编程和编程修饰,我们有更多时间改进焊接和其他系统,因为节省了时间。”

沃尔沃正在其铰接拖斗和轮式装载机制造业务中实施OLP。一个针对高变异低批量零件家族的试点工作单元正在使用它来在使用两台机器人的工作单元中实施“无夹具焊接”,一台用于处理,一台用于焊接。

在芬兰,HT Laser使用几家制造商的机器人进行小批量机器人切割和焊接。他们采用OLP以节省编程时间和增加生产能力。HT激光产品开发经理Janne Tuominen说:“离线编程的优势在我们的生产中每天都得到体现。突出的优势是节省时间,因为编程可以在不停产的情况下完成,省去昂贵机器的开支。通过某些软件宏命令可以加快编程过程,也可以节省时间。离线编程也可以解决焊接件较大或位于难以攀爬或不安全的地方的问题。”

九、为何OLP应成为使用机器人的制造商的标准工具

鉴于OLP可以带来生产力的飞跃,坚持在工作单元中进行手动编程的机器人用户将处于不利地位:

•是机器人编程的经济提升效率解决方案

•减少了对机器人进行物理测试和调试的需求 

•提高安全性,减少事故和伤害的风险 

•实现更快、更准确的编程 

十、Delfoi Robotics OLP解决方案

Visual Components长期以来一直是3D制造仿真的先驱。OLP技术从机器人仿真发展而来,这两项技术是互补的。这就是为什么Visual Components Group于2022年10月收购Delfoi Robotics OLP软件(该软件基于Visual Components平台开发)的原因。

Delfoi OLP解决方案的独特之处在于:

•直观、易学

•布局和工艺独立——一款软件涵盖大多数机器人应用(焊接、加工、涂装)

•机器人独立——这款软件涵盖17个后处理器(更多将在未来添加)和40个机器人控制器版本(旧版和新版)的所有主要品牌的OLP

•制度化和存储核心工艺知识,使所有参与产品、工作单元和夹具设计的利益相关者都能使用

•程序生成和验证非常快、自动化且可靠 

•解决机器人程序问题的智能和自动化工具

•在30多个国家使用,支持多种语言

十一、现在是时候转向离线机器人编程了

相对于工作单元手动编程机器人缓慢且不完善。它占用工作单元达数天或数周,推迟生产开始。OLP通过在虚拟环境中实现编程来解决这些问题。然后,准备就绪并验证程序后,将程序下载到机器人,生产即可开始。

与不使用OLP的制造商相比,OLP为制造商提供了 可观的速度、成本、效率和质量优势。Visual Components 的 Delfoi Robotics OLP解决方案易于学习,适用于所有主要机器人品牌。想了解咨询更多内容,请与我们取得联系。

免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。如涉及版权问题，请与北京衡祖联系，我们将及时协商版权问题或删除内容。