ndiceIntroduccin3Objetivos3Estado del arte3Robots industriales3Tipo de robots industriales4rea de Trabajo de un Robot5Celdas robotizadas industriales6Celdas de soldadura6Celdas de ensamblaje6Celda de pintura7Fabricacin de tanques estacionarios7Definiciones especificadas en la norma7Clasificacin de tanques8Especificaciones de diseo9Empresas dedicadas a la venta de tanques estacionarios12Especifica tcnicas Cytsa13Especificaciones Meba14Especificaciones Armebe15Desarrollo16Organizacin modular16Seleccin y caractersticas del robot16Diagramas y reas de espacio de trabajo18Disposicin de los robots en la clula de trabajo19Sistema de Control de la Celda Robtica22Controladores de la Celda Robtica22Control Central23Efectores finales24Mdulo 1 efector para soladura24Mquina de soldadura (Fuente de potencia):24Equipamiento de soldadura para robot:25Antorcha de soldadura:26Antorcha para robot de brazo superior hueco:27Devanadora de hilo (arrastre de hilo):28Mdulo 2 efector para pintura29Mdulo 3 efector para ensamble33Ventajas35Informacin general35Descripcin de funcionamiento36Indicaciones generales de la serie36Especificaciones tcnicas37Conclusiones39Bibliografa40

IntroduccinEn el presente trabajo de investigacin se busca la implementacin de una celda robotizada para la fabricacin de un producto en especfico, en este caso es el ensamble de un tanque estacionario, este sistema se piensa implementar dentro de las instalaciones de la Unidad.El criterio que se tom para incorporar este sistema ser una celda robotizada que se compone de 3 mdulos diseados a partir de los tres robots que se encuentran dentro del CIM: dos robots antropomrficos de 6GDL marca Kawasaki Serie UX-120 y un robot antropomrfico de 6GDL Serie UX-150, un sistema de cadena transportador, mesa rotativa para soldado, un almacn de entrada a cadena transportadora y dos estaciones de suministro de piezas para los mdulos de soldado y colocacin de vlvulas y medidores. Objetivos Automatizar el proceso de fabricacin de un gas estacionario para uso domstico. Implementar clulas de trabajo robotizadas para la lnea de produccin Con la documentacin del estudio del proyecto se espera si implementacin y uso de la clula dentro de las instalaciones de la UnidadEstado del arteRobots industrialesLos robots son dispositivos mecnicos multifuncionales programables diseados para mover el material, piezas, herramientas o dispositivos especializados a travs de movimientos programados variables para llevar a cabo una variedad de las tareas[footnoteRef:1]. Un sistema de robot se compone de tres elementos: el operador humano, el robot industrial, y un sistema de comunicacin o interfaz humano-robot[footnoteRef:2]. [1: (Dhillon, 1991)] [2: (Graham,1991)]

Estn disponibles en una amplia gama de formas, tamaos y formas para llevar a cabo una variedad de funciones.El brazo robtico puede tener de uno a seis ejes de movimiento: Roll, Yaw, Pitch, la extensin del codo Elbow, plataforma giratoria del hombro Shoulder y barrido brazo Arm como se muestra en la figura 1. El nmero de ejes se refiere normalmente como el nmero de grados de libertad del robot. Los grados de libertad " se refieren a las direcciones de movimiento inherentes en el diseo de sistemas mecnicos de robot[footnoteRef:3]. Un brazo robtico puede ser impulsado por hidrulico, neumtica o energa elctrica. La forma se mueve el robot es controlado por sistemas computarizados[footnoteRef:4]. [3: (DOE, 1998)] [4: (RIA, 1999)]

Figura 1. Articulaciones de un robotEste modo de puntos de operacin en las caractersticas nicas de los robots en comparacin con otros dispositivos automatizados, abordando una confusin muy comn entre esos trminos. La diferencia entre los robots y mquinas automticas tradicionales son: 1) su flexibilidad espacial movimiento para un cambio rpido, y 2) su capacidad de programacin para llevar a cabo una amplia variedad de tareas complejas. Todo el movimiento de los robots necesita ser programado y registro de antemano para cada operacin que realizan.Tipo de robots industrialesLos robots industriales estn disponibles comercialmente en una amplia gama de tamaos, formas, y configuraciones. Estn diseados y fabricados con diferentes configuraciones de diseo y un nmero diferente de ejes o grados de libertad. Estos factores de diseo de un robot influir en su campo de trabajo (el volumen de trabajo o de alcanzar el espacio). Robots industriales tpicos hacen trabajos que son difciles, peligrosas o montonos. Levantan objetos pesados, realizan acciones de pintura, manejan productos qumicos, y llevan a cabo los trabajos de montaje. Llevan a cabo dichas operaciones sin errores asociados con la fatiga y por lo tanto son ideales para la realizacin repetitiva tareas. Las principales categoras de los robots industriales de estructura mecnica son:1. Robot cartesiano2. Robot cilndrico 3. Robot esfrico 4. Robot tipo SCARA5. robot articulado o antropomrficorea de Trabajo de un RobotEl rea de trabajo de un robot es una forma tridimensional que define los lmites que el manipulador de robot puede alcanzar, o el volumen de espacio que encierra la mxima de diseo cerca del robot manipulador incluyendo el efector final, la pieza de trabajo y el propio robot. Toda la interaccin entre el robot y otras mquinas, partes y procesos deben tener lugar en dentro de dicha rea de trabajo. Por el uso de dispositivo de limitacin, el rea de trabajo puede ser reducida o restringida. La envolvente de trabajo est influenciada por algunos de los factores de diseo del robot, tales como la configuracin, los ejes o grados de libertad. La base para la definicin de la envolvente del rea restringida es considerado por la distancia mxima que el robot es capaz de viajar fuera del dispositivo que se acciona. La envolvente de trabajo de un robot puede ser descrito de la siguiente manera:rea mxima: El volumen de espacio que abarca la mxima diseada los movimientos de todas las partes del robot, incluyendo el efector final, la pieza de trabajo y adjuntos.rea restringida: La parte de la dotacin mxima a la que un robot es restringida por dispositivos de limitacin. La distancia mxima que el robot puede viajar despus el dispositivo limitador se acciona define los lmites de la envolvente del rea restringida del robot.rea de funcionamiento: La parte de la dotacin restringido que se utiliza en realidad por el robot en el desempeo de los movimientos programados.Las reas descritas anteriormente se muestran debajo en la figura 2:

Figura 2. reas comprendidas en un robotCeldas robotizadas industrialesLos robots industriales trabajan clula es una estacin de trabajo que consta de al menos un robot y su controladores junto con la pieza de trabajo mecanismo de entrega / salida, en un entorno de seguridad controlada. El propsito de las clulas de trabajo es dar un servicio al robot con las piezas y los materiales de trabajo necesarios para que ste lleve a cabo su tarea y proporcionar seguridad a los trabajadores por contener con seguridad los equipos y sus procesos. La celda de trabajo del robot industrial puede contener ms de un robot de la realizacin de tareas y tambin puede haber ms de un transportador de si los objetos requieren dos partes de clasificacin o si se necesita para el montaje, etc.Algunos de los procesos ms comunes realizados dentro de una celda robotizada son:1. Soldadura2. Montaje/Ensamblaje3. Elegir y colocar (Pick and place)4. Pintura5. Paletizacin6. PlegadoCeldas de soldaduraClulas de soldadura son clulas de trabajo que se utilizan para soldar o partes de una articulacin entre s mediante robots industriales. Las piezas se utilizan para elaborar productos tales como puertas de automviles, chasis del coche, etc. El tipo de soldadura podra ser la soldadura por puntos, soldadura por arco, soldadura TIG, etc. Una instalacin de un completo celda de soldadura robtica automatizada se debe considerar si hay necesidades para acelerar el soldadura de salida de la produccin con menos trabajadores, menos lesiones relacionadas con el trabajo y con mayor consistencia. Celdas de soldadura robtica, son un tipo de manufactura celular, representan una estructura alternativa que busca reducir los tiempos de entrega de fabricacin, mejorar el costo del producto y la calidad. Tecnologa de celda de soldadura robtica ahora combina flexibilidad con alta soldadura la coherencia, la seguridad y la mejora de la productividad en una poderosa manera rentable.Celdas de ensamblajeLas clulas de ensamblaje son las clulas de trabajo utilizados para conectar las piezas juntas para producir productos tales como motor del coche, caja de cambios, tarjetas electrnicas, etc. para pequeas y grandes subconjuntos, una clula de ensamblaje robotizada reducir los tiempos de ciclo y reducir problemas de ergonoma.

Celda de pintura Las clulas de pintura son clulas de trabajo que se utilizan para pintar las piezas o productos. Robots de pintura industrial transformar la apariencia de aplicaciones, la consistencia y el rendimiento. Un sistema de robot de pintura aumenta el ahorro de material a travs de una mayor eficiencia en la aplicacin. La precisin de un sistema robtico genera ahorros de 20% a 30% en pintura u otros revestimientos[footnoteRef:5]. [5: Stubli (2014) http://www.staubli.com/es/robotics/brazos-roboticos/robots-especializados/robots-para-pintura/tx250-paint/]

Figura 3. Ejemplo de celda robotizadaFabricacin de tanques estacionariosPara la fabricacin de tanques estacionarios como ejemplo el mostrado en la figura 4, se disean a partir de la Norma Oficial Mexicana NOM-009-SESH-2011, Recipientes para contener Gas L.P., tipo no transportable. Especificaciones y mtodos de prueba[footnoteRef:6]. La cual marca puntos importante en el diseo que se consideraran para el proyecto de la celda robotizada. [6: http://www.dof.gob.mx/normasOficiales/]

Definiciones especificadas en la norma[footnoteRef:7] [7: Norma Oficial Mexicana NOM-009-SESH-2011]

Para este punto la norma contiene un gran conjunto de definiciones, para el proyecto se revisaron las que conciernen a la parte de fabricacin, como esfuerzos, capacidades, espesores normalizados y pruebas de calidad que realizan al terminar la produccin de los tanques. Gas L.P. o Gas Licuado de Petrleo:Combustible compuesto primordialmente por butano y propano. Capacidad nominal:Es el volumen interior de un recipiente. Eficiencia de junta soldada:Factor por el que hay que multiplicar el valor del esfuerzo mximo permisible del material utilizado para obtener el esfuerzo permisible de trabajo. Depende del tipo de junta soldada y del nivel del radiografiado. Esfuerzo de ruptura a la tensin:Es el valor de tensin en el cual el material falla por ruptura. Esfuerzo lmite de cedencia:Es el lmite elstico a partir del cual se inicia la deformacin permanente del material. Esfuerzo mximo permisible del material:Es el esfuerzo de cedencia del material del recipiente dividido por el factor de seguridad. Espesor de pared nominal:Es el espesor indicado en el certificado de calidad del material. Espesor mnimo de pared:Es el espesor calculado con las frmulas de esta Norma Oficial Mexicana, considerando nicamente la presin interna del recipiente sin contemplar el efecto de cargas externas ni la compensacin por corrosin. Imperfecciones de las soldaduras:Son deficiencias en los cordones de soldadura que consisten en grietas, porosidad, fusin incompleta, falta de penetracin e inclusin de escoria, las cuales se pueden detectar por inspeccin visual, radiografas, lquidos penetrantes, ultrasonido y partculas magnticas. Presin de diseo:Es la presin que soportara el recipiente en las condiciones extremas de operacin previstas durante su vida til, tomando como base el propano puro. Para los recipientes clasificados como Tipos A, B, C y D de esta Norma Oficial Mexicana, la presin de diseo debe ser como mnimo de 1.72 MPa (17.58 kgf/cm2). Para los recipientes clasificados como Tipo E, la presin de diseo debe estar en funcin de la temperatura mxima de almacenamiento del producto. Prueba hidrosttica:Prueba de presin para verificar la integridad del recipiente. Pruebas no destructivas:Mtodos para detectar imperfecciones en juntas soldadas mediante la aplicacin de radiacin nuclear, rayos gama o rayos X, lquidos penetrantes, ultrasonido o partculas magnticas. Temperatura de diseo:Aquella a la cual la presin de saturacin del propano corresponde con la presin de diseo del recipiente.Clasificacin de tanques Los recipientes para contener Gas L.P. a que se refiere esta Norma Oficial Mexicana, de acuerdo a su uso y capacidad, se clasifican en los tipos siguientes: Tipo A: Recipientes con capacidad nominal mayor a 5 000 y hasta 455 000 litros de agua, destinados a colocarse a la intemperie en plantas de distribucin, estaciones de Gas L.P. para carburacin e instalaciones de aprovechamiento. En el caso de los recipientes de forma esfrica, la capacidad mxima ser de 378 000 litros de agua. Tipo B: Recipientes destinados a colocarse a la intemperie en instalaciones de aprovechamiento y estaciones de Gas L.P. para carburacin, mismos que se dividen en, Tipo B1: Con capacidad nominal de 100 a 1 000 litros de agua, Tipo B2: Con capacidad nominal mayor a 1 000 y hasta 5 000 litros de agua. Tipo C: Recipientes con capacidad mxima de 300 litros, para utilizarse como depsitos de combustible para motores de combustin interna que carburan a Gas L.P., mismos que se dividen en: Tipo C1: Cuando los accesorios de control y seguridad se encuentran colocados en el cuerpo del recipiente; Tipo C2: Cuando los accesorios de control y seguridad se encuentran colocados en cualquiera de las cabezas del recipiente, y Tipo C3: Cuando los accesorios de control y seguridad se encuentren colocados tanto en el cuerpo como en cualquiera de las cabezas del recipiente. Tipo D: Recipientes con capacidad mxima de 55 000 litros de agua, para el transporte o distribucin de Gas L.P. en auto-tanques, remolques y semirremolques. Tipo E: Recipientes esfricos con capacidad mayor a 378 000 litros de agua para temperatura ambiente.Para proyecto se plantea solo el diseo de tanques Tipo B, para uso domstico con capacidad de nominal de 200L. Especificaciones de diseoForma Los recipientes deben tener cualquiera de las formas siguientes, en la figura 4 se muestran los tipos de cabezas de recipientes: Cuerpo cilndrico con cabezas semielipsoidales Cuerpo cilndrico con cabezas toriesfricas (capsulados) Cuerpo cilndrico con cabezas semiesfricas Forma esfrica

Figura 4. Forma de la cabeza de los recipientes

Espesor mnimo para los recipientes Tipo BEl espesor mnimo de la placa ya procesada y conformada del cuerpo y cabezas del recipiente debe ser el resultado obtenido de las frmulas para el clculo de espesor de pared indicadas en la tabla 1, pero en ningn caso puede ser menor a 4.18 mm para el cuerpo y 3.72 mm para las cabezas del recipiente.

Tabla 1. Especificaciones de aceros y paredes para recipientes tipo A, B, C y DBoquillasEl material utilizado debe cumplir con lo especificado en la Tabla 5 y puede ser fabricado por maquinado en barras slidas o bien por el proceso de forja. La forma de conexin de los accesorios a las boquillas puede ser a travs de un roscado del tipo cnico o bien de una conexin tipo brida, no permitindose el uso de tubo adaptado para estos fines.

Figura 5. Detalle de las boquillasSoldadura de coplesLos procesos de soldadura utilizados en la fabricacin de recipientes deben ser de fusin por arco elctrico con o sin proteccin de gas.La eficiencia de juntas soldadas permitidas para el cuerpo y cabezas del recipiente son las que se indican en la tabla 2.

Tabla 2. Eficiencia de junta soldada para soldadura de arco elctricoPreparacin de la soldaduraLas superficies que van a ser soldadas deben estar limpias de xidos y materias extraas, tales como escamas, polvo, escoria, grasas y pinturas. Cuando el metal de aporte se va a depositar sobre una superficie que haya sido previamente soldada, se debe remover la escoria para evitar la inclusin de impurezas en la soldadura.La forma y dimensiones de los extremos de las placas que se van a soldar deben permitir una fusin y penetracin completas. Las placas con espesor mayor de 13 mm deben tener bisel a un ngulo que garantice la penetracin total del material de aporte.Los procedimientos de soldadura empleados en la fabricacin de recipientes deben ser previamente calificados por medio de pruebas mecnicas. Asimismo, los soldadores y operadores de mquinas de soldar deben ser calificados conforme a estos procedimientos de soldadura. Dichas descripciones deben realizarse de acuerdo con lo especificado en la Norma MexicanaNMX-B-035-1987 simplificada en la tabla 3.

Tabla 3. Refuerzos de soldadura

Figura 6. Soldadura de coples y boquillasEmpresas dedicadas a la venta de tanques estacionariosDentro de este ramo se encontraron gran cantidad de empresas que fabrican este tipo de producto entre ellos se encuentran, Armebe, Meba y Cytsa. Consultando fichas tcnicas se muestran las especificaciones que siguen para la produccin de los tanques.Todos los diseos que se muestran se Diseados para cumplir los requerimientos de las Normas Oficiales Mexicanas, Cdigos de seguridad de Estados Unidos y Normas internacionales.A continuacin se muestran algunos datos que se tiene de cada empresa.

Especifica tcnicas Cytsa

Figura 7. Ficha tcnica Cytsa[footnoteRef:8] [8: http://azyco.com.mx/manuals/]

Especificaciones MebaPresin de diseo: 1,72 MPa (17.58 kg/cm2)Material de Cuerpo y Tapas: Acero SA-455, SA-414-G, SA-516-70Soldadura aplicada mediante Proceso de Arco SumergidoSoldadura radiografiada acorde con Nom-009 SESHTratamiento de superficie: limpieza alcalina y fosfatizadoAcabado: Pintura electrosttica en polvo, tipo polisterCon vlvulas de: Servicio, Seguridad, Llenado, Indicador de nivel y retorno de vapores en capacidades mayores de 500 LVlvula de seguridad calibrada a: 1,72 MPa (17,58 kg/cm2)Probados hidrostticamente a: 23 kg/cm2

Figura 8. Ficha tcnica Meba[footnoteRef:9] [9: http://meba.com.mx/productos-estacionario]

Especificaciones Armebe

Figura 8. Ficha tcnica Armebe[footnoteRef:10] [10: http://armebe.mx/productos/estacionarios]

DesarrolloOrganizacin modularDentro de la fabricacin de los tanques estacionarios se pretende implementar tres mdulos robotizados.Primer mdulo. En este mdulo la clula de trabajo har el proceso de soldadura donde se aplicar un cordn de soldadura en la lmina previamente rolada, posteriormente se soldarn las tapas que encierran al tanque. Para finalizar se sueldan los coples metlicos donde por otro mdulo se colocaran las conexiones.Segundo Mdulo. En este mdulo, se pintar el contenedor, usando un compresor. Mediante una pistola de pintura.Tercer mdulo. Se colocan los medidores (termmetro y manmetro) y las vlvulas de seguridad, vlvula de purga y de salida.

Figura 9. Procesos de la celda robotizadaSeleccin y caractersticas del robotPara la automatizacin de este proceso se desea implementar un robot para cada proceso, dicho robots sern robots de tipo antropomrfico de 6 grados de libertad marca Kawasaki modelo UX-120 y UX-150.Los robots antes mencionados, son considerados adecuados para trabajos de pintura, soldadura, orientacin y colocacin de material. Para ello se realiz una tabla con las especificaciones tcnicas de cada modelo.Los robots antes mencionados, son considerados adecuados para trabajos de pintura, soldadura, orientacin y colocacin de material. Para ello se realiz una tabla con las especificaciones tcnicas de cada modelo.Marca: KawasakiNombre del fabricante: Kawasaki Robotics, Inc.

Pas: USAModelo: UX-120

Tipo: Articulado

Aplicaciones principales: Soldadura por puntos, soldadura por arco, paletizacin, dispensacin, bastidores, manejo de materiales, mquina-herramienta, plegado, ensamble.

Grados de libertad (GDL)6

Rango de ejes y velocidad mxima:EjeRango de movimiento()Velocidad Mxima(/s)

BrazoJT1360120

JT2135120

JT3209120

MuecaJT4560150

JT5250150

JT6720240

Carga til (kg)120 (264 lb)

Par de mueca (kg-m)JT470

JT570

JT640

Momento de inercia mueca (kg-m-)JT45.0

JT55.0

JT62.8

Alcance Vertical (mm)3425 (135 in)

Alcance Horizontal (mm)2736 (108 in)

Repetibilidad(mm)0.5 (0.02 in)

Peso (kg)1400 (3080 lbs)

Tabla 4. Especificaciones generales Robot Serie UX-120.

Marca: KawasakiNombre del fabricante: Kawasaki Robotics, Inc.

Pas: USAModelo: UX-150

Tipo: Articulado

Aplicaciones principales: Soldadura por puntos, soldadura por arco, paletizacin, dispensacin, bastidores, manejo de materiales, mquina-herramienta, plegado, ensamble.

Grados de libertad (GDL)6

Rango de ejes y velocidad mxima:EjeRango de movimiento()Velocidad Mxima(/s)

BrazoJT1360100

JT2135100

JT3209100

MuecaJT4560125

JT5250125

JT6720200

Carga til (kg)150 (330 lb)

Par de mueca (kg-m)JT485

JT585

JT645

Momento de inercia mueca (kg-m-)JT47.3

JT57.3

JT63.2

Alcance Vertical (mm)3425 (135 in)

Alcance Horizontal (mm)2736 (108 in)

Repetibilidad(mm)0.5 (0.02 in)

Peso (kg)1500 (3300 lbs)

Tabla 5. Especificaciones generales Robot Serie UX-150.Diagramas y reas de espacio de trabajo

Figura 10. Dibujo del robot Kawasaki Serie UX

Figura 11. Diagramas de espacio de trabajo para robot Kawasaki Serie UX.Disposicin de los robots en la clula de trabajoMdulo 1. En este mdulo el robot tiene que realizar una trayectoria lineal a lo largo de las dimensiones del tanque, y trayectorias circulares para la soldadura de los coples. En este mdulo se necesita de la conjuncin de otro robot explicado en el mdulo tres cuya funcin es colocar el material para ser soldado. La disposicin del robot para la tarea de soldado ser en lnea.

Figura 12. Disposicin de los elementos activos y pasivos mdulo 1.Mdulo 1: Soldadura

Componentes ActivosComponentes Pasivos

Robot Kawasaki UX-150Transportador de cadena

Mesa RotativaPlanta de soldar

Robot Kawasaki UX-120Distribuidor de coples

Distribuidor y colocador de tapas

Mdulo 2. Para la tarea de aplicacin de pintura, el robot se coloca en lnea donde el riel mover el producto a pintar, el robot realizar trayectorias lineales y circulares.

Figura 13. Disposicin de los elementos activos y pasivos mdulo 2.Mdulo 2: Pintura

Componentes ActivosComponentes Pasivos

Robot Kawasaki UX-120Transportador de cadena

Compresor de aire

Cabina de pintura

Mdulo 3. En este mdulo, el robot a implementar cuenta con un riel desplazando el robot del mdulo 3 al 1, colocando el material en el mdulo 1 y regresar al mdulo 3 para la tarea de colocar los medidores y vlvulas mediante el giro del efector final.

Figura 14. Disposicin de los elementos activos y pasivos mdulo 3.Mdulo 3: Ensamblaje

Componentes ActivosComponentes Pasivos

Robot Kawasaki UX-120Transportador de cadena

Distribuidor de indicadores

Distribuidor de conectores

Riel de desplazamiento

Figura 15. La disposicin completa de la planta de distribucin.Sistema de Control de la Celda RobticaDentro de los requisitos de automatizacin de la celda robtica es necesario considerar el sistema de control, que tanto de forma general como a la hora de la sincronizacin entre los robots ser efectuado.Controladores de la Celda RobticaEn los controladores implica considerar el funcionamiento en particular de cada robot con sus botoneras (control individual) y en conjunto con los dems robots (control general) para su correcta sincronizacin. En general, los controladores individuales se basan en el mismo principio que utilizan todos los robots, aun de diferentes modelos de la marca, trabajando con las mismas posibilidades y lo ms importante, con el mismo lenguaje de programacin. En cuanto al control general se propone utilizar PLCs que hagan posible interactuar de manera eficiente. Tanto los modelos UX120 como UX150 contienen entradas y salidas donde es posible conectar estos PLCs sin complicaciones. Los PLCs hacen posible la programacin de las tareas de la celda robtica controlando as la sincronizacin entre los robots y de los diferentes procesos que se ejecuten en este ambiente industrial.Control CentralEl corazn del controlador se propone como una CPU que permita la ejecucin mltiple de programas multitarea, es decir, mientras la celda est en funcionamiento pueda recibir datos, activar y desactivar entradas y salidas, hacer clculos, etc. Caractersticas bsicas del CPU: Software de Control robusto y de fcil integracin Entradas y Salidas Externas Interfaz RS232 Comunicacin de Red Ethernet*Estas caractersticas suponen el uso de una red Ethernet para su comunicacin.

Figura16. Red de control de la celda robotizadaEfectores finalesMdulo 1 efector para soladuraMquina de soldadura (Fuente de potencia):La fuente de potencia, comnmente conocida como mquina de soldadura, es la que se encarga de entregar la diferencia de potencial con la corriente necesaria entre el electrodo y la pieza, para realizar el soldeo. En la soldadura por arco, la fuente de potencia se encarga de controlar en todo momento los parmetros necesarios para que la soldadura sea correcta.En nuestro mercado se encuentran diversos distribuidores de las principales firmas del mercado global.

Las fuentes de potencia para la soldadura por arco han sufrido una gran evolucin en los ltimos aos. stas han pasado a controlar internamente en la actualidad mltiples factores de la soldadura, como corriente, tensin, altura de arco, velocidad de hilo de aportacin, etctera. Las fuentes de potencia para soldadura al arco, surgieron con el fin de controlar la tensin y la intensidad durante la soldadura, y para ello se empleaban transformadores de alta reactancia. La ventaja de una fuente de este tipo, es que su manejo es sencillo y el mantenimiento del equipo es mnimo. Por el contrario, estos equipos son de gran tamao y pesados, con un alto componente de energa reactiva, el ajuste de la potencia es mecnico y adems solo se puede soldar en corriente alterna, con lo que no es posible el soldeo de todos los tipos de electrodos. En una segunda etapa, las fuentes de potencia evolucionaron a fuentes de potencia controladas por tiristores. Con este tipo de fuente de potencia es posible soldar con corriente continua, con lo que es posible soldar diversos tipos de materiales metlicos ya que se pueden soldar todos los tipos de electrodos y es ms sencilla de controlar, incluso remotamente. Este tipo de fuentes de potencia es el que se empleaba en los ltimos aos en clulas de soldadura por arco robotizadas.Actualmente las fuentes de potencia para la soldadura por arco, emplean la tecnologa inverter en sus equipos. Esta tecnologa permite tener una gran eficiencia, bajo consumo, menor peso y tamao, y una gran soldabilidad. A fuente de potencia, se divide en tres partes esenciales que en general se presentan de forma similar en los distintos fabricantes de mquinas de soldar.

La fuente de potencia, se divide en tres partes esenciales que en general se presentan de forma similar en los distintos fabricantes de mquinas de soldar.

Equipamiento de soldadura para robot:

Adems de la fuente de potencia para la soldadura al arco, se utiliza un equipamiento especfico para el robot. Este equipamiento est formado por distintos elementos que son necesarios para realizar la soldadura con el robot, compuesto por una antorcha de soldadura, un sistema de anticolisin, un paquete energtico, una devanadora de hilo, una sirga para guiar el hilo, y un bobin-holder para sostener la bobina de hilo o algn otro sistema similar.

Adems de este equipamiento bsico, tambin se emplean algunos equipos opcionales y de uso comn, para realizar la limpieza de la boquilla de la antorcha.

Un sistema de auto-calibracin de la antorcha es tambin un sistema utilizado.

Antorcha de soldadura:La antorcha de soldadura es el elemento terminal del equipamiento de soldadura para robot. Dependiendo de qu materiales y que espesores se desean soldar, as como la potencia necesaria para soldar y el tipo de robot que se desea emplear en la clula de soldadura, se debe escoger correctamente el tipo de antorcha que es necesaria para la aplicacin, ya que existen distintos tipos de antorcha. Estos tipos de antorcha van desde antorchas para robot antropomrfico de seis ejes estndar, hasta las nuevas generaciones de robots con brazo superior hueco, para el cual, la mayora de fabricantes de antorchas de soldadura, ya fabrican antorchas adecuadas a este nuevo sistema.

Tambin es importante el sistema de refrigeracin de las antorchas, que puede ser por aire o bien por agua. La parte final de la antorcha, se denomina como cuello de antorcha, este cuello est formado por distintas piezas, como la boquilla, por donde sale el hilo, el

El cuello de antorcha es fundamental en el proceso de soldadura ya que se encuentra en contacto directo con el bao de fusin durante todo el proceso. Por esta razn debe dimensionarse correctamente dependiendo de los materiales a soldar y sus caractersticas, acero, inoxidable, aluminio, tipo de gas, espesores a soldar, rendimientos etc.

En antorchas refrigeradas por agua, sta llega hasta el portatubo de contacto para refrigerar lo ms cerca posible de la punta de contacto.En las antorchas refrigeradas por aire, es el gas de soldadura el que adems de proteger refrigera el cuello. El gas de proteccin fluye alrededor de la punta de contacto con el fin de proteger el bao de fusin, que es el material fundido que al enfriarse crea la soldadura.Por la antorcha se transporta el hilo guiado por la sirga hasta la punta de contacto. El tubo de contacto normalmente fabricado en CuCrZr, es la parte ms prxima al bao de fusin, se fabrica en este componente por su mayor durabilidad y resistencia a altas temperaturas

Antorcha estndar refrigerada por aire:Las antorchas de soldadura estndar refrigeradas por aire, para su instalacin, necesitan un acoplamiento mecnico que va acoplado al anticolisin, y hace que el paquete energtico vaya por el exterior del cuerpo del robot.

Este tipo de antorcha de soldadura, es capaz de realizar soldaduras de hasta 500 A de intensidad con CO2 y hasta 400 A con mezcla de gases de soldadura.Existen numerosos modelos de antorcha refrigerados por aire, siendo las que pueden trabajar entre 250 A y 350 A de corriente las ms comunes.

Se consigue refrigerar la antorcha de soldadura mediante el paso de aire a travs del cuerpo de la antorcha, y es expulsado al exterior por la tobera.

Antorcha para robot de brazo superior hueco:Para los robots de brazo hueco superior, existen tambin antorchas de soldadura refrigeradas por aire o bien por agua, con caractersticas similares a las antorchas estndar.La principal caracterstica de este tipo de antorcha, es que no se le tiene que mecanizar un acoplamiento desde el anti-colisin hasta el cuello de la antorcha, puesto que ambos van unidos de modo que el grupo formado por el anti-colisin y la antorcha, es una prolongacin del eje seis del robot.

La posibilidad de disponer de este tipo de antorcha, permite tambin que los cuellos hayan evolucionado a nuevas formas que en las antorchas estndar no existan. Estas nuevas formas, son especialmente diseadas para este tipo de antorchas y permiten una manejabilidad mayor, sobretodo en piezas en las que hay que hacer cordones circulares. Este tipo de antorcha de soldadura es conocida como antorcha cuello de cisne.

Devanadora de hilo (arrastre de hilo):La devanadora de hilo para soldadura por arco con robot, es un dispositivo que consiste en unos rodillos que hacen avanzar o retroceder el hilo de soldadura segn se precise. El motor de la devanadora est controlado por la mquina de soldar, y la velocidad de avance del hilo es variable, segn la potencia a la que se suelda, el espesor de chapa, y otros parmetros que la mquina de soldar calcula para su correcto funcionamiento.

La devanadora interviene como interfaz fsico entre la fuente de potencia y la antorcha de soldadura y va embarcada en la parte superior del robot. Por su parte posterior, se conectan las mangueras de agua, la gua de hilo, los tubos de gas, y los cables para seales de anticolisin, as como la alimentacin para el motor de los rodillos de avance. Por la parte anterior, todos estos elementos, son agrupados en el paquete energtico anteriormente explicado.

Mdulo 2 efector para pinturaPrimeramente para poder determinar el tipo de herramienta que utilizar el robot hay que conocer el tipo de pintura con la que ser pintado el tanque de gas estacionario.

Los recipientes Tipo B (con capacidad nominal de 100 a 1 000 litros) deben presentar una superficie uniforme, exenta de abolladuras, pliegues, grietas o rebabas y cubrirse de color blanco en su superficie exterior con una capa de recubrimiento anticorrosivo (pintura) en polvo horneable.

A continuacin se muestra una imagen en la que se observan algunos tanques de gas estacionarios terminados.La herramienta a implementar en el robot de este mdulo ser una pistola de pulverizacin con aire automtico de la empresa GRACO identificada como AirPro EFX, mismo que a continuacin se describe detalladamente.

Cabe destacar que la seleccin de esta herramienta se realiz con base a la tarea que desempear el robot en ese mdulo, la cual es pintar el exterior del tanque de gas estacionario. Para ello en las hojas de la AirPro EFX proporcionan una tabla en donde se menciona para qu tipos de aplicaciones en la industria se recomienda utilizar esta herramienta, a continuacin se enlistan algunas de estas aplicaciones: Cabinas de pintura Automotive Electronics Electrnica de consumo Acabado de muebles Acabado de metales Fabricacin de equipo pesadoEn la lista anterior podemos apreciar que el modelo seleccionado AirPro EFX puede cumplir las tareas de acabado de metales por lo que puede funcionar para este mdulo.Adems de que el fabricante proporciona unas imgenes de ejemplos de aplicacin, mismas que se muestran a continuacin. Los cabezales de aire y las boquillas brindan un rendimiento de pulverizacin superior y precisa. Ajuste de fluido preciso con un interruptor telescpico de micrmetros. Componentes de alta resistencia al desgaste diseados para materiales abrasivos. Excelente estabilidad y repetibilidad del caudal de fluido. Pistola compacta y ligera.

Diagrama seccional

Para la implementacin de la herramienta AirPro EFX, se necesitar de una fuente de aire comprimido la cual ser proporcionada por un dosificador modelo ProMix 2KE, sus caractersticas se muestran a continuacin:

Dosificador ProMix 2KE

Caractersticas tcnicas

Este equipo cuenta con las caractersticas necesarias para funcionar en conjuncin con la AirPro EFX, y dado que el robot que va a ser utilizado para realizar la aplicacin de la pintura al tanque de gas (robot Kawasaki UX120), no fue diseado para ejecutar este tipo de aplicacin se requiere de una funda de proteccin contra incendios para prevenir posibles accidentes y daos al robot.Mdulo 3 efector para ensambleInicialmente para poder determinar el efector final de sujecin del robot hay que conocer las piezas que ste manipular para su colocacin y fijacin en el tanque estacionario.Cabe destacar que dichos aditamentos pueden variar en sus dimensiones de acuerdo a la capacidad del tanque, sin embargo stos tendrn la misma funcin.Los aditamentos que pueden encontrarse en un tanque estacionario, principalmente son: Medidor de gas. Vlvula de seguridad. Vlvula de llenado. Vlvula de mximo llenado. Vlvula de servicio. Regulador de presin.A continuacin se muestra una imagen en la que se observan dichos aditamentos y una breve descripcin de funcionamiento.

El efector final a implementar en el robot de este mdulo ser un mecanismo de sujecin o agarre de la empresa SCHUNK identificado como Pinza central de 3 garras universal con nmero de serie PZN-plus 100, mismo que a continuacin se describe detalladamente.

Cabe destacar que la seleccin de este dispositivo de sujecin se realiz con base a la tarea que desempear el robot en ese mdulo, la cual es manipular y colocar accesorios propios del tanque estacionario. Para ello en las hojas de especificaciones de la Pinza central de 3 garras universal proporcionan una tabla en donde se menciona para qu tipos de aplicaciones se recomienda utilizar este dispositivo, dicha tabla es la siguiente.En la tabla anterior podemos apreciar que el modelo seleccionado PZN-plus puede cumplir las tareas de montaje de dispositivos, equipamiento de piezas y alimentacin de material por lo que puede funcionar para este mdulo.Adems de que el fabricante proporciona una imagen de un ejemplo de aplicacin, misma que se muestra a continuacin. Herramienta de ensamblado para el montaje de ejes pequeos y medianos. Gracias al paso giratorio, los ejes pueden girarse varias veces de forma ilimitada (> 360) durante el proceso de montaje. Los contactos de anillo rozante y los pasos de aire integrados en el paso giratorio garantizan la alimentacin segura de la pinza con energa.

Pinza central universal con gran fuerza de agarre y elevada absorcin de momentos gracias a su gua deslizante de dentado mltiple.

Aplicacin universal incluso en reas en las que la pinza debe satisfacer requisitos especiales: temperatura, resistencia qumica, suciedad, etc.Ventajas Robusta gua deslizante de dentado mltiple. Para una manipulacin precisa. Posible absorcin de momentos elevados. Apropiada para el empleo de dedos prensores largos. Principio de gancho en cua. Para una elevada transmisin de fuerza y agarre sincronizado. Suministro de energa a travs de conexin directa sin manguera o a travs de conexiones roscadas. Para el suministro neumtico flexible en cualquier sistema de automatizacin. Amplia gama de accesorios de sensor. Para numerosas tareas de deteccin y supervisin de la posicin de carrera.

Informacin generalPrincipio de funcionamiento. Cinemtica de gancho en cua.Material de la carcasa. Aleacin de aluminio, anodizado duroMaterial de las mordazas bsicas. Acero, templadoAccionamiento. Neumtico, a travs de aire comprimido filtrado (10 m): en seco, con o sin lubricacin de aceite. Medio neumtico: Clase de calidad requerida para el aire comprimido segn DIN ISO 8573-1: Clase de calidad 4.Descripcin de funcionamientoEl aire comprimido empuja el pistn hacia arriba o hacia abajo. A travs de sus superficies activas inclinadas, el gancho en cua convierte este movimiento en movimientos de agarre central y sincrnico de las tres mordazas bsicas.

Indicaciones generales de la serieFuerza de agarre. Es la suma aritmtica de las fuerzas de agarre que actan en cada mordaza, en la distancia medida a partir del borde superior de la pinza.Longitud de las garras. La longitud de las garras se mide a partir del borde superior de la carcasa de la pinza en la direccin del eje principal.Repetibilidad. Se define como la dispersin de la posicin final en 100 ciclos sucesivos.Peso de la pieza. El peso recomendado de la pieza se calcula, en la unin por arrastre de fuerza, con un coeficiente de rozamiento de 0,1, un factor de seguridad de 2 contra el deslizamiento de la pieza y la aceleracin de la gravedad. Tiempos de cierre y apertura. Los tiempos de cierre y apertura representan los tiempos de movimiento de las mordazas o garras. Los tiempos de conmutacin de las vlvulas, los tiempos de llenado de las mangueras o los tiempos de reaccin PLC no estn incluidos y deben tomarse en consideracin para el clculo de los tiempos de ciclo.

Especificaciones tcnicas

Figura. Datos tcnicos

ConclusionesRodrguez Gonzlez Salvador. Es muy importante hacer un anlisis de requerimientos y de funciones para la construccin de un sistema robotizado ya que estos nos permiten determinar la forma o distribucin del sistema as como los componentes adecuados para la realizacin de la tarea a desempear. Adems, una buena planificacin de un sistema robotizado puede reducir costos en su construccin debido a que se tiene claro cmo es que se ensamblar y qu elementos la integrarn con esto evitamos que posteriormente nuestros dispositivos fallen por no ser los adecuados o peor an, que ni siquiera sirvan para la tarea que se tena contemplada que realizara.Roque Garca Carlos G.Una clula robotizada principalmente debe contar con un buen diseo de layout, como vimos a lo largo de este trabajo el diseo de layout corresponde con los elementos pasivos y los elementos activos. Por lo que una seleccin detallada de los elementos nos ayudar a que la implementacin de la clula sea lo ms eficiente posible y una considerada distribucin de planta, para minimizar costos.Otro punto a considerar son los requerimientos del producto, conocer los procesos necesarios para la fabricacin del producto (cortado, ensamble, manufacturado, paletizado, pintura, etc) y as evaluar si requiere o no de un brazo robtico para dicho trabajo.Hernndez Lpez Francisco JavierPara la implementacin de la clula se consideraron una gran cantidad de aspectos que van desde el producto a fabricar como la disposicin y configuracin de los robots a implementar, parte de nuestra investigacin nos dio que los robots que se encuentran dentro del CIM, si pueden realizar las tareas que se definieron para la celda (soldadura, pintura y ensamblaje).Otra parte muy importante que tenamos que considerar, fueron los elementos pasivos ya que la cantidad de estos nos marc un gran requerimiento al distribuir la planta. Finalmente los efectores finales a utilizar son muy comunes en la industria por lo que no se nos dificulto encontrar especificaciones tcnicas.ConclusinFrancisco Daniel Santander PrezPara hacer posible la implementacin de una clula robtica percib que es indispensable partir desde una metodologa que haga propicia la buena organizacin del sistema. A medida que nos fuimos profundizando en la investigacin de las caractersticas de los robots a utilizar, sus condiciones de operacin, el espacio de trabajo y hasta los detalles del efector final en cada robot nos dimos cuenta que es necesario considerar aspectos como que a simple vista no son tan fciles de detectar, como la factibilidad. En el caso de la aplicacin que le queremos dar, consideramos importante involucrar especificaciones detalladas de diseo (especificaciones de las herramientas a utilizar) y de operacin que nos dieron confianza a la hora de clarificar la forma de implementacin de la clula.

Bibliografa Introduction to Robotics in CIM Systems, James A. Rehg. Robot Modelling and Control - Spong, Hutchinson, Vidyasagar2 Fundamentos de Robtica, Barrientos http://www.mx.schunk.com/schunk/index.html?country=MEX.. http://www.kawasakirobotics.com/srchdatabase/sessearch.cgi?ae=%C3%9F&q=power+source&op=and