La calibración basada en láser de alta precisión absoluta para robots industriales

Rickard Lindhé
periodista independiente
01/12/2005
ABB Robotics, principal fabricante de robots industriales, utiliza los sistemas Láser Tracker de Leica, en una aplicación pionera en la industria, para garantizar precisión en los movimientos durante un innovador proceso de calibración.
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ABB, con sede en Västerås, Suecia, es un pionero entre los fabricantes de robots en lo referente al uso de las tecnologías de medición por láser para garantizar la precisión de los robots. ABB, con una base de 125.000 robots instalados, destaca como la mayor firma en automatización industrial. Y los equipos de Leica Geosystems son cruciales para implementar un método único de calibración que ofrece al cliente total precisión en el posicionamiento del robot a lo largo de todo el ciclo de vida útil del mismo.

Este método, denominado ‘Precisión absoluta ABB’, transforma un robot estándar en uno de precisión aplicando un sistema controlado por software de corrección de los errores que surgen en el uso normal de los equipos, debidos a sobrecargas, cinemática y dinámica.

Un robot industrial verdaderamente bueno es aquel que mantiene la precisión a lo largo de todo su ciclo vital, incluyendo la instalación en fábrica, la potencia del motor, el reagrupamiento de soportes y todo aquello que pueda experimentar un robot,” explica Peter Fixell, product manager responsable de calibración y control de calidad de ABB en Västerås. “La diferencia de precisión en un ‘robot ideal’ virtual y un robot real suele ser de unos 8.15 mm. La diferencia nace de las tolerancias mecánicas y de la carga. Con ‘Precisión absoluta’, reducimos este margen a una media de 0,5 mm,” concluye Peter Fixell.

ABB posee dos células de trabajo para calibración de robots, cada una de ellas de 10 x 10 metros. El Láser Tracker de Leica se ha instalado entre ambas. El operador controla la fase de mediciones desde un PC situado de tal forma que le permite tener una perspectiva completa de ambas células. Mientras él mide un robot en una célula, sus colegas pueden aprovechar el tiempo montando o dando salida a un robot en la otra. Una vez medidos y calibrados los robots, se embalan y ya están listos para entregar al cliente.

Un sueño hecho relidad

El método de ‘Precisión absoluta de ABB’ elimina las diferencias entre la precisión del robot virtual del sistema de CAD y el trabajo realizado por un robot real en fábrica.

El robot recibe instrucciones para moverse hasta 100 puntos localizados por coordenadas, dentro del área de trabajo. El Láser Tracker de Leica se encarga de determinar las posiciones reales. A continuación se comparan las posiciones teóricas y reales y ABB crea un conjunto de parámetros compensatorios que corrigen el posicionamiento del robot y, por consiguiente, sus movimientos. Estos parámetros tienen en cuenta tanto las imperfecciones mecánicas del patrón de movimientos como las curvas o distorsiones negativas provocadas por las cargas.

Para las empresas que utilizan el robot, ‘Precisión absoluta’ significa que pueden instalarlo y ponerlo en funcionamiento directamente, con el más alto grado posible de precisión. Se utiliza la misma configuración de útiles a lo largo de todos los procesos, desde calibración y verificación hasta instalación, operación y mantenimiento. Los softwares de ABB CalibWare, Calibration Pendulum y los algoritmos del sistema operativo (ver más abajo), son los mismos en ABB y en las instalaciones del cliente, lo que básicamente reduce el riesgo de incompatibilidad a cero.

Para aquellas empresas que utilizan un único robot, esto implica que su robot mantendrá un nivel de precisión elevado y consistente año tras año,” prosigue Peter Fixell. “La compañía puede descargar con toda facilidad nuevos programas simulados con los que el robot puede trabajar sin necesidad de correcciones.”

En casa y fuera

Para ABB es esencial ayudar a sus clientes a entregar una producción robotizada con los mínimos retrasos. Por esta razón, Peter Fixell y su equipo también ofrecen calibración con ‘Precisión absoluta’ en las propias instalaciones del cliente.

Los clientes que invierten en robots sin ‘Precisión absoluta’ no deben pensar que se encuentran en un callejón sin salida,” prosigue. “Contamos con equipos que nos permiten calibrar eficazmente los robots en el propio local del cliente.”

Se necesita un equipo de medición que facilite los datos en (x, y, z), para que se pueda importar a nuestro útil de calibración CalibWare. Para realizar mediciones en el local del cliente, utilizamos una Laser Station de Leica (TDA 5005). Es más ligera de transportar que el Láser Tracker (LTD 500), que es el modelo que utilizamos en nuestra planta de producción.”

Con una Laser Station en una mano y el trípode en la otra, para un ingeniero de ABB es fácil moverse por cualquier entorno de producción de nuestros clientes. Al funcionar con baterías, el sistema goza de gran flexibilidad; apenas se necesitan unos minutos para ponerlo en funcionamiento. Medir una posición lleva entre 3 y 5 segundos, con una precisión de 0,2 – 0,3 mm.

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Hablando el mismo idioma

Con independencia de si se realiza la medición en ABB, con el Láser Tracker de Leica, o en el local del cliente, con una Laser Station de Leica, la medición es compatible, los datos se exportan a CalibWare de ABB y se introducen en el entorno de desarrollo y simulación Robot Studio. De esta forma se simula y visualiza la célula del robot y donde se generan las 100 coordenadas de localización para calibración, en el área de trabajo del robot. Los parámetros de compensación del robot, exclusivos para cada robot, se calculan en base a estos puntos de localización, que se integran con los sistemas operativos del robot. Se vuelve a verificar el rendimiento realizando chequeos en 50 nuevas localizaciones, en las que la precisión del posicionamiento de Robot Tool Centre Point es fija. A continuación, se emite un ticket de certificación.

CalibWare garantiza la consistencia entre los entornos de producción de ABB y del cliente y genera una check-list de sencillas instrucciones de calibración y un menú de precisión que relaciona las mediciones de mantenimiento del cliente con el nivel fijo de precisión.

Resumen del método “Precisión absoluta”

Precisión absoluta (‘Absolute Accuracy’) es un procedimiento destinado a garantizar que un robot conservará su precisión a lo largo de todo su ciclo vital. El método resuelve la diferencia entre la precisión de un robot virtual en un sistema CAD y el trabajo que realiza un robot real en la planta de producción. Con los equipos de medición de Leica, se establecen parámetros de compensación que corrige el posicionamiento y los movimientos del robot. Estos parámetros tienen en cuenta tanto las imperfecciones mecánicas en el patrón de movimientos como las curvaturas negativas causadas por las cargas.

Para la empresa que utiliza el robot, ‘Precisión absoluta’ significa que puede instalar y poner en marcha un robot directamente, con el más alto grado posible de precisión. También resulta muy sencillo actualizar ‘in situ’ sus robots ya existentes para introducir el método ‘Precisión absoluta’. Se utiliza la misma configuración de útiles en todos los procesos, desde la calibración y la verificación en la planta de ABB en Västerås hasta la instalación, operación y mantenimiento. Tanto en ABB como en la fábrica del cliente se utiliza el mismo software de ABB: CalibWare, Calibration Pendulum y los algorritmos del sistema operativo, reduciendo a cero el riesgo de incompatibilidad.

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