ANEXO 1

Formato Proyectos Tecnolgicos

UNIVERSIDAD DISTRITAL

Francisco Jos de Caldas

Facultad Tecnolgica

Formato para Propuesta de Proyecto de Grado de Tecnologa, Ingeniera en Control Electrnico e Instrumentacin e Ingeniera en Telecomunicaciones

TITULO PROPUESTA

ESTUDIO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA APLICACIN DE SOLDADURA G.M.A.W (GAS METAL ARC WELDING) EN LA EMPRESA B Y V ESTRUCTURAS LTDA

PROPONENTES

PAUL FERNANDEZ RAMIREZ

CODIGO: 20021083011

JUAN PABLO RUBIANO GUAVITA

Cd.: 20021083043

DIRECTOR

ING. M. SC

REFERENCIA AL CONSEJO

El objetivo de este proyecto es el disear e implementar un sistema automatizado para la aplicacin de soldadura G.M.A.W. en la empresa B Y V ESTRUCTURAS METALICAS LTDA.

El sistema permitir la programacin por parte del operario de las diferentes tcnicas de aplicacin de este proceso de soldadura, siempre teniendo de presente especificaciones tales como el tipo de material a soldar, espesor, dimetro del alambre de soldadura y gas de proteccin. El sistema integrar un equipo de soldadura MIG/MAG marca Cebora y un robot industrial marca Kuka con seis grados de libertad.

DATOS DE ENLACE

PAUL FERNANDEZ RAMIREZE-mail: pulfernandez@hotmail.comTelfonos: 311 441 79 63JUAN PABLO RUBIANO G. E-mail: jp_rubiano@hotmail.com Telfono: 7689498, 300 2860697

VERSIN DEL DOCUMENTO: 1

CODIGO DEL DOCUMENTO:

Aprobado______ Modificado______ Rechazado______

1. INFORMACIN GENERAL DEL PROYECTO

Ttulo: ESTUDIO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA APLICACIN DE SOLDADURA G.M.A.W (GAS METAL ARC WELDING) EN LA EMPRESA B Y V ESTRUCTURAS LTDA.

Estudiantes Proponentes: Paul Fernndez Ramrez

Juan Pablo Rubiano Guavita

Total de Estudiantes (nmero): 02

Lnea de Investigacin: Automatizacin Industrial

Representante Legal: Julio Cesar Valencia

Tipo de Entidad: TECNO TORCH TIP LTDA

Universidad Pblica: Universidad Privada:Instituto de Investigacin Pblico:

Centro de Investigacin Privado:Organizaciones Gubernamentales: ONG:

Empresa, Centro Empresarial o Gremio de la Produccin: X

Direccin: Carrera 46 40-11 Medelln

Telfono: 2 61 01 27

Fax: 2 62 01 28

Correo Electrnico: www.tecnotorchtip.com

Sede de la Entidad:

Nit: 811019725-7

Ciudad: Medelln

Departamento: Antioquia

Tipo de contribuyente:

Entidad de derecho pblico

Entidad de economa mixta X Entidad industrial y comercial del estado

Lugar de Ejecucin del Proyecto: B Y V ESTRUCTURAS LTDA

Ciudad: FUNZA

Departamento: Cundinamarca

Duracin del Proyecto (meses): 6 meses

Tipo de Proyecto: solucin tecnolgicaInvestigacin Bsica:

Investigacin Aplicada:

Desarrollo Tecnolgico o Experimental:

Valor del proyecto: $ 160.000.000

Descriptores / Palabras claves: robot, fuente de soldadura, soldadura G.M.A.W

Observaciones: Este proyecto en su totalidad ser financiado por la empresa B Y V ESTRUTURAS LTDA2. RESUMEN EJECUTIVO

Dentro de la industria de la construccin, ha tomado especial auge la inclusin de estructuras metlicas en la fabricacin de puentes, edificios, cubiertas, entre otros. En estos nuevos sistemas de construccin, la soldadura juega un papel preponderante, ya que de la calidad de la misma depender la seguridad y bienestar de los usuarios de estas construcciones; de igual forma, el incremento de la productividad asegurar la competitividad y el liderazgo de la compaa. Por ello se hace necesario modificar el mtodo actual de soldadura dentro de B Y V ESTRUCTURAS ya que la empresa hoy por hoy asume contratos de gran magnitud donde se evidencia que la capacidad instalada actual se hace insuficiente para satisfacer los compromisos adquiridos.

De acuerdo al estudio interno de la divisin de ingeniera de mtodos de la compaa, se determino la necesidad de invertir en un sistema automtico de aplicacin de soldadura G.M.A.W., que optimice el mtodo actual, que es realizado en forma manual, no garantiza uniformidad, tiempos de entrega oportuna(rendimiento reducido) y optima calidad del producto terminado, por lo tanto B Y V ESTRUCTURAS solicita a TECNO TORCH TIP LTDA la asesora en el rediseo e implementacin de un sistema automtico de aplicacin de soldadura G.M.A.W.

Para la elaboracin de este proyecto se requiere un presupuesto de $160.000.000, que ser aportado en su totalidad por la compaa B Y V ESTRUCTURAS (equipo de soldadura MIG/MAG, robot industrial e infraestructura),los proponentes(recurso humano y bibliografa) y TECNO TORCH TIP LTDA aportarn (bibliografa, computadores).

3. DESCRIPCIN DEL PROYECTO

3.1 Planteamiento del Problema3.1.1 Descripcin:Actualmente las diferentes estructuras que fabrica la compaa B Y V ESTRUCTURAS, son soldadas mediante el proceso G.M.A.W, que es realizado en forma manual por operarios; como resultado el proceso de soldadura y el producto terminado presentan no conformidades tales como:

Falta de homogeneidad en los cordones de soldadura.

Porosidad en la soldadura.

Falta de penetracin de la soldadura.

Necesidad de reproceso en varias piezas, puesto que una soldadura defectuosa implica un riesgo de seguridad muy alto, se hace necesario retirar la soldadura y volverla a aplicar, a fin de garantizar la calidad de la misma en detrimento de los tiempos de entrega oportuna.

Actualmente existe una dependencia total en el soldador (estabilidad de pulso del soldador, obligatoriedad de descansos frecuentes durante una jornada de trabajo), para realizar el proceso de aplicacin de la soldadura G.M.A.W.

Estas inconformidades se presentan debido a que la soldadura es aplicada por operarios que en su mayora tienen escasa capacitacin y basan su conocimiento en la experiencia previa, sin seguir las normas tcnicas (AWS, ASTM, API).

TECNO TORCH TIP LTDA como empresa de asesora industrial brindara a B Y V ESTRUCTURAS el servicio de diseo e implementacin del sistema de aplicacin de soldadura G.M.A.W., el cual se trabajar por medio de una pasanta.

3.1.2 Formulacin Una manera de solventar esta serie de inconformidades y de mantener el liderazgo de la compaa B Y V ESTRUCTURAS en su campo de trabajo y tal como lo determino su divisin de ingeniera de mtodos, consiste en automatizar el proceso de soldadura de las estructuras. Por lo tanto se plantea el diseo e implementacin de un sistema automtico para la aplicacin del proceso de soldadura G.M.A.W, que integre un robot industrial con un equipo de soldadura, en donde se programe las diferentes tcnicas de aplicacin del proceso de soldadura, teniendo en cuenta especificaciones como tipo de material a soldar, espesor, dimetro del alambre de soldadura y gas de proteccin, los cuales son determinantes para garantizar un soldadura de alta calidad.

3.2 Impacto esperado 3.2.1 SocialAutomatizando el proceso de soldadura en la compaa, se podr asegurar la calidad y confiabilidad de las estructuras, las cuales deben brindar seguridad y bienestar a sus usuarios; adicional a esto el impacto de las enfermedades profesionales (visuales, pulmonares y de estrs) de los soldadores se reducir considerablemente, mejorando indirectamente la calidad de vida de sus familias.

3.2.2 EconmicoLa compaa B Y V ESTRUCTURAS se beneficiar al tener a su alcance un proceso automatizado que le permita incrementar su productividad, mejorar la calidad de las estructuras que fabrica y reorganizacin de la mano de obra calificada, asegurando utilidades para sus accionistas.

3.2.3 TecnolgicoLa apropiacin de bienes de capital de ltima tecnologa (soldadura robotizada) permitir la renovacin y mejora del equipo de produccin actualmente existente en B Y V ESTRUCTURAS, dando la posibilidad a la misma de aadir valor agregado al producto terminado, sin necesidad de incurrir en mayores gastos.

3.3 Usuarios directos e indirectos potenciales de los resultados de la investigacin Los usuarios directos de este desarrollo sern los operarios y soldadores de la compaa B Y V ESTRUCTURAS, quienes contarn con una herramienta que brindar mejoras en la produccin. Como usuarios indirectos, estn los usuarios finales de las estructuras, quienes tendrn mayor confianza en el producto final; adicionalmente estn las otras compaas que pudiesen subcontratar los servicios de soldadura.

3.4 Marcos de referencia3.4.1 Origen del trmino RobotEl termino robot proviene de la palabra eslava (ROBOTA). Que significa trabajo forzado divulgada en 1921 por Karel Capek en su obra R.U.R (Rosums universal robots). Y posteriormente Isaac Asimov en 1950 define las tres leyes fundamentales de la Robtica.

1 Un robot no puede maltratar a un ser humano. Ni tampoco puede asumir una actitud pasiva al ver que se este lastimando a un persona.

2 Un robot debe obedecer las ordenes dadas por un ser humano. Excepto entrando en conflicto con la primera ley.

3 Un robot debe proteger su existencia. Siempre y cuando esta no entre en

Conflicto con la primera y segunda ley.

3.4.1.1 Algunas definiciones de RobotExisten varias definiciones de robot de las cuales se nombran algunas.

The Robot Institute of America (RIA). Un robot es un manipulador reprogramable y multifuncional, diseado para mover cargas, piezas, herramientas o dispositivos especiales, segn variadas trayectorias, programadas para realizar diferentes trabajos.

Organizacin de estndares internacionales (ISO). Manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales segn trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas.

La asociacin francesa de normalizacin (AFNOR). Define primero al manipulador y, basndose en dicha definicin al robot.

Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie, articulados entre s, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o mediante dispositivo lgico. Robot: manipulador automtico servo-controlado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, tiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la ejecucin de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una mueca. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepcin del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cclica, pudindose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material. La federacin internacional de Robtica (IFR). Por robot industrial de manipulacin se entiende una maquina de manipulacin automtica, reprogramable y multifuncional con tres o ms ejes que pueden posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales para la ejecucin de trabajos diversos en las diferentes etapas de la produccin industrial, ya sea en una posicin fija o en movimiento. En esta definicin se debe entender que la reprogramabilidad y la multifuncin se consiguen sin modificaciones fsicas del robot.Comn en todas las definiciones anteriores es la aceptacin del robot industrial como un brazo mecnico con capacidad de manipulacin y que incorpora un control ms o menos complejo. Un sistema robotizado, en cambio, es un concepto ms amplio. Engloba todos aquellos dispositivos que realizan tareas de forma automtica en sustitucin de un ser humano y que pueden incorporar o no a uno o varios robots, siendo esto ltimo lo ms frecuente.

3.4.1.2 Robtica La robtica es una rea interdisciplinaria formada por la ingeniera, elctrica, electrnica y sistemas. La mecnica comprende tres aspectos: diseo mecnico de la mquina, anlisis esttico y anlisis dinmico. La electrnica le permite al robot trasmitir la informacin que se le entrega, coordinando impulsos elctricos que hacen que el robot realice los movimientos requeridos por la tarea. La ingeniera de sistemas provee de los programas necesarios para lograr la coordinacin mecnica requerida en los movimientos del robot, dar un cierto grado de inteligencia a la mquina, es decir adaptabilidad, autonoma y capacidad interpretativa y correctiva.El trmino de robtica inteligente combina cierta destreza fsica de locomocin y manipulacin, que caracteriza a lo que conocemos como robot, con habilidades de percepcin y de razonamiento residentes en un computador. La locomocin y manipulacin estn directamente relacionadas con los componentes mecnicos de un robot. La percepcin est directamente relacionada con dispositivos que proporcionan informacin del medio ambiente (sensores); estos dispositivos pueden ser de tipo ultrasonido (radares), cmaras de visin, lser infrarrojo. Los procesos de razonamiento seleccionan las acciones que se deben tomar para realizar cierta tarea encomendada. La habilidad de razonamiento permite el acoplamiento natural entre las habilidades de percepcin y accin.

Grados de Libertad: Para definir la posicin de orientacin de un objeto en general en un espacio tridimensional (3D) son necesarios y suficientes seis parmetros. La posicin del objeto puede definirse en coordenadas cartesianas (x, y, z) en relacin con un punto de referencia fijado. Tambin son alternativas a esto definir la posicin en coordenadas cilndricas o esfricas. Utilizando las coordenadas cartesianas la orientacin puede definirse por una secuencia de tres rotaciones alrededor de los ejes x, y, z. La orientacin puede tambin definirse por los ngulos de Euler (, , Si se fija a un objeto un sistema de coordenadas rectangulares su orientacin puede expresarse como una sucesin de giros alrededor de cada eje. Si el objeto se gira primero alrededor del eje z en un ngulo , luego alrededor del eje y (girado) en un ngulo y luego de nuevo alrededor de eje z (girado) en un ngulo , su orientacin puede describirse por el juego de ngulos de Euler (, , . Un robot por lo tanto necesita seis grados de libertad si se ha de desplazar el efector terminal a cualquier posicin de orientacin arbitraria. Si hay menos de seis grados de libertad la serie de posiciones y orientaciones alcanzables ser limitada.

Movilidad: Normalmente los robots estn construidos a partir de una serie de eslabones rgidos conectados por juntas o articulaciones. El tipo correcto de articulacin define como puede moverse un eslabn en relacin al otro. Sin embargo hay alternativas al enfoque de las series eslabn - articulacin - eslabn.

Articulaciones: Son comunes dos tipos de articulaciones: la prismtica y la giratoria. Una junta prismtica, tambin conocida como junta deslizante, posibilita a un eslabn deslizarse en lnea recta sobre otro. Una junta giratoria, si consideramos el caso de un grado de libertad, toma la forma de una bisagra entre un eslabn y el prximo. Dos o ms articulaciones de stas puede combinarse estrechamente.

Eslabones: Con objeto de lograr la respuesta ms rpida posible para un movimiento dado y un sistema de accionamiento, los eslabones que forman las estructura deben de mantenerse lo ms ligeros posibles. Los eslabones deben tambin tan rgidos como sea posible. En la prctica hay que considerar muchos otros factores tales como el coste, las necesidades para alojar los accionadores, rboles de transmisin y cajas de engranaje, el comportamiento vibracional, el comportamiento no elstico tal como el pandeo y la necesidad de alcanzar un espacio de trabajo determinado.

Figura 1: Componentes y estructura de un robot3.4.1.3 Campos de aplicacin de la robtica.

Tericamente el uso de sistemas robticos podra extenderse a casi todas las reas imaginables en donde se necesite de la ejecucin de tareas mecnicas, tareas hoy ejecutadas por el hombre imposible o difcil de ejecutar. Se entiende, en este contexto, que tarea mecnica es toda actividad que involucra presencia fsica y movimiento por parte de su ejecutor.Algunos de los campos de aplicacin actuales de la robtica son:

Automatizacin Industrial: Es el ms relevante y de inters para nosotros. Corresponde al uso de robots en la industria a fin de mejorar, agilizar y aumentar la produccin en los diferentes procesos. Aplicaciones de prensado: Prensado de partes y paneles de vehculos y estructuras de aviones electrodomsticos y productos metalmecnicos, esta es un rea de rpido desarrollo de nuevos tipos de robots, ya que el sector demanda cada vez mas productividad y calidad. Fundicin en molde: Carga y descarga de maquinas, manejo de materiales calientes, manejo de moldes. Las condiciones difciles en el rea de fundicin hacen necesario de robots. Soldadura de punto: Ampliamente utilizada en la industria automotriz, en promedio este tipo de robot reduce a la mitad la oferta laboral. Soldadura de arco: No requiere de modificaciones sustanciales en la fuente de soldadura y aumenta la flexibilidad y la velocidad en el trabajo. Pintura y tratamiento de maquinas herramientas: La rapidez y la calidad son dos de las causas por las que se prefieren robots en aplicacin de pintura y recubrimiento de superficies.

3.4.1.4 Elementos de un Robot industrialBrazo: Es la parte del manipulador asociada al posicionamiento (X, Y, Z).en el plano cartesiano, que afecta la orientacin de la herramienta para manipular objetos o realizar tareas de montaje. Est constituido por eslabones fijos los cuales son rgidos unidos entre si por articulaciones. Esto se denomina como cinemtica abierta.

Controlador: Unidad capaz de generar informacin de uno o ms actuadores con base a un algoritmo de control. Dentro de los algoritmos de control uno de los ms utilizados es el PID. Debido a la complejidad de estos sistemas el controlador es un computador. Este tiene como misin la de gobernar los movimientos necesarios para llevar una tarea concreta. Donde esta puede consistir en un movimiento aislado o en un programa de movimientos almacenado en la memoria del computador.

Actuadores: Son dispositivos que generan movimiento en la parte mecnica del manipulador. Pueden ser por ejemplo: motores elctricos, cilindros neumticos o hidrulicos, electroimanes.Sensores: Elementos destinados a la medicin interna de la posicin de las articulaciones robot. Estos sensores para posicin son encoders y resolvers. Y para velocidad se utilizan los tacmetros.

3.4.1.5 Configuracin de los manipuladoresLos manipuladores se clasifican segn su cinemtica, configuracin de brazo en sus tres primeras articulaciones. La mueca se describe por separado. Hay cinco tipos de configuraciones:

CARTESIANO (PPP)

CILINDRICOS (RPP)

ESFERICOS (RRP)

ARTICULADO (RRR)

ESCARA

Configuracin cartesiana (PPP):Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tres grados de libertad, los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y, Z.Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base en interpolaciones lineales. Interpolacin, en este caso, significa el tipo de trayectoria que realiza el manipulador cuando se desplaza entre un punto y otro.

A la trayectoria realizada en lnea recta se le conoce como interpolacin lineal y a la trayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se le llama interpolacin por articulacin.

Figura 2: Configuracin Cartesiana

Configuracin cilndrica (RPP):Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, presenta tres grados de libertad. El robot de configuracin cilndrica est diseado para ejecutar los movimientos conocidos como interpolacin lineal e interpolacin por articulacin.

Figura 3: Configuracin Cilndrica

La interpolacin por articulacin se lleva a cabo por medio de la primera articulacin, ya que sta puede realizar un movimiento rotacional

Configuracin esfrica (RRP).

Las dos primeras articulaciones son de revolucin mientras que la tercera articulacin es prismtica. (La cual permite la translacin relativa entre dos eslabones.) Las coordenas esfricas definen la posicin de la herramienta colocada en la mueca del robot con respecto al sistema de coordenadas de base.

Figura 4: Configuracin Esfrica

Configuracin articulada (RRR):

Presenta una articulacin con movimiento rotacional y dos angulares. Aunque el brazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolacin lineal (para lo cual requiere mover simultneamente dos o tres de sus articulaciones), el movimiento natural es el de interpolacin por articulacin, tanto rotacional como angular. Es tambin llamado manipulador antropomorfo con su semejanza con un brazo humano. Permitiendo gran libertad en el movimiento en espacios reducidos.

Figura 5: Configuracin Articulada

Configuracin SCARA (Selective compliant articulated robot assembly)Como su nombre lo indica est diseado para labores de ensamble. . Este brazo puede realizar movimientos horizontales de mayor alcance debido a sus dos articulaciones rotacionales. El robot de configuracin SCARA tambin puede hacer un movimiento lineal (mediante su tercera articulacin).

Figura 6: Configuracin SCARA

3.4.1.6 Modelo CinemticoLa cinemtica del robot estudia el movimiento del mismo con respecto a un sistema de referencia. As, la cinemtica se interesa por la descripcin analtica del movimiento espacial del robot como una funcin del tiempo, y en particular por las relaciones entre la posicin y orientacin del extremo final del robot y los valores que toman sus coordenadas articulares. Existen dos problemas fundamentales a resolver en la cinemtica del robot, uno es el que se conoce como el problema cinemtica directo, que consiste en determinar cul es la posicin y orientacin del extremo final del robot con respecto a un sistema de coordenadas que se toma como referencia, conocidos los valores de las articulaciones y los parmetros geomtricos de los elementos del robot; el segundo, denominado problema cinemtica inverso, resuelve la configuracin que debe adoptar el robot para una posicin y orientacin del extremo conocidas.

Cinemtica directa. La cinemtica directa consiste en obtener la posicin en el espacio de la estructura a partir de los valores de las variables generalizadas. stas estn asociadas a las articulaciones y definen sus propiedades de movimiento, por lo que para las articulaciones de revolucin la variable generalizada ser un ngulo, y para las prismticas un desplazamiento.

Cinemtica inversa. Se encarga de encontrar los valores que deben adoptar las coordenadas articulares del robot para que su extremo se posicione y oriente segn una determinada localizacin espacial.

3.4.1.7 Sistemas de coordenadasMatriz de rotacin

Es una forma de indicar la orientacin de un sistema en otro completamente diferente y puede ser representado en forma matricial. Cuyos elementos escalares son las coordenadas de los vectores unitarios de cada sistema.

3.4.1.8 Matriz de coordenadas HomogneasEn robtica interesa disponer de un mecanismo que permita localizar un objeto en espacio tridimensional, es decir en posicin y orientacin conjuntamente. Con este tipo de coordenadas se puede en una sola matriz se puede determinar conjuntamente la posicin y orientacin con respecto a un sistema de referencia.

Los vectores de perspectiva no tienen sentido en robtica ya que solo se trabaja en posiciones y orientaciones reales. Ya que toma valores de 0 en sus tres componentes.

3.4.1.9 Matriz de TranslacinSe pueden considerar tres translaciones bsicas sobre cada uno de los ejes principales de un sistema de referencia. A partir de la que es posible construir una translacin compuesta, que est representada por un vector p(x,y,z). Cuyas componentes corresponden a los valores asociados a cada una de las translaciones bsicas.

3.4.1.10 Cinemtica InversaPlanteamiento de la ProblemticaEl objetivo del problema cinemtico inverso, consiste en encontrar los valores que deben adaptar las coordenadas articulares del robot, para que su extremo se posicione y oriente segn una determinada localizacin espacial.El procedimiento de obtencin de las ecuaciones est fuertemente ligado a la configuracin del robot.

Se han desarrollado procedimientos genricos programados, para que apartir del conocimiento de la cinemtica del robot, se puedan obtener los parmetros de posicionamiento y orientacin, pero presentan el problema de que se trata de procedmientos iterativos, cuya velocidad de convergencia e incluso su convergencia no estn garantizados. Por tanto es mucho ms adecuado encontrar una solucin cerrada, de la forma:

Este mtodo presenta las ventajas de: En aplicaciones que se resuelvan en tiempo real, la solucin iterativa no garantiza la solucin en el momento adecuado.

La solucin no es nica, con lo que una solucin cerrada proporciona a la ms adecuada.3.4.1.11 Mtodos GeomtricosEste procedimiento es adecuado para robots de pocos GDL o para el caso de que se consideren slo los primeros GDL, los dedicados a posicionar el extremo.

Se Basa en encontrar el suficiente nmero de relaciones geomtricas en las que intervendrn las coordenadas del extremo del robot, sus coordenadas articulares y dimensiones fsicas de sus elementos.

Conocidas las relaciones del modelo directo, conocer el modelo inverso. Es decir, conocida T obtener por manipulacin las relaciones inversas3.4.1.12 Desacoplo CinemticoLos mtodos anteriores, solo posicionan el extremo del robot, pero se necesita adems una orientacin, para ello los robots cuentan con tres GDL adicionales situados al final de la cadena cinemtica y cuyos ejes se cortan en un punto denominado mueca del robot.Este mtodo, dada una posicin y orientacin final deseadas, establece las coordenadas del punto de corte de la mueca del robot, calculndose los valores de las tres primeras variables articulares a partir de los datos de orientacin ms los ya calculados.

3.4.1.13 Matriz Jacobiana

3.4.1.14 Relaciones Diferenciales

3.4.1.15 Configuraciones Singulares

3.4.1.16 Control Cinemtico

Funciones del control cinemtico

3.4.1.17 Tipos de TrayectoriasTrayectorias punto a punto

Trayectorias coordinadas o Isocronas

Trayectorias Continuas

3.4.1.18 Soldadura G.M.A.W. (GAS METAL ARC WELDING) MIG/MAGEs el proceso ms popular y difundido en la industria, puede utilizarse con todos los metales comerciales, como aceros al carbono, inoxidables, aluminio, magnesio, cobre, hierro, titanio y zirconio. Los aceros de bajo carbono, de baja aleacin y de alta resistencia enfriados por inmersin y templados pueden soldar con el proceso MIG-MAG.

Esta tcnica tiene enormes ventajas, ya que es de fcil aplicacin, no salpica y produce soldadura de alta calidad. Suelda los metales mediante fusin por calor, generado por un arco elctrico y protegida del ambiente por gas segn la clase del gas se diferencia entre soldadura MIG (Metal y gas inerte) donde el gas puede ser: argn, helio o una mezcla de los dos.

MAG (Metal y gas activo) donde se utiliza el gas activo este gas es dixido de carbono.

En ambos casos el electrodo es una varilla de alambre de ncleo compatible con el metal que se va a soldar se funde para rellenar la unin.

En las dos tcnicas el gas sirve para proteger el arco del aire, principal causante de la Oxidacin, la diferencia es que en MIG el metal no reacciona con el metal ni influye en las propiedades de fundido, adems por ser inerte es ms estable. La soldadura tiene mayor penetracin, mejor acabado, no causa deformacin en piezas delgadas y es especial para trabajos delicados.

Por su parte, la aplicacin MAG, la cual utiliza gas activo CO2, genera mayor penetracin de la soldadura mejora las propiedades fsicas de la unin y aumenta la resistencia al impacto, corrosin y cambios de temperatura. Sin embargo la naturaleza del gas produce cordones de soldadura ms abultados e incrementa las salpicaduras. Por lo cual se mezcla el CO2 con 25% de argn y de esta manera se mejora la presentacin del cordn, la calidad de los acabados las salpicaduras y excesos de humos.

3.4.1.19 Descripcin del robot KUKA KR6-L6 Es un robot industrial de seis grados de libertad, con cinemtica de articulacin, para todas las tareas de punto y trayectoria. Este tipo de robot puede trabajar sobre el piso en pared o puesto en el techo.

Las articulaciones y las cajas reductoras se mueven libres de juego y todas las piezas en movimiento estn cubiertas. Los ejes estn compuestos por servomotores de C.A de 400 VAC. Sin escobillas, de conexin y libres de mantenimiento. Protegidos contra sobrecargas. En las cajas reductoras de los ejes principales se debe cambiar el lubricante a las 20.0000 horas de servicio. Todos los robot KUKA tienen una vida promedio de 15 aos, el robot esta sobre una base fija, sobre la cual gira alrededor de un eje vertical, la columna giratoria, con un brazo de oscilacin y una mueca. Figura 7.

Figura 7: Robot KUKA KR6 L6

La mueca con su brida de acople sirve para soportar la herramienta. Los movimientos de los ejes del robot se pueden ver en la figura 2. La medicin de los trayectos de los ejes se realiza atreves de un sistema de medicin cclico absoluto con un resolver por cada eje. El accionamiento de los ejes se efecta por servomotores A.C de baja inercia con control electrnico y freno, tecnologa de microprocesador.

Figura 8: Movimientos de los ejes

El campo de trabajo del robot esta limitado, en todos los ejes, por medio de lmites de carrera por software. Los ejes 1, 2,3 y 5 se limitan por medio de topes finales de absorcin de energa.

Tambin se dispone, como accesorio mecnico de topes de limitacin de campo e trabajo para la limitacin del rango de trabajo en los ejes 1 hasta el 3 en tareas especificas.

DATOS DE EJES.

.:

3.4.1.20 Fuente de soldadura MIG MAG CEBORA 5040 TD pulsadaEs una fuente de soldadura trifsica de tecnologa inversora con funcionamiento sinrgico pulsad y doble pulsado. Ideal para produccin elevada y alta calidad e la soldadura.

Este generador es sinrgico, es decir permite el control de las condiciones de soldadura con una sola variable, estando todas las dems pre-programadas por fbrica y dependientes de esta.

Entregando una corriente de 430 A al 100% de ciclo til. La tecnologa inversora permite reducir el tamao de las fuentes de soldadura y consumos reducidos, dotados de un sofisticado sistema de control de las variables del proceso.

ESQUEMA GENERAL DE LA FUENTE DE SOLDADURA

Figura 9: 3.4.2 Estado del ArteLa industria automotriz fue la pionera en robtica. Ya que en 1961 se utilizo el primer robot industrial por General Motors y posteriormente otras empresas como Ford y Chryler comenzaron a instalar robots en sus fbricas. La mayora de esos son utilizados para aplicaciones de soldadura, pintura ensamblado, por mencionar algunas de las funciones realizadas por estos manipuladores.

Los principales fabricantes de robots seguirn siendo lderes en el mundo de la automatizacin dentro de las cuales cabe destacar marcas como ABB. FANUC, KUKA, MOTOMAN, OTC.

El posicionamiento de las marcas de robots se mide por unidades puestas en servicio por ao en donde se encuentra en primer lugar ABB con 12.000 unidades le siguen FANUC CON 10.000 Y Kuka con 9.800 unidades.

A finales del ao 2007 haba alrededor de 1 milln de robots industriales en todo el mundo, es decir 3% ms que en el 2006. En trminos de mercado creci esta industria 11%, el 2008 cay la industria un 4% cerca de 36.000 unidades menos. Con el ao inmediatamente anterior. el mercado de la robtica de Asia y Japn sigue siendo el nmero uno, seguido de Europa con un aumento del 15%, el ms alto registrado en los ltimos aos, y estados unidos con un incremento del 9% ms que en 2006. Alemania es el pas que ms incremento el uso de la robtica. Con un crecimiento del 30% en la industria automotriz.

Amrica latina presenta resultados mixtos, porque mientras en Mxico disminuyo un 10%. Argentina y Brasil aumentaron la demanda de estos equipos; las entregas a estos pases casi se duplicaron.

A partir del 2009 se estima que aumente en promedio 4.1% anual y llegara a 134.100 unidades ms en el 2011, es decir cerca 1.500.000 robots industriales en todo el mundo.

La tendencia mundial hacia la automatizacin de la no industria automotriz, es decir los proveedores comenzaran a penetrar otros tipos de industrias diferentes a la fabricacin de automviles, tales como: metalmecnica, siderrgica, plstico, vidrio, alimentos, bebidas y laboratorios farmacuticos.

3.4.3 Marco LegalEl robot cumple con estndares de seguridad correspondientes a las normas CE para construccin de maquinas herramientas DIN 775.

NTC 2050 CODIGO ELECTRICO COLOMBIANO.

Reglamento tcnico de instalaciones elctricas (RETIE).

Directiva 97/23/CE del parlamento Europeo y de la comisin del 29 de mayo de 1997 para la adaptacin de prescripciones legales de los pases miembros respecto a aparatos de presin.

DIN EN 775, Edicin : 1993-08 robots industriales ; seguridades (ISO 10218: 1992, modificado); edicin Alemana EN 775 : 1992 + AC: 1993.

DIN EN 60204-1 Edicin : 1998-11 seguridad de maquinas ; seccin 1: requerimientos generales (IEC 60204-1: 1997 + CORRIGENDUM 1998); EDICION Alemana.

DIN EN 61000-6-2, Edicin : 2002-08 compatibilidad electromagntica (CEM); seccin 6-2: normas bsicas especializadas.

DIN EN 61800-3, Edicin 2001- 02 Accionamientos elctricos de velocidad de giro variable: seccin 3 CEM Norma del producto de compatibilidad electromagntica. Procedimiento especial (IEC 61800-3: 1996).

El robot va en el piso debe cumplir las prescripciones vigentes en cuanto a calidad del hormign segn norma DIN 1045: 1988 En la preparacin del hormign se debe tener en cuenta que la superficie del mismo sea lo suficiente plana y lisa.

3.5 Objetivos

3.5.1 Objetivo General

Estudiar, disear e implementar un sistema automtico para la aplicacin de soldadura G.M.A.W (GAS METAL ARC WELDING), en la compaa B Y V ESTRUCTURAS LTDA.

3.5.2 Objetivos Especficos KR16 L6

Identificar, clasificar y evaluar cualitativamente el modelo del robot industrial disponible en el mercado, que cumpla ms apropiadamente con los requerimientos para ser utilizado en B Y V ESTRUCTURAS LTDA. Clasificar y evaluar cualitativamente el modelo de equipo de soldadura MIG/MAG que cumpla con los requerimientos de la compaa. Seleccionar el dispositivo de fijacin (portaherramientas) ms apropiado para la antorcha de soldadura MIG/MAG. Disear y seleccionar transformador de alimentacin de robot y fuente de soldadura, al igual que conductores elctricos y protecciones requeridas.

Estudio de la distribucin en planta de la instalacin. Predisear de las estructuras de trabajo del sistema de soldadura robotizado. Interconectar robot industrial con el equipo de soldadura MIG/MAG, asegurando la correcta interaccin entre ambos equipos. Determinar las velocidades mximas de soldadura, teniendo en cuenta el equipo de soldadura a utilizar, los materiales a soldar y el tipo de tcnicas de soldadura a realizar. Optimizar las trayectorias, recortando movimientos y seleccionando las posturas del brazo ms adecuadas. Capacitar a los usuarios en la programacin del sistema, tcnicas y parmetros de soldadura, que garanticen estndares de calidad al interior de la compaa. Desarrollar un manual de usuario que describa las caractersticas y aplicacin del sistema en general.

3.6 Alternativa de Solucin SHAPE \* MERGEFORMAT

3.6.1 Descripcin En la pasanta propuesta a TECNO TORCH TIP, se estudiara y determinar, cual es el robot industrial, portaherramientas, equipo de soldadura y accesorios ms apropiados para la aplicacin automatizada de soldadura G.M.A.W. al interior de la compaa B Y V ESTRUCTURAS; luego de lo cual se proceder a integrar estos equipos, de tal forma que permita la programacin de las diferentes tcnicas de soldadura, teniendo en cuenta los parmetros adecuados para garantizar un producto terminado de calidad. Por ltimo se proceder a capacitar al personal en la operacin y programacin del sistema robotizado de soldadura y se generara un manual de usuario del mismo.

3.7 Metodologa Propuesta SHAPE \* MERGEFORMAT

En la primera fase, se buscar mediante una revisin bibliogrfica detallada, describir las caractersticas de los robots industriales, proceso de soldadura G.M.A.W, con sus respectivos equipos y los accesorios necesarios para la aplicacin. En la segunda fase, se contar con una serie de especificaciones tcnicas dadas por la compaa B Y V ESTRUCTURA LTDA, que permitirn definir y seleccionar los equipos mas apropiados para la implementacin del procedimiento de soldadura MIG/MAG automatizada con robot.Finalmente, luego de interconectar los equipos, en la fase de experimentacin se llevara a cabo el proceso de programacin, haciendo uso de las herramientas disponibles por los fabricantes de tal manera que permita el trabajo de las diferentes tcnicas de soldadura, teniendo en cuenta los parmetros determinantes que en ella influyen para asegurar la calidad del producto terminado.Es importante aclarar que durante todo el proceso de estudio e implementacin, se clasificara la informacin y se llevara a cabo un proceso de documentacin que permita crear material de consulta sobre el tema.

3.8 Resultados EsperadosCon este proyecto se pretende contribuir en la apropiacin de conocimiento y tecnologa en reas como la robtica y automtica; mejorar la calidad de las estructuras soldadas, incrementar la productividad e indirectamente fortalecer el liderazgo de la compaa B Y V ESTRUCTURAS LTDA, adicionalmente impulsar la reorganizacin de mano de obra calificada.

3.9 Estrategia de ComunicacinArticulo IEEE

Monografa

Presentacin en Pblico, mediante exposicin.

3.10 Cronograma de Actividades

ACTIVIDADESDURACION (Semanas)

1

1

2

2

2

5

6

5

4. PRESUPUESTO

PRESUPUESTO GLOBAL DE LA PROPUESTA POR FUENTES DE FINANCIACIN

(En miles de $)

RUBROSFUENTESTOTAL

EmpresaUniversidad DistritalContrapartida

PERSONAL

EQUIPO

MATERIALES

BIBLIOGRAFA

SOFTWARE

PUBLICACIONES

CONSTRUCCIONES

MANTENIMIENTO

ADMINISTRACIN

TOTAL

DESCRIPCIN DE LOS GASTOS DE PERSONAL

(En miles de $)

Investigador AuxiliarFormacinPublicaciones (#)

Nal / InternFuncin dentro del ProyectoDedicacinRecursosTotal

12

Paul Fernandez RamirezIng. Control e instrumentacin electrnicaProponente6 mesesx2.500

Juan Pablo Rubiano G.Ing. Control e instrumentacin electrnicaProponente6 mesesx2.500

TOTAL2.500

1 ( Empresa, o institucin

2 ( Contrapartida

DESCRIPCIN Y CUANTIFICACIN DE LOS EQUIPOS DE USO PROPIO (En miles de $)

EQUIPO

COMPUTADOR (1)

OSCILOSCOPIO

CAUTIN

FUENTE REGULADA

TOTAL

5. BIBLIOGRAFIA

[1] Robtica, hacia la automatizacin industrial. Revista Metal Actual. P44-50.

Robots y sistemas sensoriales Prentice Hall Madrid 2002

Ingeniera conocimiento robtico e infraestructuras inteligentes parte editores S.R.I. ao 2004.

Automatizacin industrial, robtica y sus aplicaciones, editores S.R.L 2000

KUKA Roboter Gmbh.ESTUDIO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA AUTOMATIZADO PARA APLICACIN DE SOLDADURA G.M.A.W (GAS METAL ARC WELDING) EN LA EMPRESA B Y V ESTRUCTURAS LTDAHOJA DE ACEPTACIN

Observaciones

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_________________________________________________________

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_______________________________

Evaluador

Ing.

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Director del Proyecto

Ing.

_______________________________

Vo. Bo. Metodologa

Fecha de Presentacin:

INICIO

DEFINICIN DE ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS EQUIPOS:

-RANGOS DE CORRIENTE DE SOLDADURA.

-TIPOS DE MATERIAL A SOLDAR.

-ALCANCE MAXIMO DEL BRAZO.

-GRADOS DE LIBERTAD.

-CAPACIDAD DE CARGA EN LA MUECA.

-VELOCIDAD.

-REPETITIVIDAD.

-COMPATIBILIDAD DEL EQUIPO DE SOLDADURA Y EL ROBOT.

SISTEMA PROPUESTO CUMPLE CON ESPECIFICACIONES DEL DISEO

IMPLEMENTACION Y PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA ROBOTIZADO DE SOLDADURA.

PROGRAMACIN DEL SISTEMA

CAPACITACIN USUARIOS

SELECCIN DE:

ROBOT.

EQUIPO DE SOLDADURA.

PORTAHERRAMIENTA.

TRANSFORMADOR PARA ALIMENTAR AMBOS EQUIPOS.

MATERIAL SOLDADO CUMPLE CON ESPECIFICACIONES?

REVISION BIBLIOGRAFICA:

ROBOTS INDUSTRIALES, PROCESO SOLDADURA G.M.A.W., EQUIPOS DE SOLDADURA, PORTAHERRAMIENTAS, PROTOCOLOS DE COMUNICACIN ROBOTS IND.

DEFINICIN DE ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL ROBOT INDUSTRIAL, EL EQUIPO DE SOLDADURA, DISPOSITIVO DE SUJECIN Y TRANSFORMADOR DE ALIMENTACIN DE ACUERDO A ESPECIFICACIONES DADAS POR B Y V ESTRUCTURAS.

ESTUDIO HERRAMIENTAS DE PROGRAMACIN E INTREGACIN DE LOS EQUIPOS SELECCIONADOS

INTERCONEXIN DE EQUIPOS.

PROGRAMACIN DE RUTINAS DE SOLDADURA ACORDES A LOS PRODUCTOS DE LA COMPAIA

DOCUMENTACION Y CLASIFICACION INFORMACION

VERIFICACIN DE PROGRAMACIN

CAPACITACIN A USUARIOS Y ENTREGA MANUAL

MODIFICACION Y AJUSTES

ENTREGA DEL PROYECTO

15