Debavurarea este procesul de îndepărtare a unei margini ridicate sau a bucăților mici de material care rămân atașate piesei de prelucrat după un proces de modificare, cunoscut și sub denumirea de „bavură”, în timp ce finisarea suprafeței este actul de a netezi suprafața din motive estetice și practice. Bavurile trebuie eliminate din diverse motive: de la prevenirea tăierii degetelor până la reducerea contaminării cu metal în asamblările aerospațiale, mecanism blocat, uzura pieselor în mișcare, filtre înfundate etc. Pe de altă parte, suprafețele trebuie tratate pentru a reduce uzura și frecarea. De exemplu, suprafețele palelor ventilatorului aerospațial sau ale elicei marine trebuie să fie netede pentru a reduce rezistența și pentru a îmbunătăți aerodinamica sau hidrodinamica.

O cantitate considerabilă de timp de fabricație este cheltuită cu debavurarea sau finisarea suprafeței după prelucrarea primară. În prezent, cele mai multe dintre aceste lucrări sunt efectuate manual, dar este din ce în ce mai dificil să găsești muncitori care sunt dispuși să preia aceste locuri de muncă plictisitoare, descurajante și murdare, iar costul muncii umane a devenit, de asemenea, mai mare. În plus, calitatea este inconsecventă și există probleme de sănătate din cauza inhalării de praf metalic, precum și a vibrațiilor puternice ale fuselor portabile. Prin urmare, există stimulente semnificative pentru automatizarea sarcinilor de debavurare și finisare a suprafețelor. Datorită dexterității și flexibilității robotului, debavurarea sau finisarea robotică a suprafețelor a fost un subiect popular de cercetare în ultimele trei decenii.

În Bausch și colab. (1986) şi Kazerooni şi colab. (1986), s-a subliniat că o limitare în utilizarea roboților pentru debavurarea de precizie este acuratețea pozițională slabă a punctului terminal și că ar putea fi observate oscilații de joasă frecvență ale poziției robotului. Pentru a compensa inexactitățile robotului în aplicațiile de debavurare, cea mai simplă abordare este folosirea unui efector final conform pasiv pentru a ține scula de debavurare (Bausch et al. 1986). Cu o conformitate adecvată a efectorului final, adică cu alegerea corectă a coeficienților de masă, arc și amortizare, variațiile de poziție produc doar ușoare modificări ale forței de contact de debavurare. O altă soluție, care este mai elegantă, este utilizarea unui efector final conform activ, care funcționează sub un control separat în buclă închisă. De exemplu, în Kazerooni et al. (1986), piesa de prelucrat este montată pe o masă de poziționare care se deplasează în funcție de robot astfel încât să mențină o distanță relativă constantă între piesa de prelucrat și robot. Metodele descrise în Bausch şi colab. (1986) şi Kazerooni şi colab. (1986), alături de cele introduse în Dornfeld și Masaki (1987), Hollowell (1987), Paul și FitzPatrik (1987) și Stepien și colab. (1987), sunt eficiente pentru piesele cu o bună cunoaștere a geometriei lor, deoarece domeniul de mișcare al efectorului final nu poate depăși distanța dintre piesa de prelucrat și deformarea pozițională maximă a robotului. În Kazerooni și Her (1988), a fost propusă o abordare pentru debavurarea pieselor bidimensionale cu geometrie necunoscută. Un rulment cu role montat pe un senzor de forță la punctul final al robotului servește ca mecanism de urmărire. Controlerul de urmărire utilizează apoi forța măsurată de acest senzor de forță pentru a găsi vectorul normal la suprafața piesei, de la care se pot obține informațiile despre conturul piesei, permițând robotului să se deplaseze de-a lungul marginii piesei. Pe de altă parte, forța tangențială măsurată oferă un indiciu dacă se întâlnește o bavură și, dacă răspunsul este definitiv, robotul va încetini pentru a menține o rată constantă de îndepărtare a materialului. Un alt mecanism de urmărire sau jig a fost proiectat în Schimmels (1994), care folosește conformitatea și constrângerile pentru a asigura o poziționare corectă a efectorului final în raport cu piesa de prelucrat, permițând astfel o mai mare acuratețe în procesele de îndepărtare a materialului bazate pe margini, cum ar fi debavurarea. Privind la nevoile emergente în sarcinile de finisare robotică, producătorii de roboți au încorporat funcționalitatea de control al forței în robotul lor industrial. ABB a integrat tehnologia de control al forței în controlerul său IRC5, care permite utilizatorului final să exploreze o nouă dimensiune a inteligenței robotului pentru sarcini de șlefuire, lustruire, debavurare, dezlipire și asamblare. KUKA a încorporat controlul cuplului de forțe în KRC4, care oferă robotului un simț de atingere care ar putea fi folosit pentru operațiuni de șlefuire, debavurare și lustruire. Fanuc a încorporat senzorul de forță Fanuc în roboții lor de îndepărtare a materialului pentru mișcarea de conturare cu forța de împingere specificată, care vizează operațiunile de debavurare și lustruire.

Pe lângă procesul de debavurare sau lustruire în sine, planificarea traseului pentru sarcină este, de asemenea, crucială pentru succesul sarcinilor. În Wenzel și McFalls (1989), a fost dezvoltat un sistem de viziune pentru a analiza copertina aeronavei și pentru a determina zona care trebuie lustruită. Robotul lustruiește apoi zonele defecte după niște modele circulare. Modelul de îndepărtare a materialului este inteligent și adaptabil pe baza defectelor, de exemplu, dacă un grup de defecte se poate încadra în raza efectivă de tăiere a sculei, atunci va folosi centroidul defectului ca centru al locului de șlefuire. Alternativ, pot exista mai multe defecte care pot fi curățate de razele de tăiere dintr-o dată. Atunci, centrul locului de șlefuire nu va fi plasat în centrul unui singur defect. În afară de procesul extrem de adaptativ de mai sus, majoritatea sarcinilor de debavurare sau lustruire din industrie sunt ușor mai deterministe, iar traseul sculei poate fi de obicei generat prin programare off-line folosind datele CAD (Numinen 1994; Van Brussel și Persoons 1996; Tam și colab. 1999; Marquez și colab. 2005; Nagata et al. 2007). Pentru piesele de prelucrat care au forme foarte complicate, programarea punctelor de traseu poate fi prea plictisitoare din cauza necesității de a programa poziții și orientări, iar pentru astfel de cazuri, Zhang și colab. (2006) propun o metodă care combină viziunea și senzorul de forță pentru a obține toate informațiile necesare unui traseu. Sistemul de viziune oferă datele de poziție, iar apoi robotul se mișcă în zig-zag de-a lungul traseului. În același timp, senzorul de forță măsoară forța pe traseul în zig-zag și determină vectorul normal, care asigură orientarea punctelor de traseu.

O terminologie strâns legată de debavurare și finisarea suprafeței este „rata de îndepărtare a materialului (MRR)”, care determină cât de repede este îndepărtat materialul în timpul procesului de debavurare sau de finisare a suprafeței. În Yeh și Lan (2002), a fost întreprins un studiu de control al MRR cu durata de viață fixă ​​a sculei pentru a obține profitul maxim din operația de prelucrare. Relația dintre forța de debavurare/lustruire, viteza de avans, viteza sculei, scule și dimensiunea granulelor lor a fost, de asemenea, analizată pe larg în Guvenc și Srinivasan (1997), Huang și colab. (2002), Zhang și Pan (2008), Jin și colab. (2008), Tsai et al. (2009), Rajasekaran et al. (2010), Yano et al. (2011) și Corral și colab. (2013), fie analitic, fie empiric. Folosind cunoștințele MRR, robotului i se poate comanda să se miște mai lent sau să mărească forța de prelucrare dacă este detectat material suplimentar, cum ar fi bavuri și suprafețe rugoase, astfel încât să se realizeze un MRR constant, care, la rândul său, îndepărtează complet materialul suplimentar. MRR influențează și rugozitatea suprafeței (Marquez et al. 2005; Rajasekaran et al. 2010; Corral et al. 2013), și astfel este necesar să se aleagă un set optim de parametri sau unelte pentru a obține o calitate bună a debavurării sau lustruirii.

Ani de cercetare în mediul academic au făcut în sfârșit lustruirea și debavurarea robotică o opțiune viabilă pentru industrie. Roboții și-au găsit aplicația în lustruirea copertinelor aeronavelor (Wenzel și McFalls 1989), frezarea matrițelor și lustruirea betonului prefabricat (Numinen 1994), debavurarea pieselor turnate (Van Brussel și Persoons 1996), șlefuirea mobilierului (Nagata et al. 2007). ), debavurarea roților din aluminiu turnat (Zhang et al. 2006), lustruirea matrițelor și formelor (Guvenc și Srinivasan 1997; Jin et al. 2008; Tsai et al. 2009), lustruirea turbinei (Huang și colab. 2002; Hazel). et al. 2012), prelucrarea polimerului armat cu fibră de carbon (Rajasekaran et al. 2010), precum și șlefuirea și debavurarea butucurilor (Robertsson et al. 2006). Calitatea obținută este extraordinară, de exemplu, în Hazel și colab. (2012), rugozitatea suprafeței a fost redusă de la Ra = 15 μm la Ra = 0, 1 μm prin utilizarea lustruirii robotice în locul lustruirii manuale. În Jin și colab. (2008), o rugozitate a suprafeței de Ra = 5 nm este, de asemenea, obținută prin utilizarea unei scule de tip pungă de gaz.

Figura 1 prezintă o privire de ansamblu asupra fluxului de utilizare a robotului pentru a efectua debavurare și finisare, care este, de asemenea, aproximativ organizarea acestui capitol. În secțiunea „Hardware”, este descris hardware-ul necesar pentru finisarea robotică, urmat de câteva detalii despre programare și planificare a traseului în secțiunea „Programare și planificare a traseului”. Secțiunea „Execuția și verificarea procesului” descrie execuția programului și reglarea parametrilor pentru a obține rezultatele necesare. Capitolul se încheie cu o listă de direcții viitoare de cercetare în secțiunea „Provocări și lucrări viitoare”.