Може ли ръчен лазерен заварчик да се превърне в роботизирано ръководен инструмент за заваряване и леко рязане? В този самоделен проект използвахме ръчния лазерен заварчик WeldAir като базова система, монтирахме ръчната заваръчна глава на колаборативен робот и свързахме основните процесни сигнали, за да може роботът да повтаря научена пътека.
Демонстрация: коботът води ръчната лазерна глава WeldAir през прости тестове за рязане и заваряване.
Защо да опитате конверсия с кобот?
Ръчното лазерно заваряване е гъвкаво, но крайният резултат все още зависи силно от оператора. Ъгълът на заваряване, скоростта на движение, стабилността на ръката, позата и умората влияят на шева. При повторно заваряване на един продукт ръчната работа може да стане уморителна, а постоянството трудно за поддържане при дълги серии.
Брус, инженерът зад тази самоделна конверсия, започна от този практичен проблем. Ако колаборативен робот може да замени движението на ръката на оператора, процесът става по-лесен за повторение. Ръчната лазерна система все още осигурява лазера, заваръчната глава, газта и възможността за подаване на тел, докато коботът осигурява контролирано движение.
Идеята е проста: запазете познатия ръчен лазерен хардуер WeldAir, но използвайте колаборативен робот като платформа за движение за повторяеми заваръчни пътеки и леки тестове за рязане.
Ново наблюдение от пакет за дъгово заваряване с кобот
След този тест с WeldAir кобот видяхме и интересна посока на изложение за заваряване: компактни пакети за дъгово заваряване с кобот, изградени около колаборативен робот, мобилна основа, източник на заваръчен ток, горелка, маршрутизиране на кабели и работен процес за обучение.
Това е важно, защото променя въпроса. Вместо да се пита само дали ръчно лазерно устройство може да се монтира на робот, много работилници може да зададат по-практичен въпрос: може ли една кобот платформа за движение да поддържа различни заваръчни процеси, ако краен инструмент, сигнали и система за безопасност са правилно проектирани?
Прегледаните материали показват пакета за дъгово заваряване като цяла станция, а не само като роботизирана ръка. Практическият пакет обикновено изисква роботизирано тяло, контролер, мобилна основа, източник на заваръчен ток, подавател на тел, горелка, охлаждане или газова поддръжка, маршрутизиране на кабели, интерфейс за обучение и софтуер за процеса да работят заедно.
Това е полезно за нашия проект WeldAir, защото дава на самоделното лазерно преобразуване по-реалистична следваща стъпка. Ако работилницата вече иска платформа с кобот за дъгово заваряване и вече притежава ръчен лазерен заварчик, същата платформа за движение на робота може да стане отправна точка за оценка на лазерно заваряване и леко лазерно рязане, вместо да се купува отделна автоматизация за всеки процес.
Важно уточнение: това не означава, че всеки дъгово-заваръчен кобот може веднага да приеме лазерна глава WeldAir. Товароносимост, монтаж на крайния фланец, маршрутизиране на кабели, I/O сигнали, последователност на процеса и лазерна безопасност трябва да бъдат проверени преди да се обяви платформа за съвместима.
Защо просто да не се монтира ръчната глава на CNC модул?
Много потребители питат дали ръчно лазерно заваръчно устройство може да се фиксира на малка CNC маса или XY модул за рязане. Този подход може да има смисъл за плосък лист, прости профили и повтаряща се плоска работа. Но не винаги е най-доброто съвпадение с начина, по който потребителите на ръчни лазери всъщност работят.
В много работилници изискването за рязане е случайно, материалът не е много дебел, а истинската стойност все още е в гъвкавото заваряване. Фиксирана маса може да бъде полезна, но също така ограничава детайла до размера на масата и предимно плоска геометрия. Коботът може да обиколи детайла, да подхожда от различни ъгли и по-естествено да превключва между заваряване и леки демонстрации на рязане с лазер.
| Тема | Малък CNC или XY модул | WeldAir + преобразуване с кобот |
|---|---|---|
| Платформа за движение | Лазерната глава е фиксирана на плоска платформа за движение. | Ръчното устройство WeldAir е фиксирано в края на колаборативен робот. |
| Подходящост на детайла | Детайлът обикновено трябва да пасва на леглото или зоната на закрепване. | Роботът може да се приближи по-близо до детайла и да подхожда от повече посоки. |
| Настройка на пътя | Обикновено по-близко до CNC програмиране или импортирани плоски профили. | Може да използва ръчно насочено обучение за точки и прости траектории. |
| Най-добро приложение | Плоско, повтарящо се рязане на маса. | Повтарящо се заваряване, триизмерен достъп, демонстрации и леки тестове за рязане. |
| Основно ограничение | По-малко гъвкав за неудобни или триизмерни детайли. | Не е заместител на специализиран лазерен режещ апарат за листов метал с висока скорост. |
От самоделно преобразуване до споделена платформа за заваряване
Най-силната логика за покупка не е само "роботизиране на дъгово заваряване". Това е възможността да се използва една и съща платформа за движение на кобот за няколко работни задачи в работилницата. Пълен пакет за дъгово заваряване с кобот вече решава движението на робота, монтирането на горелката, мобилната основа, интеграцията на захранването, контрола на газта и подаването на тел, обучението на пътя и работния процес на оператора.
Ако клиентът вече разполага с ръчен лазерен заварчик, добавянето на пакет кобот + дъгово заваряване може да създаде клетка с по-висока стойност: дъговото заваряване обработва по-дебели плочи и заварки с много пълнеж, лазерното заваряване обработва тънък лист с по-нисък топлинен вход и по-чисти шевове, а лазерната глава може да бъде оценена и за леко рязане на тънък материал.
Практическа стойност: една инвестиция в кобот може да поддържа три полезни направления: дъгово заваряване за по-дебел материал, лазерно заваряване за тънък лист и леко лазерно рязане за тънък лист. Това е мястото, където съотношението цена-производителност става много по-силно в сравнение с покупката на роботична станция за една цел.
| Процес | Къде се вписва най-добре | Защо е важно при кобот |
|---|---|---|
| Дъгово заваряване | По-дебел материал, по-големи заваръчни шевове, структурни части, задачи, изискващи пълнеж и по-силна толерантност на разстоянието. | Коботът повтаря пътя на факлата, докато дъговият процес обработва по-тежки заваръчни работи. |
| Лазерно заваряване | Тънък лист, нисък топлинен вход, по-чисти заварки, по-малко деформации, неръждаема стомана, шкафова работа, малки сглобки. | Коботът помага да се поддържа постоянна скорост на движение, ъгъл и позиция за повторяеми лазерни заварки. |
| Лазерно рязане с светлина | Тънък материал, малки разрези, подрязване, демонстрационна работа и гъвкави тестове в работилницата. | Същият път на робота може да се използва за прости тестове на рязане, когато специализиран лазерен режещ апарат за листове не е оправдан. |
| Обща основа за кобот | Работилници, които вече притежават или планират да използват ръчен лазерен заварчик, но също така имат нужда от роботизирано дъгово заваряване за по-дебели части. | Стойността не е само в автоматизацията. Това е дъгово заваряване на дебели плочи, лазерно заваряване на тънки листове и лазерно рязане на тънки листове от една и съща платформа за движение. |
| Пакетен артикул | Защо е важно преди добавяне на лазерен инструмент |
|---|---|
| Тяло на робота и обхват | Товароносимост, обхват, въртящ момент на китката и повторяемост определят дали лазерната глава, скобата, кабелите и опционалният бързосменяем инструмент могат да се носят безопасно. |
| Източник на заваряване и входно-изходни сигнали на процеса | Дъговото заваряване и лазерното заваряване изискват различни стартови сигнали, времево управление на газа, обратна връзка за аларми и процесни заключвания. Контролният интерфейс трябва да бъде прегледан, а не приеман за даденост. |
| Разположение на факла, тел, газ и охлаждане | Съществуващият маршрут на кабела за дъгово заваряване може да не е подходящ за лазерен влакнест кабел, кабел за лазерна глава или линия за помощен газ. Тестовете за движение трябва да потвърдят радиуса на огъване и съпротивлението на кабела. |
| Обучение и софтуер за процеси | Операторите се нуждаят от отделни рецепти, TCP стойности и безопасни стъпки за смяна за дъгово заваряване, лазерно заваряване и лазерно рязане. |
| Защитна обвивка | Защитата при дъгово заваряване не е същата като лазерната безопасност. Всяко лазерно надграждане изисква отново защита, заключвания, лични предпазни средства, извличане на изпарения и преглед на аварийното спиране. |
Основният процес „Направи си сам“
Самата конверсия не е сложна по концепция. Основната работа е механичното монтиране, съвпадане на сигналите, обучение на пътя и настройка на процеса.
- Проектирайте монтажа: създайте метална монтажна конзола, която фиксира ръчната лазерна заваръчна глава WeldAir към крайния фланец на кобота.
- Съвпаднете сигналите: свържете ключовите сигнални процеси между ръчния лазерен заварчик и системата за управление на робота.
- Обучете пътя: използвайте ръчно насочено обучение с кобот, за да изградите повторяем път за рязане или заваряване.
- Настройте параметрите: коригирайте височината на фокуса, налягането на газа, скоростта, изхода на лазера и поведението на подаване на тел според нуждите.
Стъпка 1: Изградете стабилна монтажна конзола
Първата стъпка е да се проектира метална структурна част, която здраво да държи ръчната заваръчна глава WeldAir на колаборативния робот. Тази конзола може да изглежда като малък детайл, но тя пряко влияе на стабилността, безопасността и повторяемостта.
Конзолата трябва да държи главата стабилна по време на движение, да оставя достатъчно място за поддръжка на дюзата и лещата и да избягва претоварване на китката на робота. Маршрутирането на кабелите също е важно. Влакнестият кабел, контролният кабел, газовата тръба и пътят за подаване на тел не трябва да се дърпат или притискат по време на движение на робота.
Стъпка 2: Свържете сигналите на процеса
След като главата за заваряване е монтирана, ръчният лазерен заварчик и роботът трябва да комуникират. В този проект ключовите сигнали включваха емисия на лазера, контрол на заваряването, подаване на тел и подаване на защитен или помощен газ.
Целта не е да се направи системата ненужно сложна. Целта е синхронизация. Когато роботът достигне началната точка, процесът трябва да започне в правилната последователност. Когато роботът завърши пътя, лазерът и свързаните изходи трябва да спрат надеждно.
За платформа с двоен процес този сигнален работен процес става още по-важен. Дъговото заваряване може да изисква стартиране на дъгата, газ, подаване на тел, контрол на ток или напрежение и обратна връзка от алармата на заварчика. Лазерното заваряване изисква активиране на лазера, контрол на емисията, газ, подаване на тел при използване, статус на охлаждане с вода или въздух и лазерни защитни заключвания. Роботът никога не трябва да третира тези два инструмента като едно и също устройство.
Стъпка 3: Обучение на път за рязане или заваряване
Тук колаборативният робот става полезен за работа „направи си сам“. Вместо да пише сложна роботна програма отначало, операторът може да движи кобота ръчно, да записва точки и да създава повторяем път.
За тест за рязане фокусът обикновено е върху траекторията, височината на рязане, газовото налягане, мощността на лазера и скоростта на движение на робота. За тест за заварка операторът трябва да вземе предвид и ъгъла на горелката, позицията на шева, подаването на тел и скоростта на заваряване.
Стъпка 4: Настройка на фокуса, газа и скоростта
Първото рязане или заварка рядко е крайният резултат. Процесът трябва да се настройва. Основните точки за настройка на Брус бяха позицията на фокуса, разстоянието между заваръчната глава и материала, газовото налягане и скоростта на движение на робота.
Ако рязането не е чисто, екипът може да коригира височината на фокуса, силата на газа и скоростта. Ако резултатът от заварката е непоследователен, екипът може да провери ъгъла на горелката, точността на пътя, подаването на тел и параметрите на лазера.
Къде този комплект има смисъл
Тази конверсия WeldAir + кобот най-добре се разбира като гъвкава концепция за автоматизация, а не като заместител на специализиран лазерен режещ апарат за листов метал. Полезна е, когато работата изисква повторяемост, но не оправдава изграждането на пълна CNC режеща платформа.
- Повтаряща се заварка на един продукт, където умората при ръчна работа влияе на последователността.
- Триизмерни или наклонени детайли, които не пасват естествено на плоска маса.
- Проби с малки серии, валидиране от интегратор или демонстрации в работилница.
- Леки тестове за рязане, където обемът и дебелината на рязане са ограничени.
- Клиенти, които искат да изследват автоматизация с помощта на съществуващ ръчен лазерен заварчик.
- Работилници, които вече имат нужда от автоматизация на дъгова заварка, но също искат да оценят лазерната заварка за тънколистови части.
Какво трябва да се потвърди преди смяна на инструмента
Привлекателната част на споделена платформа с кобот е ясна: използвайте дъгова заварка, когато са необходими топлина, пълнителен метал и проникване; използвайте лазерна заварка, когато са важни скорост, ниска деформация и качество на тънки листове. Но инженерният преглед трябва да е на първо място.
- Товароносимост на робота и въртящ момент на китката: включва инструмента, скобата, горелката или лазерната глава, кабелното опъване, газовата тръба, пътя за подаване на тел и всякакъв хардуер за бърза смяна.
- Крайна фланец и център на инструмента (TCP): потвърдете дали дъговият горелка и лазерната глава могат да се монтират повторяемо и дали могат да се съхраняват и извикват отделни стойности на TCP.
- Маршрутизиране на кабели и влакна: лазерният влакнест кабел има ограничения за радиуса на огъване и не трябва да се маршрутизира като кабел за дъгова заварка.
- I/O и контрол на процеса: стартиране на дъгата, газ, подаване на тел, излъчване на лазера, активиране на безопасността и обратна връзка за аларми трябва да бъдат ясно картографирани.
- Софтуерен работен процес: операторите се нуждаят от отделни рецепти за процеса и безопасни стъпки за смяна, а не само механична подмяна.
- Защитна обвивка: станция за дъгова заварка с кобот и станция за лазерна заварка с кобот имат различни рискове за безопасност. Лазерното покритие, заключващите устройства, личните предпазни средства, извличането на изпарения, аварийното спиране и местните стандарти трябва да се прегледат отново.
Инженерни бележки преди опитване
- Проверете полезния товар: потвърдете полезния товар на робота, въртящия момент на китката, теглото на скобата, теглото на главата и натоварването на кабелите преди изпълнение на пътищата.
- Защитете кабелите: планирайте маршрути за влакна, газ, електричество и подаване на тел така, че движението на робота да не създава напрежение или остри завои.
- Използвайте безопасна последователност: лазерният изход, газът, подаването на тел и движението на робота трябва да се стартират и спират в контролирана последователност.
- Приоритизирайте безопасността: използвайте подходящо лазерно защитно покритие, заключващи устройства, лични предпазни средства, извличане на изпарения, аварийно спиране и местни процедури за безопасност.
Заключение
Този проект „направи си сам“ показва практичен начин да се превърне ръчен лазерен заварчик WeldAir в инструмент за процес, воден от робот. Конверсията започва с монтажна скоба, продължава със съвпадение на сигналите и след това използва обучение на кобота за повторение на пътища за рязане или заваряване.
Това не е предназначено да замени професионален CNC лазерен режещ апарат. Вместо това дава на потребителите на ръчни лазери още един път: да запазят гъвкавостта на ръчна лазерна система, но да позволят на колаборативен робот да поеме повторяемото движение.
Следващата стъпка не е просто лазерна срещу дъгова заварка. По-интересна посока е гъвкава платформа с кобот, която може да се оценява и за двете: дъгова заварка за по-дебела конструктивна работа и WeldAir лазерна заварка или леко рязане за тънки листове, с ниска деформация и малки серии. За много работилници тази комбинация може да е истинската стойност на автоматизацията с коботи.
За реален преглед на проекта подгответе типа материал, дебелината, снимки на частите, желаното качество на заварката или рязане, формата на пътя, ограниченията на закрепването, обхвата на робота, полезния товар, наличната защитна обвивка и изискванията за промяна на процеса. Тези детайли определят дали фиксиран CNC модул, конверсия на кобот, пакет за дъгова заварка с кобот или специализирана машина е по-доброто решение.
