Kann ein handgeführter Laserschweißer zu einem robotergeführten Schweiß- und leichten Schneidwerkzeug werden? In diesem DIY-Projekt nutzten wir den WeldAir-Handlaserschweißer als Basissystem, montierten den handgeführten Schweißkopf auf einen Kollaborationsroboter und verbanden die grundlegenden Prozesssignale, damit der Roboter einen erlernten Pfad wiederholen kann.
Demo: Der Cobot führt den WeldAir-Handlaser durch einfache Schneid- und Schweißtests.
Warum eine Cobot-Umrüstung versuchen?
Handgeführtes Laserschweißen ist flexibel, aber das Endergebnis hängt stark vom Bediener ab. Schweißwinkel, Vorschubgeschwindigkeit, Handstabilität, Haltung und Ermüdung beeinflussen die Naht. Bei wiederholtem Schweißen an einem Produkt kann manuelle Bedienung ermüdend sein, und die Konsistenz über lange Serien schwer aufrechtzuerhalten.
Bruce, der Ingenieur hinter dieser DIY-Umrüstung, begann mit diesem praktischen Problem. Wenn ein Kollaborationsroboter die Armbewegung des Bedieners ersetzen kann, wird der Prozess leichter wiederholbar. Das Handlasersystem liefert weiterhin den Laser, Schweißkopf, Gas und Drahtvorschub, während der Cobot die kontrollierte Bewegung übernimmt.
Die Idee ist einfach: Behalten Sie die vertraute WeldAir-Handlaserausrüstung bei, verwenden Sie aber einen Kollaborationsroboter als Bewegungsplattform für wiederholbare Schweißpfade und leichte Schneidetests.
Bewertung eines Dobot CRA Roboters als Bewegungsplattform
Nach dem WeldAir-Cobot-Test stellt sich die nächste praktische Frage, ob eine dokumentierte Kollaborationsroboter-Plattform verschiedene Schweißverfahren unterstützen kann, wenn das Endwerkzeug, die Signale, die Kabelführung und das Sicherheitssystem für die Anwendung ausgelegt sind.
Der Dobot CRA Serien-Kollaborationsroboter ist hier in drei Konfigurationen erhältlich: CR5A, CR10A und CR12A. Ihre Nennlasten und Arbeitsradien betragen jeweils 5 kg / 900 mm, 10 kg / 1300 mm und 12 kg / 1200 mm. Alle drei sind Sechs-Achsen-Roboter und unterstützen Drag-Lehre, grafische Programmierung und beliebige Montagewinkel.
Dieses Angebot bezieht sich auf die ausgewählte Dobot CRA Roboterkonfiguration, nicht auf eine komplette Lichtbogen- oder Laserschweißstation. Eine funktionierende Schweißzelle kann zusätzlich eine Schweiß- oder Laserquelle, Brenner oder Schweißkopf, Montagehalterung, Drahtvorschub, Kühl- und Gasausrüstung, Vorrichtungen, Kabelmanagement, Schutzvorrichtungen, Prozesssoftware und Systemintegration erfordern. Der endgültige Inhalt muss im Angebot und der Packliste bestätigt werden.
Dobot CRA Sechs-Achsen-Kollaborationsroboter mit Steuerung, Drag-Lehre, grafischer Programmierung und beliebiger Montagewinkel.
Dies ist für das WeldAir-Projekt nützlich, da der CRA-Roboter als wiederholbare Bewegungsplattform bewertet werden kann. Eine Werkstatt, die bereits einen handgeführten Laserschweißer besitzt, kann prüfen, ob eines der drei CRA-Modelle die erforderliche Nutzlast, Reichweite, den Arbeitsbereich und die Schnittstellen für robotergeführtes Schweißen oder leichte Schneidtests bietet. Siehe Dobot CRA Series Collaborative Robot — CR5A / CR10A / CR12A.
Wichtiger Hinweis: Das bedeutet nicht, dass ein Dobot CRA Roboter sofort einen WeldAir Laser-Kopf akzeptieren kann. Nutzlast und Schwerpunkt, Endflanschmontage, Kabelführung, I/O-Signale, Prozesssequenzierung und Lasersicherheit müssen alle geprüft werden, bevor eine Konfiguration als kompatibel gilt.
| Dobot CRA Modell | Nutzlast | Arbeitsradius | Ausgangspunkt der Auswahl |
|---|---|---|---|
| CR5A | 5 kg | 900 mm | Hier starten, wenn die gesamte mitgeführte Last leichter ist und die Anwendung in den kleineren Arbeitsradius passt. |
| CR10A | 10 kg | 1300 mm | Bietet den längsten Arbeitsradius dieser drei Modelle mit einer Nennlast von 10 kg. |
| CR12A | 12 kg | 1200 mm | Bietet die höchste Nennlast dieser drei Modelle mit einem Arbeitsradius von 1200 mm. |
Die Modellauswahl muss den Schweißkopf, die Halterung, am Handgelenk geführte Kabel und Schläuche, Zubehör, Werkstück bei Mitführung, Schwerpunkt, Nutzlastkurve und den kompletten Arbeitsbereich umfassen.
Warum nicht einfach den Handkopf an einem CNC-Modul montieren?
Viele Nutzer fragen, ob ein handgeführter Laser-Schweißkopf an einem kleinen CNC-Tisch oder XY-Bewegungsmodul zum Schneiden befestigt werden kann. Dieser Ansatz kann für flache Bleche, einfache Profile und wiederholte ebene Arbeiten sinnvoll sein. Aber er passt nicht immer am besten zur tatsächlichen Arbeitsweise von handgeführten Laseranwendern.
In vielen Werkstätten ist der Schneidbedarf gelegentlich, das Material nicht sehr dick, und der eigentliche Wert liegt weiterhin im flexiblen Schweißen. Ein fester Tisch kann nützlich sein, begrenzt aber auch das Werkstück auf die Tischgröße und meist flache Geometrien. Ein Cobot kann um ein Teil herumreichen, aus verschiedenen Winkeln anfahren und natürlicher zwischen Schweißen und leichten Schneiddemonstrationen wechseln.
| Thema | Kleine CNC- oder XY-Einheit | WeldAir + Cobot-Umrüstung |
|---|---|---|
| Bewegungsplattform | Der Laser-Kopf ist an einem flachen Bewegungstisch befestigt. | Der WeldAir-Handkopf ist am Ende eines kollaborativen Roboters befestigt. |
| Werkstückpassung | Das Teil muss normalerweise auf das Bett oder die Vorrichtung passen. | Der Roboter kann näher an das Werkstück heranfahren und aus mehreren Richtungen anfahren. |
| Pfad-Einrichtung | Meist näher an CNC-Programmierung oder importierten flachen Profilen. | Kann handgeführtes Teach-in für Punkte und einfache Trajektorien verwenden. |
| Beste Verwendung | Flaches, wiederholtes, tischbasiertes Schneiden. | Wiederholtes Schweißen, dreidimensionaler Zugang, Demos und leichte Schneidtests. |
| Hauptbeschränkung | Weniger flexibel bei unhandlichen oder dreidimensionalen Werkstücken. | Kein Ersatz für einen dedizierten Hochgeschwindigkeits-Blechlaserschneider. |
Von der DIY-Umrüstung zur gemeinsamen Roboterplattform
Die stärkste Kauflogik beschränkt sich nicht auf einen Prozess. Ein Dobot CRA-Roboter kann als Bewegungsplattform für mehrere Werkstattaufgaben bewertet werden, aber jeder Prozess erfordert sein eigenes kompatibles Endwerkzeug, Montagematerial, Prozessausrüstung, Steuersignale, Kabelverlegung, Software-Workflow und Sicherheitsbewertung.
Wenn der Kunde bereits einen handgeführten Laserschweißer besitzt, kann ein CRA-Roboter als Ausgangspunkt für eine konstruierte Zelle betrachtet werden. Lichtbogenschweißen, Laserschweißen und leichtes Laserschneiden haben unterschiedliche Ausrüstungs- und Sicherheitsanforderungen; keines dieser Prozesspakete ist im Roboter enthalten, sofern dies nicht ausdrücklich im endgültigen Angebot angegeben ist.
Praktischer Wert: Ein richtig ausgewählter Roboter kann eine gemeinsame Bewegungsplattform für die Bewertung von Lichtbogenschweißen, Laserschweißen und leichtem Laserschneiden bieten. Die tatsächliche Eignung hängt vom gewählten CRA-Modell, der gesamten Traglast, dem Schwerpunkt, dem Arbeitsbereich, den Schnittstellen, der Prozessausrüstung, der Integration und dem Sicherheitsdesign ab.
Für Käufer, die bereits einen handgeführten Laserschweißer besitzen, sollte die Auswahl mit CR5A, CR10A und CR12A entsprechend der gesamten Traglast und der erforderlichen Reichweite beginnen. Die Montagehalterung, der Schwerpunkt der Nutzlast, Kabelverlegung, I/O, Prozessausrüstung und Sicherheitssystem müssen dann vor jedem Schweiß- oder Schneidetest überprüft werden.
| Prozess | Wo es am besten passt | Warum es bei einem Cobot wichtig ist |
|---|---|---|
| Lichtbogenschweißen | Dickeres Material, größere Schweißperlen, Strukturteile, Arbeiten, die Zusatzwerkstoff und höhere Spaltmaßtoleranz erfordern. | Der Cobot wiederholt den Fackelpfad, während der Lichtbogenprozess schwerere Fertigungsarbeiten übernimmt. |
| Laserschweißen | Dünnblech, geringe Wärmeeinbringung, sauberere Schweißnähte, geringere Verformung, Edelstahl, Schrankbau, kleine Baugruppen. | Der Cobot hilft, Reisegeschwindigkeit, Winkel und Position konstant zu halten für reproduzierbare Laserschweißungen. |
| Laserschneiden mit Licht | Dünnes Material, kleine Schnitte, Nachbearbeitung, Demonstrationsarbeiten und flexible Werkstattversuche. | Der gleiche Roboterpfad kann für einfache Schneidetests verwendet werden, wenn ein dedizierter Blechlaserschneider nicht gerechtfertigt ist. |
| Gemeinsame Cobot-Basis | Werkstätten, die bereits einen handgeführten Laserschweißer besitzen oder planen, ihn zu verwenden, aber auch robotergestütztes Lichtbogenschweißen für dickere Teile benötigen. | Der Wert liegt nicht nur in der Automatisierung. Es ist Dickblech-Lichtbogenschweißen, Dünnblech-Laserschweißen und Dünnblech-Laserschneiden von einer einzigen Bewegungsplattform. |
| Verpackungseinheit | Warum es wichtig ist, bevor ein Laserwerkzeug hinzugefügt wird |
|---|---|
| Roboterkörper und Reichweite | Nutzlast, Reichweite, Handgelenksmoment und Wiederholgenauigkeit entscheiden, ob der Laser-Kopf, die Halterung, Kabel und optionales Schnellwechselwerkzeug sicher getragen werden können. |
| Schweißquelle und Prozess-I/O | Lichtbogenschweißen und Laserschweißen benötigen unterschiedliche Startsignale, Gas-Timing, Alarmrückmeldungen und Prozessverriegelungen. Die Steuerungsschnittstelle muss überprüft, nicht angenommen werden. |
| Brenner-, Draht-, Gas- und Kühlungsanordnung | Der bestehende Lichtbogenschweißkabelweg ist möglicherweise nicht für ein Laserfaser-, Laser-Kopfkabel oder Zusatzgasleitung geeignet. Bewegungstests sollten Biegeradius und Kabelzug bestätigen. |
| Lehr- und Prozesssoftware | Bediener benötigen separate Rezepte, TCP-Werte und sichere Umrüstschritte für Lichtbogenschweißen, Laserschweißen und Laserlichtschneiden. |
| Sicherheitsgehäuse | Lichtbogenschutz ist nicht dasselbe wie Lasersicherheit. Jede Laseraufrüstung erfordert erneut Schutz, Verriegelungen, PSA, Rauchabsaugung und Not-Aus-Überprüfung. |
Der Kern-DIY-Prozess
Die Umrüstung selbst ist konzeptionell nicht kompliziert. Die Hauptarbeit besteht in mechanischer Montage, Signalabgleich, Pfad-Lehre und Prozessoptimierung.
- Halterung entwerfen: Eine Metall-Montagehalterung erstellen, die den WeldAir handgeführten Laserschweißkopf an der Cobot-Endflansch befestigt.
- Signale abgleichen: Die wichtigen Prozesssignale zwischen dem handgeführten Laserschweißer und dem Robotersteuerungssystem verbinden.
- Pfad lehren: Mit handgeführtem Cobot-Teaching eine wiederholbare Schneid- oder Schweißbahn erstellen.
- Parameter einstellen: Fokus-Höhe, Gasdruck, Geschwindigkeit, Laserleistung und Drahtzufuhrverhalten nach Bedarf anpassen.
Schritt 1: Stabile Montagehalterung bauen
Der erste Schritt ist die Konstruktion eines Metallbauteils, das den WeldAir handgeführten Schweißkopf fest am kollaborativen Roboter hält. Diese Halterung mag wie ein kleines Detail erscheinen, beeinflusst aber direkt Stabilität, Sicherheit und Wiederholgenauigkeit.
Die Halterung muss den Kopf während der Bewegung stabil halten, genügend Platz für die Wartung von Düse und Linse lassen und eine Überlastung des Roboter-Handgelenks vermeiden. Auch die Kabelführung ist wichtig. Das Faseroptikkabel, Steuerkabel, Gasleitung und Drahtzufuhrweg dürfen bei der Roboterbewegung nicht gezogen oder eingeklemmt werden.
Schritt 2: Prozesssignale verbinden
Nachdem der Schweißkopf montiert ist, müssen der handgeführte Laserschweißer und der Roboter kommunizieren. In diesem Projekt umfassen die Schlüsselsignale Laseremission, Schweißsteuerung, Drahtzufuhr und Schutzgas- oder Zusatzgasstrom.
Das Ziel ist es nicht, das System unnötig komplex zu machen. Das Ziel ist Synchronisation. Wenn der Roboter den Startpunkt erreicht, sollte der Prozess in der richtigen Reihenfolge starten. Wenn der Roboter den Pfad beendet, sollten der Laser und die zugehörigen Ausgänge zuverlässig stoppen.
Für eine Dual-Prozess-Plattform wird diese Signalarbeit noch wichtiger. Lichtbogenschweißen benötigt eventuell Lichtbogenstart, Gas, Drahtzufuhr, Strom- oder Spannungsregelung und Rückmeldung von Schweißerwarnungen. Laserschweißen benötigt Laserfreigabe, Emissionskontrolle, Gas, Drahtzufuhr bei Verwendung, Wasser- oder Luftkühlstatus und Lasersicherheitsverriegelungen. Der Roboter darf diese beiden Werkzeuge niemals als dasselbe Gerät behandeln.
Schritt 3: Einen Schneid- oder Schweißpfad lehren
Hier wird der kollaborative Roboter für DIY-Arbeiten nützlich. Anstatt ein komplexes Roboterprogramm von Anfang an zu schreiben, kann der Bediener den Cobot von Hand bewegen, Punkte aufzeichnen und einen wiederholbaren Pfad erstellen.
Bei einem Schneidtest liegt der Fokus meist auf der Trajektorie, Schnitthöhe, Gasdruck, Laserleistung und Roboterfahrgeschwindigkeit. Bei einem Schweißtest muss der Bediener zusätzlich Brennerwinkel, Nahtposition, Drahtzufuhr und Schweißgeschwindigkeit berücksichtigen.
Schritt 4: Fokus, Gas und Geschwindigkeit anpassen
Der erste Schnitt oder Schweißvorgang ist selten das Endergebnis. Der Prozess muss abgestimmt werden. Bruces Hauptanpassungspunkte waren die Fokusposition, der Abstand zwischen Schweißkopf und Material, der Gasdruck und die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters.
Ist die Schnittkante nicht sauber, kann das Team Fokuslage, Gasstärke und Geschwindigkeit anpassen. Bei inkonsistentem Schweißergebnis werden Brennerwinkel, Pfadgenauigkeit, Drahtzufuhr und Laserparameter überprüft.
Wo diese Einrichtung Sinn macht
Diese WeldAir + Cobot-Umrüstung ist am besten als flexibles Automatisierungskonzept zu verstehen, nicht als Ersatz für einen dedizierten Blechlaserschneider. Sie ist sinnvoll, wenn Wiederholbarkeit gefragt ist, aber der Aufbau einer vollwertigen CNC-Schneidanlage nicht gerechtfertigt ist.
- Wiederholtes Schweißen an einem einzelnen Produkt, bei dem manuelle Ermüdung die Konsistenz beeinträchtigt.
- Dreidimensionale oder geneigte Werkstücke, die nicht natürlich auf einen flachen Tisch passen.
- Kleinserienversuche, Validierung durch Integratoren oder Werkstattvorführungen.
- Leichte Schneidtests, bei denen das Schneidvolumen und die Dicke begrenzt sind.
- Kunden, die Automatisierung mit einem vorhandenen handgeführten Laserschweißgerät erkunden wollen.
- Werkstätten, die bereits eine Automatisierung des Lichtbogenschweißens benötigen, aber auch das Laserschweißen für Blechbauteile evaluieren möchten.
Was vor dem Werkzeugwechsel bestätigt werden muss
Der attraktive Aspekt einer gemeinsamen Cobot-Plattform ist klar: Lichtbogenschweißen dort einsetzen, wo Hitze, Zusatzwerkstoff und Durchdringung benötigt werden; Laserschweißen dort, wo Geschwindigkeit, geringe Verformung und Blechqualität entscheidend sind. Doch die technische Überprüfung muss zuerst erfolgen.
- Roboter-Nutzlast und Handgelenkdrehmoment: umfasst das Werkzeug, die Halterung, die Brenner- oder Laseroptik, Kabelzug, Gasleitung, Drahtzufuhrweg und jegliche Schnellwechselvorrichtungen.
- Endflansch und Werkzeugmittelpunkt: Bestätigen Sie, ob die Lichtbogenbrenner- und Laser-Kopfmontage wiederholbar ist und ob separate TCP-Werte gespeichert und abgerufen werden können.
- Kabel- und Faserführung: Ein Laserfaser-Kabel hat Biegeradiusgrenzen und darf nicht wie ein Lichtbogenschweißkabel verlegt werden.
- E/A und Prozesssteuerung: Lichtbogenstart, Gas, Drahtzufuhr, Laseremission, Sicherheitserlaubnis und Alarmrückmeldung müssen klar zugeordnet werden.
- Softwareablauf: Bediener benötigen separate Prozessrezepte und sichere Umrüstschritte, nicht nur einen mechanischen Wechsel.
- Sicherheitsumhausung: Eine Cobot-Lichtbogenschweißstation und eine Cobot-Laserschweißstation haben unterschiedliche Sicherheitsrisiken. Laserschutz, Verriegelungen, PSA, Rauchabsaugung, Not-Aus und lokale Standards müssen erneut überprüft werden.
Technische Hinweise vor dem Ausprobieren
- Nutzlast prüfen: Bestätigen Sie vor dem Ausführen der Pfade die Roboter-Nutzlast, Handgelenkdrehmoment, Halterungsgewicht, Kopfgewicht und Kabelbelastung.
- Kabel schützen: Planen Sie Faser-, Gas-, Strom- und Drahtzufuhrwege so, dass die Roboterbewegung keine Spannung oder scharfe Biegungen verursacht.
- Sichere Abläufe verwenden: Laserleistung, Gas, Drahtzufuhr und Roboterbewegung sollten in einer kontrollierten Reihenfolge gestartet und gestoppt werden.
- Sicherheit priorisieren: Verwenden Sie geeignete Laserschutzvorrichtungen, Verriegelungen, PSA, Rauchabsaugung, Not-Aus und lokale Sicherheitsverfahren.
Fazit
Dieses DIY-Projekt zeigt einen praktischen Weg, einen WeldAir-Handlaserschweißer in ein robotergeführtes Prozesswerkzeug zu verwandeln. Die Umrüstung beginnt mit einer Montagehalterung, geht über Signalabstimmung und nutzt dann Cobot-Programmierung, um Schneid- oder Schweißpfade zu wiederholen.
Sie soll keinen professionellen CNC-Laserschneider ersetzen. Stattdessen bietet sie Handlasernutzern einen anderen Weg: die Flexibilität eines Handlasersystems beibehalten, aber einen kollaborativen Roboter die wiederholbaren Bewegungen ausführen lassen.
Der nächste Schritt ist nicht einfach Laser- versus Lichtbogenschweißen. Eine interessantere Richtung ist eine flexible Cobot-Plattform, die für beides bewertet werden kann: Lichtbogenschweißen für dickere Strukturarbeiten und WeldAir-Laserschweißen oder leichtes Schneiden für Dünnblech, verzerrungsarme und Kleinserienaufträge. Für viele Werkstätten könnte diese Kombination der eigentliche Wert der Cobot-Automatisierung sein.
Für eine echte Projektbewertung bereiten Sie den Materialtyp, die Dicke, Fotos der Teile, die gewünschte Schweiß- oder Schnittqualität, die Pfadform, Vorrichtungseinschränkungen, Roboterreichweite, Nutzlast, verfügbare Sicherheitsumhausung und Prozessänderungsanforderungen vor. Diese Details bestimmen, ob ein festes CNC-Modul, eine Dobot CRA-Umrüstung, eine integrierte Schweißzelle oder eine spezielle Maschine die bessere Lösung ist.
