Может ли ручной лазерный сварщик стать инструментом для сварки и лёгкой резки под управлением робота? В этом проекте DIY мы использовали ручной лазерный сварщик WeldAir в качестве базовой системы, установили ручную сварочную головку на коллаборативного робота и подключили основные сигналы процесса, чтобы робот мог повторять обученную траекторию.
Демонстрация: коллаборативный робот направляет ручную лазерную головку WeldAir через простые тесты резки и сварки.
Зачем пробовать конвертацию с коллаборативным роботом?
Ручная лазерная сварка гибкая, но конечный результат сильно зависит от оператора. Угол сварки, скорость перемещения, устойчивость руки, поза и усталость влияют на качество шва. При повторной сварке одного изделия ручная работа может утомлять, и поддерживать стабильность качества на длительных сериях сложно.
Брюс, инженер, стоящий за этим проектом DIY, начал с этой практической задачи. Если коллаборативный робот может заменить движение руки оператора, процесс становится проще для повторения. Ручная лазерная система по-прежнему обеспечивает лазер, сварочную головку, подачу газа и проволоки, а коллаборативный робот обеспечивает контролируемое движение.
Идея проста: сохранить знакомое ручное лазерное оборудование WeldAir, но использовать коллаборативного робота в качестве платформы движения для повторяемых сварочных траекторий и лёгких резов.
Оценка робота Dobot CRA в качестве платформы движения
После теста коллаборативного робота WeldAir следующий практический вопрос — может ли документированная платформа коллаборативного робота поддерживать различные сварочные процессы, если конечный инструмент, сигналы, прокладка кабелей и система безопасности разработаны для конкретного применения.
Коллаборативный робот серии Dobot CRA доступен здесь в трёх конфигурациях: CR5A, CR10A и CR12A. Их номинальная грузоподъёмность и рабочие радиусы составляют соответственно 5 кг / 900 мм, 10 кг / 1300 мм и 12 кг / 1200 мм. Все три робота имеют шесть осей и поддерживают обучение перетаскиванием, графическое программирование и установку под любым углом.
В этом объявлении представлена выбранная конфигурация робота Dobot CRA, а не полноценная станция для дуговой или лазерной сварки. Для рабочей сварочной ячейки дополнительно могут потребоваться сварочный или лазерный источник, горелка или сварочная головка, монтажный кронштейн, подающий механизм проволоки, оборудование для охлаждения и подачи газа, приспособления, управление кабелями, защитные ограждения, программное обеспечение для процесса и системная интеграция. Окончательное содержимое должно быть подтверждено в коммерческом предложении и упаковочном листе.
Коллаборативный робот Dobot CRA с шестью осями, контроллером, обучением перетаскиванием, графическим программированием и установкой под любым углом.
Это полезно для проекта WeldAir, потому что робот CRA можно оценить как платформу для повторяемого движения. Мастерская, которая уже владеет ручным лазерным сварщиком, может оценить, соответствует ли одна из трех моделей CRA требуемой полезной нагрузке, досягаемости, рабочему объему и интерфейсам для сварки с управлением роботом или легких испытаний резки. См. Коллаборативный робот серии Dobot CRA — CR5A / CR10A / CR12A.
Важное примечание: это не означает, что робот Dobot CRA сразу может принять лазерную головку WeldAir. Необходимо проверить полезную нагрузку и центр тяжести, крепление на фланце, прокладку кабелей, сигналы ввода/вывода, последовательность процессов и безопасность лазера перед подтверждением совместимости конфигурации.
| Модель Dobot CRA | Номинальная полезная нагрузка | Рабочий радиус | Точка начала выбора |
|---|---|---|---|
| CR5A | 5 кг | 900 мм | Начинайте здесь, если полная переносимая нагрузка легче, а применение укладывается в меньший рабочий радиус. |
| CR10A | 10 кг | 1300 мм | Обеспечивает самый большой рабочий радиус из этих трех моделей с номинальной полезной нагрузкой 10 кг. |
| CR12A | 12 кг | 1200 мм | Обеспечивает наибольшую номинальную полезную нагрузку из этих трех моделей с рабочим радиусом 1200 мм. |
Выбор модели должен включать сварочную головку, кронштейн, кабели и шланги на запястье, аксессуары, заготовку, если она переносится, центр тяжести, кривую полезной нагрузки и полный рабочий объем.
Почему просто не установить ручную головку на ЧПУ-модуль?
Многие пользователи спрашивают, можно ли закрепить ручную лазерную сварочную головку на малом ЧПУ-столе или XY-модуле для резки. Такой подход может иметь смысл для плоских листов, простых профилей и повторяющейся плоской работы. Но это не всегда лучшее решение для реального способа работы пользователей ручного лазера.
Во многих мастерских требования к резке возникают время от времени, материал не очень толстый, а реальная ценность по-прежнему в гибкой сварке. Фиксированный стол может быть полезен, но он также ограничивает заготовку размером стола и в основном плоской геометрией. Кобот может обойти деталь, подойти с разных углов и более естественно переключаться между сваркой и легкими демонстрациями резки.
| Тема | Малый ЧПУ или XY-модуль | Преобразование WeldAir + Cobot |
|---|---|---|
| Платформа движения | Лазерная головка закреплена на плоском движущемся столе. | Ручная головка WeldAir закреплена на конце коллаборативного робота. |
| Подгонка заготовки | Деталь обычно должна помещаться на стол или в область крепления. | Робот может приблизиться к заготовке и подойти с разных направлений. |
| Настройка пути | Обычно ближе к программированию ЧПУ или импортированным плоским профилям. | Можно использовать ручное обучение для точек и простых траекторий. |
| Лучшее применение | Плоская, повторяющаяся резка на столе. | Повторная сварка, трехмерный доступ, демонстрации и легкие испытания резки. |
| Основное ограничение | Менее гибок для неудобных или трехмерных заготовок. | Не является заменой специализированного высокоскоростного лазерного резака для листового металла. |
От самостоятельной переделки к общей платформе робота
Самая сильная логика покупки не ограничивается одним процессом. Робот Dobot CRA может рассматриваться как платформа движения для нескольких задач в мастерской, но каждый процесс требует собственного совместимого конечного инструмента, монтажного оборудования, оборудования процесса, управляющих сигналов, прокладки кабелей, программного обеспечения и оценки безопасности.
Если у клиента уже есть ручной лазерный сварочный аппарат, робот CRA можно рассматривать как отправную точку для инженерной ячейки. Дуговая сварка, лазерная сварка и легкая лазерная резка требуют разного оборудования и требований безопасности; ни один из этих пакетов процессов не включен в комплект робота, если это специально не указано в окончательном коммерческом предложении.
Практическая ценность: один правильно выбранный робот может обеспечить общую платформу движения для оценки дуговой сварки, лазерной сварки и легкой лазерной резки. Фактическая пригодность зависит от выбранной модели CRA, полной грузоподъемности, центра тяжести, рабочего объема, интерфейсов, оборудования процесса, интеграции и конструкции безопасности.
Для покупателей, которые уже имеют ручной лазерный сварочный аппарат, обзор следует начать с выбора между CR5A, CR10A и CR12A в зависимости от полной грузоподъемности и необходимого радиуса действия. Затем необходимо проверить монтажный кронштейн, центр тяжести полезной нагрузки, прокладку кабелей, входы/выходы, оборудование процесса и систему безопасности перед любыми тестами сварки или резки.
| Процесс | Где это лучше всего подходит | Почему это важно для кобота |
|---|---|---|
| Дуговая сварка | Более толстый материал, большие сварные швы, конструкционные детали, работы, требующие присадочного металла и большей допускаемой зазора. | Кобот повторяет путь горелки, в то время как дуговой процесс выполняет более тяжелые сварочные работы. |
| Лазерная сварка | Тонкий лист, низкий тепловой ввод, более чистые швы, меньшая деформация, нержавеющая сталь, корпусные работы, мелкие сборки. | Кобот помогает поддерживать постоянную скорость перемещения, угол и положение для повторяемых лазерных сварных швов. |
| Лазерная резка светом | Тонкий материал, мелкие резы, обрезка, демонстрационные работы и гибкие тесты в мастерской. | Тот же путь робота можно использовать для простых тестов резки, когда специализированный лазерный резак для листов не оправдан. |
| Общая база кобота | Мастерские, которые уже имеют или планируют использовать ручной лазерный сварочный аппарат, но также нуждаются в роботизированной дуговой сварке для более толстых деталей. | Ценность заключается не только в автоматизации. Это дуговая сварка толстых пластин, лазерная сварка тонких листов и лазерная резка тонких листов на одной платформе движения. |
| Упаковочный элемент | Почему это важно перед добавлением лазерного инструмента |
|---|---|
| Корпус робота и радиус действия | Грузоподъемность, досягаемость, крутящий момент запястья и повторяемость определяют, можно ли безопасно нести лазерную головку, кронштейн, кабели и опциональный инструмент быстрой замены. |
| Источник сварки и входы/выходы процесса | Дуговая сварка и лазерная сварка требуют разных сигналов запуска, времени подачи газа, обратной связи по сигналам тревоги и блокировок процесса. Интерфейс управления должен быть проверен, а не принят на веру. |
| Расположение горелки, проволоки, газа и охлаждения | Существующий маршрут кабеля для дуговой сварки может не подходить для волоконного лазера, кабеля лазерной головки или линии подачи вспомогательного газа. Тесты движения должны подтвердить радиус изгиба и натяжение кабеля. |
| Программное обеспечение для обучения и процесса | Операторам нужны отдельные рецепты, значения TCP и безопасные процедуры переключения для дуговой сварки, лазерной сварки и лазерной резки. |
| Защитный кожух | Защита при дуговой сварке отличается от лазерной безопасности. Любое обновление лазера требует повторного рассмотрения защиты, блокировок, средств индивидуальной защиты, удаления дыма и аварийной остановки. |
Основной процесс DIY
Сам процесс конверсии по концепции несложен. Основная работа — механический монтаж, согласование сигналов, обучение траектории и настройка процесса.
- Проектирование крепления: создайте металлический монтажный кронштейн, который фиксирует ручную лазерную сварочную головку WeldAir на фланце коллаборативного робота.
- Согласование сигналов: подключите ключевые сигналы процесса между ручным лазерным сварочным аппаратом и системой управления роботом.
- Обучение траектории: используйте ручное обучение с помощью коллаборативного робота для создания повторяемой траектории резки или сварки.
- Настройка параметров: при необходимости отрегулируйте высоту фокуса, давление газа, скорость, мощность лазера и подачу проволоки.
Шаг 1: Создайте надежный монтажный кронштейн
Первым шагом является проектирование металлической конструкции, которая надежно удерживает ручную сварочную головку WeldAir на коллаборативном роботе. Этот кронштейн может показаться мелочью, но он напрямую влияет на стабильность, безопасность и повторяемость.
Кронштейн должен надежно фиксировать головку во время движения, оставлять достаточно места для обслуживания сопла и линзы, а также не перегружать запястье робота. Маршрутизация кабелей также важна. Волоконно-оптический кабель, управляющий кабель, газовая трубка и путь подачи проволоки не должны натягиваться или защемляться при движении робота.
Шаг 2: Подключите сигналы процесса
После установки сварочной головки необходимо обеспечить связь между ручным лазерным сварочным аппаратом и роботом. В этом проекте ключевыми сигналами были излучение лазера, управление сваркой, подача проволоки и подача защитного или вспомогательного газа.
Цель не в том, чтобы усложнять систему без необходимости. Цель — синхронизация. Когда робот достигает начальной точки, процесс должен запускаться в правильной последовательности. Когда робот заканчивает путь, лазер и связанные с ним выходы должны надежно отключаться.
Для платформы с двумя процессами эта сигнальная работа становится еще важнее. Для дуговой сварки могут потребоваться запуск дуги, газ, подача проволоки, контроль тока или напряжения и обратная связь по сигналам сварщика. Для лазерной сварки нужны включение лазера, контроль излучения, газ, подача проволоки при использовании, состояние водяного или воздушного охлаждения и лазерные защитные блокировки. Робот никогда не должен рассматривать эти два инструмента как одно и то же устройство.
Шаг 3: Обучение траектории резки или сварки
Здесь кобот становится полезным для самостоятельной работы. Вместо написания сложной программы робота с нуля оператор может вручную перемещать кобота, записывать точки и создавать повторяемый путь.
Для испытания резки фокус обычно на траектории, высоте реза, давлении газа, мощности лазера и скорости движения робота. Для испытания сварки оператор также должен учитывать угол горелки, положение шва, подачу проволоки и скорость сварки.
Шаг 4: Настройка фокуса, газа и скорости
Первый рез или сварка редко являются окончательным результатом. Процесс требует настройки. Основные точки регулировки Брюса — положение фокуса, расстояние между сварочной головкой и материалом, давление газа и скорость движения робота.
Если кромка реза не чистая, команда может отрегулировать высоту фокуса, силу газа и скорость. Если результат сварки нестабилен, команда может проверить угол горелки, точность траектории, подачу проволоки и параметры лазера.
Где эта установка имеет смысл
Преобразование WeldAir + кобот лучше понимать как концепцию гибкой автоматизации, а не как замену специализированного лазерного резака для листового металла. Это полезно, когда требуется повторяемость, но нет смысла создавать полноценную ЧПУ-платформу для резки.
- Повторяющаяся сварка одного изделия, где усталость оператора влияет на стабильность результата.
- Трехмерные или наклонные заготовки, которые неудобно размещать на плоском столе.
- Пробные испытания малых серий, проверка интегратора или демонстрации в мастерской.
- Легкие испытания резки, где объем и толщина реза ограничены.
- Клиенты, желающие исследовать автоматизацию с использованием существующего ручного лазерного сварочного аппарата.
- Мастерские, которым уже нужна автоматизация дуговой сварки, но которые также хотят оценить лазерную сварку для тонколистовых деталей.
Что необходимо подтвердить перед сменой инструмента
Привлекательность общей платформы коботов очевидна: используйте дуговую сварку там, где необходимы тепло, присадочный металл и проникновение; используйте лазерную сварку там, где важны скорость, низкая деформация и качество тонколистового материала. Но сначала необходимо провести инженерный обзор.
- Полезная нагрузка робота и крутящий момент на запястье: включают инструмент, кронштейн, горелку или лазерную головку, кабельный канал, газовую трубку, путь подачи проволоки и любое быстроразъемное оборудование.
- Концевая фланец и точка центра инструмента: подтвердите, можно ли повторно монтировать дуговой факел и лазерную головку, а также можно ли сохранять и вызывать отдельные значения TCP.
- Маршрутизация кабелей и волокна: лазерный волоконный кабель имеет ограничения по радиусу изгиба и не должен прокладываться так же, как кабель для дуговой сварки.
- Ввод/вывод и управление процессом: запуск дуги, газ, подача проволоки, излучение лазера, разрешение безопасности и обратная связь по авариям должны быть четко сопоставлены.
- Программный рабочий процесс: операторам нужны отдельные рецепты процессов и безопасные шаги переключения, а не просто механическая замена.
- Защитный кожух: сварочная станция с коботом для дуговой сварки и станция с коботом для лазерной сварки имеют разные риски безопасности. Лазерные экраны, блокировки, средства индивидуальной защиты, вытяжка, аварийная остановка и местные стандарты должны быть пересмотрены.
Инженерные заметки перед началом
- Проверьте грузоподъемность: подтвердите грузоподъемность робота, крутящий момент запястья, вес кронштейна, вес головки и нагрузку на кабели перед запуском траекторий.
- Защищайте кабели: планируйте маршруты для волокна, газа, электричества и подачи проволоки так, чтобы движения робота не создавали натяжения или резких изгибов.
- Используйте безопасную последовательность: включение и выключение лазера, подачи газа, подачи проволоки и движения робота должно происходить в контролируемой последовательности.
- Приоритет безопасности: используйте надлежащие лазерные экраны, блокировки, средства индивидуальной защиты, вытяжку, аварийную остановку и местные процедуры безопасности.
Заключение
Этот проект своими руками демонстрирует практический способ превратить ручной лазерный сварочный аппарат WeldAir в инструмент с управлением роботом. Конверсия начинается с монтажного кронштейна, продолжается согласованием сигналов и затем использует обучение кобота для повторения траекторий резки или сварки.
Это не предназначено для замены профессионального лазерного ЧПУ-резака. Вместо этого оно предлагает пользователям ручных лазеров другой путь: сохранить гибкость ручной лазерной системы, но позволить коллаборативному роботу выполнять повторяющиеся движения.
Следующий шаг — это не просто выбор между лазерной и дуговой сваркой. Более интересным направлением является гибкая платформа кобота, которую можно оценивать для обоих процессов: дуговая сварка для более толстых конструкций и лазерная сварка WeldAir или легкая резка для тонколистовых, с низкой деформацией и мелкосерийных работ. Для многих мастерских именно такое сочетание может стать настоящей ценностью автоматизации с помощью коботов.
Для реального обзора проекта подготовьте тип материала, толщину, фотографии деталей, желаемое качество сварки или резки, форму траектории, ограничения по креплению, досягаемость робота, грузоподъемность, доступный защитный кожух и требования к изменению процесса. Эти детали определяют, будет ли лучшим решением фиксированный ЧПУ-модуль, конверсия Dobot CRA, интегрированная сварочная ячейка или специализированная машина.
