Ali lahko ročni laserski varilec postane orodje za varjenje in lahkotno rezanje, vodeno z robotom? V tem DIY projektu smo uporabili ročni laserski varilec WeldAir kot osnovni sistem, ročno varilno glavo namestili na kolaborativnega robota in povezali osnovne procese signale, da je robot lahko ponovil naučeno pot.
Demo: cobot vodi ročno lasersko glavo WeldAir skozi preproste preizkuse rezanja in varjenja.
Zakaj preizkusiti preobrazbo v cobota?
Ročno lasersko varjenje je prilagodljivo, vendar končni rezultat še vedno močno vpliva na operaterja. Kot varjenja, hitrost premikanja, stabilnost roke, drža in utrujenost vsi vplivajo na varilni šiv. Pri ponavljajočem se varjenju na enem izdelku je ročno upravljanje lahko naporno, doslednost pa težko ohranjati pri dolgih serijah.
Bruce, inženir za to DIY preobrazbo, je začel s tem praktičnim problemom. Če lahko kolaborativni robot nadomesti gibanje roke operaterja, postane proces lažje ponovljiv. Ročni laserski sistem še vedno zagotavlja laser, varilno glavo, plin in možnost podajanja žice, medtem ko cobot zagotavlja nadzorovano gibanje.
Ideja je preprosta: ohraniti znano ročno lasersko strojno opremo WeldAir, vendar uporabiti kolaborativnega robota kot platformo za gibanje za ponovljive varilne poti in lahke preizkuse rezanja.
Nova ugotovitev iz paketa cobota za obločno varjenje
Po tem preizkusu WeldAir cobota smo na razstavi varjenja opazili tudi zanimivo smer: kompaktni paketi cobotov za obločno varjenje, zgrajeni okoli kolaborativnega robota, mobilne osnove, vira varjenja, gorilnika, usmerjanja kablov in učnega delovnega toka.
To je pomembno, ker spremeni vprašanje. Namesto da bi vprašali le, ali je mogoče ročno lasersko glavo namestiti na robota, se lahko mnoge delavnice vprašajo bolj praktično vprašanje: ali lahko ena platforma za gibanje cobota podpira različne varilne procese, če so končno orodje, signali in varnostni sistem ustrezno zasnovani?
Pregledani materiali so prikazovali paket za obločno varjenje kot celovito postajo, ne le kot golo robotsko roko. Praktičen paket običajno potrebuje robotsko telo, krmilnik, mobilno osnovo, vir varjenja, podajalnik žice, gorilnik, hlajenje ali plinsko podporo, usmerjanje kablov, učni vmesnik in programsko opremo za proces, da delujejo skupaj.
To je koristno za naš projekt WeldAir, ker daje samogradnji laserskega pretvornika bolj realen naslednji korak. Če delavnica že želi platformo cobota za oblokno varjenje in že ima ročni laserski varilec, lahko ista platforma za gibanje robota postane izhodišče za ocenjevanje laserskega varjenja in lahkega laserskega rezanja namesto nakupa ločenega avtomatizacijskega sistema za vsak proces.
POMEMBNO: to ne pomeni, da lahko vsak oblokni varilni cobot takoj sprejme lasersko glavo WeldAir. Nosilnost, pritrditev na končni flanš, usmerjanje kablov, I/O signali, zaporedje procesa in varnost laserja morajo biti vsi preverjeni, preden se platforma razglasi za združljivo.
Zakaj ne pritrditi ročne glave kar na CNC modul?
Veliko uporabnikov sprašuje, ali je mogoče ročno lasersko varilno glavo pritrditi na majhno CNC mizo ali XY modul za rezanje. Ta pristop je smiseln za ravno pločevino, preproste profile in ponavljajoče se ravninske naloge. Vendar pa ni vedno najboljša izbira za način dela uporabnikov ročnih laserskih varilnikov.
V mnogih delavnicah je potreba po rezanju občasna, material ni zelo debel, prava vrednost pa je še vedno v prilagodljivem varjenju. Fiksna miza je lahko uporabna, vendar omejuje obdelovanec na velikost mize in večinoma ravno geometrijo. Cobot lahko doseže okoli dela, pristopi iz različnih kotov in bolj naravno preklaplja med varjenjem in lahkimi laserskimi rezalnimi demonstracijami.
| Tema | Majhen CNC ali XY modul | WeldAir + pretvorba cobota |
|---|---|---|
| Platforma za gibanje | Laserska glava je pritrjena na ravno gibljivo mizo. | Ročna glava WeldAir je pritrjena na konec kolaborativnega robota. |
| Ustreznost obdelovanca | Del običajno mora ustrezati postelji ali območju pripomočka. | Robot se lahko premakne bližje obdelovancu in pristopi iz več smeri. |
| Nastavitev poti | Običajno bližje CNC programiranju ali uvoženim ravnim profilom. | Lahko uporablja ročno vodenje za točke in preproste poti. |
| Najboljša uporaba | Ravno, ponavljajoče se rezanje na mizi. | Ponavljajoče varjenje, tridimenzionalni dostop, demonstracije in lahki preizkusi rezanja. |
| Glavna omejitev | Manj prilagodljiv za nerodne ali tridimenzionalne obdelovance. | Ni nadomestilo za namenski visokohitrostni laserski rezalnik pločevine. |
Od samogradnje do skupne varilne platforme
Najmočnejša logika nakupa ni le "robotizacija obloknega varjenja." Gre za možnost uporabe ene platforme za gibanje cobota za več delavnic. Celovit paket obloknega varilnega cobota že rešuje gibanje robota, pritrditev gorilnika, mobilno osnovo, integracijo napajalnika, nadzor plina in dovajanja žice, učenje poti ter delovni tok operaterja.
Če ima stranka že ročni laserski varilec, lahko dodajanje paketa cobot + obločno varjenje ustvari celico z višjo vrednostjo: obločno varjenje obvladuje debelejše plošče in varilne spoje z dodajanjem materiala, lasersko varjenje obvladuje tanke plošče z nižjo toplotno obremenitvijo in čistejšimi šivi, lasersko glavo pa je mogoče oceniti tudi za lahko rezanje tankega materiala.
Praktična vrednost: ena investicija v cobota lahko podpira tri uporabne smeri: obločno varjenje za debelejši material, lasersko varjenje za tanke plošče in lahko lasersko rezanje za tanke plošče. To je točka, kjer razmerje med stroški in zmogljivostjo postane veliko močnejše kot nakup enonamenske robotske postaje.
| Proces | Kje se najbolje prilega | Zakaj je pomembno na cobotu |
|---|---|---|
| Obločno varjenje | Debelejši materiali, večji varilni kroglice, strukturni deli, naloge, ki zahtevajo dodajanje materiala in večjo toleranco reže. | Cobot ponavlja pot gorilnika, medtem ko obločni proces opravlja težja izdelovalna dela. |
| Lasersko varjenje | Tanka pločevina, nizka toplotna obremenitev, čistejši varilni spoji, manjša deformacija, nerjaveče jeklo, delo na omarah, majhne sestave. | Cobot pomaga ohranjati enakomerno hitrost gibanja, kot in položaj za ponovljive laserske varilne spoje. |
| Lasersko rezanje svetlobe | Tanki materiali, majhni rezi, obrezovanje, demonstracijsko delo in prilagodljivi preizkusi v delavnici. | Isti robotski pot se lahko uporabi za preproste preizkuse rezanja, kadar namenski laserski rezalnik plošč ni upravičen. |
| Skupna osnova cobota | Delavnice, ki že imajo ali načrtujejo uporabo ročnega laserskega varilca, a potrebujejo tudi robotsko obločno varjenje za debelejše dele. | Vrednost ni le avtomatizacija. Gre za obločno varjenje debelih plošč, lasersko varjenje tankih plošč in lasersko rezanje tankih plošč z ene gibalne platforme. |
| Paketni element | Zakaj je pomembno pred dodajanjem laserskega orodja |
|---|---|
| Telo robota in doseg | Nosilnost, doseg, navor zapestja in ponovljivost odločajo, ali lahko laserska glava, nosilec, kabli in dodatno orodje za hitro menjavo varno nosijo. |
| Vir varjenja in vhodno-izhodni proces | Obločno varjenje in lasersko varjenje zahtevata različne začetne signale, časovno usklajenost plina, povratne informacije alarmov in procesne varovalke. Vmesnik za nadzor je treba pregledati, ne predvidevati. |
| Razpored gorilnika, žice, plina in hlajenja | Obstoječa pot kabla za obločno varjenje morda ni primerna za lasersko vlakno, kabel laserske glave ali linijo pomožnega plina. Preizkusi gibanja naj potrdijo radij upogiba in vlečenje kabla. |
| Učenje in programska oprema za procese | Operaterji potrebujejo ločene recepte, vrednosti TCP in varne postopke menjave za obločno varjenje, lasersko varjenje in lasersko rezanje svetlobe. |
| Varnostni ovoj | Zaščita pri obločnem varjenju ni enaka kot varnost pri laserju. Vsaka nadgradnja laserja zahteva ponovno pregled zaščite, zapahov, osebne zaščitne opreme, odsesavanja hlapov in zaustavitve v sili. |
Osnovni DIY postopek
Sama pretvorba ni zapletena v konceptu. Glavno delo je mehanska namestitev, usklajevanje signalov, učenje poti in prilagajanje procesa.
- Oblikujte nosilec: ustvarite kovinski nosilec, ki pritrdi ročno lasersko varilno glavo WeldAir na končno pritrditveno ploščo cobota.
- Ujemite signale: povežite ključne signale procesa med ročnim laserskim varilcem in krmilnim sistemom robota.
- Naučite pot: uporabite ročno vodenje cobota za ustvarjanje ponovljive poti rezanja ali varjenja.
- Prilagodite parametre: po potrebi nastavite višino fokusa, tlak plina, hitrost, izhod laserja in vedenje dovoda žice.
Korak 1: Zgradite stabilen nosilec za pritrditev
Prvi korak je zasnova kovinskega strukturnega dela, ki trdno drži ročno varilno glavo WeldAir na kolaborativnem robotu. Ta nosilec se morda zdi majhen detajl, a neposredno vpliva na stabilnost, varnost in ponovljivost.
Nosilec mora med gibanjem glavo trdno držati, pustiti dovolj prostora za vzdrževanje šobe in leče ter preprečiti preobremenitev zapestja robota. Pomembno je tudi usmerjanje kablov. Optični kabel, krmilni kabel, plinska cev in pot dovoda žice ne smejo biti potegnjeni ali stisnjeni med gibanjem robota.
Korak 2: Povežite signale procesa
Po namestitvi varilne glave morata ročni laserski varilec in robot komunicirati. V tem projektu so ključni signali vključevali emisijo laserja, nadzor varjenja, dovod žice in pihanje zaščitnega ali pomožnega plina.
Cilj ni narediti sistema nepotrebno zapletenega. Cilj je sinhronizacija. Ko robot doseže začetno točko, mora proces začeti v pravem zaporedju. Ko robot konča pot, morata laser in povezani izhodi zanesljivo prenehati delovati.
Pri platformi z dvema procesoma postane to delo s signalom še pomembnejše. Pri obločnem varjenju so potrebni začetek loka, plin, dovod žice, nadzor toka ali napetosti ter povratne informacije alarma varilca. Pri laserskem varjenju so potrebni vklop laserja, nadzor emisije, plin, dovod žice, kadar se uporablja, stanje hlajenja z vodo ali zrakom ter varnostni zapahi laserja. Robot nikoli ne sme obravnavati teh dveh orodij kot iste naprave.
Korak 3: Naučite pot rezanja ali varjenja
Tukaj postane sodelovalni robot uporaben za delo "naredi sam". Namesto da bi od začetka pisal zapleten program za robota, lahko operater ročno premika cobot, beleži točke in ustvari ponovljivo pot.
Pri preizkusu rezanja je poudarek običajno na poti, višini reza, tlaku plina, moči laserja in hitrosti gibanja robota. Pri preizkusu varjenja mora operater upoštevati tudi kot gorilnika, položaj kroglice, dovajanje žice in hitrost varjenja.
Korak 4: Prilagodite fokus, plin in hitrost
Prvi rez ali varjenje redko predstavlja končni rezultat. Proces je treba nastaviti. Glavne točke prilagoditve Brucea so bile položaj fokusa, razdalja med varilno glavo in materialom, tlak plina in hitrost gibanja robota.
Če rezni rob ni čist, lahko ekipa prilagodi višino fokusa, moč plina in hitrost. Če je rezultat varjenja nedosleden, lahko ekipa preveri kot gorilnika, natančnost poti, dovajanje žice in laserske parametre.
Kje je ta postavitev smiselna
Ta pretvorba WeldAir + cobot je najbolje razumljena kot koncept prilagodljive avtomatizacije, ne kot nadomestilo za namenski laserski rezalnik pločevine. Uporabna je, kadar delo zahteva ponovljivost, a ne upravičuje gradnje celotne CNC rezalne platforme.
- Ponovljeno varjenje na enem izdelku, kjer ročna utrujenost vpliva na doslednost.
- Trodimenzionalni ali poševni deli, ki se naravno ne prilegajo na ravno mizo.
- Preizkusi majhnih serij, potrjevanje integratorja ali demonstracije v delavnici.
- Lahki preizkusi rezanja, kjer sta količina in debelina reza omejena.
- Stranke, ki želijo raziskati avtomatizacijo z uporabo obstoječega ročnega laserskega varilnika.
- Delavnice, ki že potrebujejo avtomatizacijo oblokovnega varjenja, a želijo tudi preizkusiti lasersko varjenje za tanke plošče.
Kaj je treba potrditi pred menjavo orodja
Privlačnost skupne platforme cobotov je jasna: uporabite oblokovno varjenje tam, kjer sta potrebna toplota, dodajni material in preboj; uporabite lasersko varjenje tam, kjer sta pomembna hitrost, nizka deformacija in kakovost tankih plošč. Vendar mora biti inženirski pregled na prvem mestu.
- Nosilnost robota in navor zapestja: vključite orodje, nosilec, gorilnik ali lasersko glavo, vlečenje kabla, plinsko cev, pot žice in morebitno opremo za hitro menjavo.
- Konec prirubnice in središče orodja (TCP): potrdite, ali je mogoče varilno gorilnik in lasersko glavo namestiti ponovljivo ter ali je mogoče shraniti in priklicati ločene vrednosti TCP.
- Usmerjanje kablov in vlaken: laserski vlakenski kabel ima omejitve radija upogiba in ga ni mogoče usmerjati kot kabel za varjenje z oblokom.
- I/O in nadzor procesa: začetek loka, plin, dovajanje žice, emisija laserja, omogočanje varnosti in povratne informacije alarmov morajo biti jasno preslikani.
- Programski potek dela: operaterji potrebujejo ločene recepte procesov in varne korake menjave, ne le mehanske zamenjave.
- Varnostna ograja: postaja za varjenje z oblokom s cobotom in postaja za lasersko varjenje s cobotom imata različna varnostna tveganja. Laserska zaščita, varovalke, osebna zaščitna oprema, odsesavanje hlapov, nujni stop in lokalni standardi morajo biti ponovno pregledani.
Inženirske opombe pred poskusom
- Preverite nosilnost: pred izvajanjem poti potrdite nosilnost robota, navor zapestja, težo nosilca, težo glave in obremenitev kablov.
- Zaščitite kable: načrtujte poti za vlakna, plin, elektriko in dovajanje žice tako, da gibanje robota ne povzroča napetosti ali ostrih upogibov.
- Uporabljajte varno zaporedje: izhod laserja, plin, dovajanje žice in gibanje robota naj se začnejo in ustavijo v nadzorovanem zaporedju.
- Prednostno varnost: uporabljajte ustrezno lasersko zaščito, varovalke, osebno zaščitno opremo, odsesavanje hlapov, nujni stop in lokalne varnostne postopke.
Zaključek
Ta DIY projekt prikazuje praktičen način, kako spremeniti ročni laserski varilnik WeldAir v orodje za proces, vodeno z robotom. Pretvorba se začne z nosilcem, nadaljuje s prilagoditvijo signalov in nato uporablja učenje cobota za ponavljanje poti rezanja ali varjenja.
Namen ni nadomestiti profesionalni CNC laserski rezalnik. Namesto tega ponuja uporabnikom ročnih laserjev drugo pot: ohraniti prilagodljivost ročnega laserskega sistema, a naj kolaborativni robot upravlja ponavljajoče se gibe.
Naslednji korak ni preprosto laser proti varjenju z oblokom. Bolj zanimiva smer je prilagodljiva platforma cobota, ki jo je mogoče oceniti za oboje: varjenje z oblokom za debelejša strukturna dela in varjenje z laserjem WeldAir ali lahko rezanje za tanke plošče, z nizko deformacijo in majhne serije. Za mnoge delavnice je ta kombinacija lahko prava vrednost avtomatizacije s coboti.
Za resničen pregled projekta pripravite vrsto materiala, debelino, fotografije delov, želeno kakovost varjenja ali rezanja, obliko poti, omejitve pripomočkov, doseg robota, nosilnost, razpoložljivo varnostno ograjo in zahteve glede spremembe procesa. Ti podatki določajo, ali je boljša rešitev fiksni CNC modul, pretvorba v cobota, paket za varjenje z oblokom s cobotom ali namenski stroj.
