Kan en handhållen lasersvetsare bli ett robotstyrt svets- och lättskärverktyg? I detta DIY-projekt använde vi WeldAir handhållna lasersvetsare som bas, monterade det handhållna svetsmunstycket på en samarbetsrobot och kopplade de grundläggande processignalerna så att roboten kunde upprepa en inlärd bana.
Demo: coboten styr WeldAir handhållna laserhuvudet genom enkla skär- och svetsprov.
Varför prova en cobot-omvandling?
Handhållen lasersvetsning är flexibel, men slutresultatet beror fortfarande mycket på operatören. Svetsvinkel, hastighet, handstabilitet, hållning och trötthet påverkar alla svetssträngen. Vid upprepad svetsning på en och samma produkt kan manuell drift bli tröttande och konsekvensen svår att upprätthålla över långa serier.
Bruce, ingenjören bakom denna DIY-omvandling, utgick från det praktiska problemet. Om en samarbetsrobot kan ersätta operatörens armrörelse blir processen lättare att upprepa. Det handhållna lasersystemet tillhandahåller fortfarande laser, svetsmunstycke, gas och trådmatare, medan coboten ger kontrollerad rörelse.
Idén är enkel: behåll den välbekanta WeldAir handhållna laserutrustningen, men använd en samarbetsrobot som rörelseplattform för upprepningsbara svetsbanor och lätta skärprov.
Utvärdering av en Dobot CRA-robot som rörelseplattform
Efter WeldAir cobot-testet är nästa praktiska fråga om en dokumenterad samarbetsrobotplattform kan stödja olika svetsprocesser när ändverktyget, signaler, kabeldragning och säkerhetssystem är anpassade för applikationen.
Dobot CRA Series samarbetsrobot finns här i tre konfigurationer: CR5A, CR10A och CR12A. Deras nominella lastkapacitet och arbetsradier är 5 kg / 900 mm, 10 kg / 1300 mm respektive 12 kg / 1200 mm. Alla tre är sexaxliga robotar och stödjer dragundervisning, grafisk programmering och installation i valfri vinkel.
Denna annons gäller den valda Dobot CRA robotkonfigurationen, inte en komplett bågsvets- eller lasersvetsstation. En fungerande svetscell kan dessutom kräva en svets- eller laserskärare, brännare eller svetsmunstycke, monteringsfäste, trådmatare, kyl- och gasutrustning, fixturer, kabelhantering, skydd, processprogramvara och systemintegration. Det slutgiltiga innehållet måste bekräftas i offert och packlista.
Dobot CRA sexaxlig samarbetsrobot med styrenhet, dragundervisning, grafisk programmering och installation i valfri vinkel.
Detta är användbart för WeldAir-projektet eftersom CRA-roboten kan utvärderas som en repeterbar rörelseplattform. En verkstad som redan äger en handhållen lasersvetsare kan bedöma om någon av de tre CRA-modellerna har den erforderliga nyttolasten, räckvidden, arbetsomfånget och gränssnitten för robotstyrd svetsning eller lätta skärtester. Se Dobot CRA Series Collaborative Robot — CR5A / CR10A / CR12A.
Viktig notering: detta betyder inte att en Dobot CRA-robot omedelbart kan acceptera ett WeldAir laserhuvud. Nyttolast och tyngdpunkt, montering på ändfläns, kabeldragning, I/O-signaler, processsekvensering och lasersäkerhet måste alla kontrolleras innan en konfiguration kan kallas kompatibel.
| Dobot CRA-modell | Angiven nyttolast | Arbetsradie | Urval startpunkt |
|---|---|---|---|
| CR5A | 5 kg | 900 mm | Börja här när den totala lastvikten är lättare och applikationen passar inom den mindre arbetsradien. |
| CR10A | 10 kg | 1300 mm | Ger den längsta arbetsradien av dessa tre modeller, med en angiven nyttolast på 10 kg. |
| CR12A | 12 kg | 1200 mm | Ger den högsta angivna nyttolasten av dessa tre modeller, med en arbetsradie på 1200 mm. |
Modellval måste inkludera svetsningshuvudet, fäste, handledsburna kablar och slangar, tillbehör, arbetsstycke om det bärs, tyngdpunkt, lastkurva och komplett arbetsomfång.
Varför inte bara montera det handhållna huvudet på en CNC-modul?
Många användare frågar om ett handhållet lasersvetsningshuvud kan fästas på ett litet CNC-bord eller XY-rörelsemodul för skärning. Den metoden kan vara vettig för platta plåtar, enkla profiler och upprepat planarbete. Men det är inte alltid den bästa matchningen för hur handhållna laseranvändare faktiskt arbetar.
I många verkstäder är skärbehovet tillfälligt, materialet är inte särskilt tjockt och det verkliga värdet ligger fortfarande i flexibel svetsning. Ett fast bord kan vara användbart, men det begränsar också arbetsstycket till bordets storlek och mestadels platt geometri. En cobot kan nå runt en detalj, närma sig från olika vinklar och växla mer naturligt mellan svetsning och lätta skärdemonstrationer.
| Ämne | Liten CNC eller XY-modul | WeldAir + Cobot-omvandling |
|---|---|---|
| Rörelseplattform | Laserhuvudet är fäst vid ett plant rörelsebord. | WeldAir handhållna huvudet är fäst vid änden av en kollaborativ robot. |
| Passform för arbetsstycke | Detaljen måste vanligtvis passa säng- eller fixturområdet. | Roboten kan röra sig närmare arbetsstycket och närma sig från fler riktningar. |
| Baninställning | Vanligtvis närmare CNC-programmering eller importerade plana profiler. | Kan använda handstyrd inlärning för punkter och enkla banor. |
| Bästa användning | Platt, upprepad, bordbaserad skärning. | Upprepad svetsning, tredimensionell åtkomst, demonstrationer och lätta skärtester. |
| Huvudsaklig begränsning | Mindre flexibel för besvärliga eller tredimensionella arbetsstycken. | Inte en ersättning för en dedikerad högfartslaserskärare för plåt. |
Från DIY-omvandling till en delad robotplattform
Den starkaste köplogiken är inte begränsad till en process. En Dobot CRA-robot kan utvärderas som rörelseplattform för flera verkstadsjobb, men varje process kräver sitt eget kompatibla ändverktyg, monteringsutrustning, processutrustning, styrsignaler, kabeldragning, mjukvaruflöde och säkerhetsbedömning.
Om kunden redan har en handhållen lasersvetsare kan en CRA-robot övervägas som startpunkt för en konstruerad cell. Bågsvetsning, lasersvetsning och lätt laserklippning har olika utrustnings- och säkerhetskrav; ingen av dessa processpaket ingår med roboten om det inte uttryckligen anges i slutofferten.
Praktiskt värde: en korrekt vald robot kan erbjuda en gemensam rörelseplattform för att utvärdera bågsvetsning, lasersvetsning och lätt laserklippning. Faktisk lämplighet beror på vald CRA-modell, total lastkapacitet, tyngdpunkt, arbetsområde, gränssnitt, processutrustning, integration och säkerhetsdesign.
För köpare som redan har en handhållen lasersvetsare bör granskningen börja med att välja mellan CR5A, CR10A och CR12A beroende på den totala lastkapaciteten och nödvändig räckvidd. Monteringsfäste, lastens tyngdpunkt, kabeldragning, I/O, processutrustning och säkerhetssystem måste sedan granskas innan någon svets- eller klippningstest görs.
| Process | Var det passar bäst | Varför det är viktigt på en cobot |
|---|---|---|
| Bågsvetsning | Tjockare material, större svetspärlor, strukturella delar, jobb som kräver tillsatsmaterial och starkare glapptolerans. | Coboten upprepar brännvägen medan bågprocessen hanterar tyngre tillverkningsarbete. |
| Lasersvetsning | Tunn plåt, låg värmetillförsel, renare svetsar, mindre deformation, rostfritt stål, skåparbete, små sammanställningar. | Coboten hjälper till att hålla rörelsehastighet, vinkel och position konsekvent för upprepbara lasersvetsar. |
| Laserljusskärning | Tunt material, små snitt, trimning, demonstrationsarbete och flexibla verkstadstester. | Samma robotbana kan användas för enkla klippningstester när en dedikerad plåtlaserskärare inte är motiverad. |
| Delad cobot-bas | Verkstäder som redan äger eller planerar att använda en handhållen laser-svetsare, men som också behöver robotbågsvetsning för tjockare delar. | Värdet är inte bara automation. Det är tjockplåtsbågsvetsning, tunnplåtslasersvetsning och tunnplåtslaserklippning från en och samma rörelseplattform. |
| Paketartikel | Varför det är viktigt innan man lägger till ett laserverktyg |
|---|---|
| Robotkropp och räckvidd | Lastkapacitet, räckvidd, handledsmoment och repeterbarhet avgör om laserhuvudet, fästet, kablarna och eventuellt snabbväxlingsverktyg kan bäras säkert. |
| Svetskälla och process I/O | Bågsvetsning och lasersvetsning kräver olika startsignaler, gastiming, larmåterkoppling och processlås. Styrgränssnittet måste granskas, inte antas. |
| Låga, tråd, gas och kylning layout | Den befintliga kabeldragningen för bågsvetsning kanske inte är lämplig för en laserfiber, laserhuvudkabel eller assisterande gasledning. Rörelsetester bör bekräfta böjningsradie och kabelmotstånd. |
| Inlärnings- och processprogramvara | Operatörer behöver separata recept, TCP-värden och säkra omställningssteg för bågsvetsning, lasersvetsning och laserskärning. |
| Säkerhetsinkapsling | Bågsvetsningsskydd är inte samma sak som lasersäkerhet. Varje laseruppgradering kräver skydd, säkerhetsbrytare, personlig skyddsutrustning, rökutsug och en genomgång av nödstopp. |
Kärnprocessen för DIY
Själva omvandlingen är inte komplicerad i koncept. Huvudarbetet är mekanisk montering, signalmatchning, baninlärning och procesjustering.
- Designa fästet: skapa ett metallfäste som fixerar WeldAir:s handhållna lasersvetsningshuvud på cobotens ändfläns.
- Matcha signaler: koppla de viktiga processignalerna mellan den handhållna lasersvetsaren och robotens styrsystem.
- Lär in banan: använd cobot-handledd inlärning för att skapa en repeterbar skär- eller svetsbana.
- Justera parametrar: anpassa fokus höjd, gastryck, hastighet, laserutgång och trådmataregenskaper efter behov.
Steg 1: Bygg ett stabilt monteringsfäste
Det första steget är att designa en metallstruktur som håller WeldAir:s handhållna svetshuvud stadigt på den kollaborativa roboten. Detta fäste kan verka som en liten detalj, men det påverkar direkt stabilitet, säkerhet och repeterbarhet.
Fästet måste hålla huvudet stadigt under rörelse, lämna tillräckligt med utrymme för munstycke och linsunderhåll samt undvika överbelastning av robotens handled. Kabeldragning är också viktig. Fiberkabeln, styrkabeln, gasröret och trådmatarvägen får inte dras eller klämmas under robotens rörelse.
Steg 2: Anslut processignalerna
Efter att svetshuvudet är monterat behöver den handhållna laser-svetsaren och roboten kommunicera. I detta projekt inkluderade nyckelsignalerna laserutsläpp, svetstyrning, trådmatare och skyddsgas eller assisterande gasblåsning.
Målet är inte att göra systemet onödigt komplext. Målet är synkronisering. När roboten når startpunkten ska processen starta i rätt ordning. När roboten avslutar banan ska lasern och relaterade utgångar stoppas pålitligt.
För en plattform med dubbla processer blir detta signalarbete ännu viktigare. Bågsvetsning kan behöva bågstart, gas, trådmatning, ström- eller spänningskontroll och svetsarens larmåterkoppling. Lasersvetsning behöver laseraktivering, emissionskontroll, gas, trådmatning när det används, vatten- eller luftkylning och lasersäkerhetsbrytare. Roboten ska aldrig behandla dessa två verktyg som samma enhet.
Steg 3: Lär in en skär- eller svetsbana
Här blir den kollaborativa roboten användbar för gör-det-själv-arbete. Istället för att skriva ett komplext robotprogram från början kan operatören flytta coboten för hand, spela in punkter och skapa en repeterbar bana.
För ett skärtest ligger fokus vanligtvis på banan, skärhöjd, gastryck, lasereffekt och robotens rörelsehastighet. För ett svetstest måste operatören också ta hänsyn till svetspistolens vinkel, pärlans position, trådmatning och svetshastighet.
Steg 4: Justera fokus, gas och hastighet
Det första snittet eller svetsen är sällan det slutgiltiga resultatet. Processen behöver justeras. Bruces huvudjusteringspunkter var fokusposition, avståndet mellan svetsmunstycket och materialet, gastryck och robotens rörelsehastighet.
Om snittkanten inte är ren kan teamet justera fokusläge, gasstyrka och hastighet. Om svetsresultatet är inkonsekvent kan teamet kontrollera svetspistolens vinkel, banans noggrannhet, trådmatning och laserparametrar.
När denna uppställning är meningsfull
Denna WeldAir + cobot-omvandling bör förstås som ett flexibelt automationskoncept, inte som en ersättning för en dedikerad laserskärare för plåt. Den är användbar när jobbet kräver repeterbarhet, men inte motiverar att bygga en fullständig CNC-skärplattform.
- Upprepad svetsning på en och samma produkt där manuell trötthet påverkar konsekvensen.
- Tredimensionella eller vinklade arbetsstycken som inte passar naturligt på ett plant bord.
- Småserietester, integratörsvalidering eller verkstadsdemonstrationer.
- Lätta skärtester där skärvolym och tjocklek är begränsade.
- Kunder som vill utforska automation med en befintlig handhållen lasersvets.
- Verkstäder som redan behöver automation för bågsvetsning, men som också vill utvärdera lasersvetsning för tunnplåtsdelar.
Vad som måste bekräftas innan verktygsbyte
Den attraktiva delen av en gemensam cobot-plattform är tydlig: använd bågsvetsning där värme, tillsatsmaterial och genomträngning behövs; använd lasersvetsning där hastighet, låg deformation och tunnplåtskvalitet är viktiga. Men ingenjörsgranskningen måste komma först.
- Robotens last och handledsmoment: inkluderar verktyget, fästet, svetspistolen eller laserhuvudet, kabeldragning, gasrör, trådmatningsväg och eventuell snabbkopplingsutrustning.
- Slutfläns och verktygscentrum: bekräfta om bågsvetsbrännaren och laserhuvudet kan monteras upprepningsbart och om separata TCP-värden kan sparas och hämtas.
- Kabel- och fiberrouting: en laserfiberkabel har böjningsradiebegränsningar och får inte dras som en bågsvetskabel.
- I/O och processkontroll: bågstart, gas, trådmatare, laserutsläpp, säkerhetsaktivering och larmåterkoppling måste kartläggas tydligt.
- Programvaruflöde: operatörer behöver separata processrecept och säkra omställningssteg, inte bara ett mekaniskt byte.
- Säkerhetsskydd: en cobot-bågsvetsstation och en cobot-lasersvetsstation har olika säkerhetsrisker. Laserskydd, spärrar, personlig skyddsutrustning, rökgasutsug, nödstopp och lokala standarder måste granskas igen.
Tekniska anteckningar innan du provar detta
- Kontrollera lastkapacitet: bekräfta robotens lastkapacitet, handledsmoment, fästets vikt, huvudets vikt och kabellast innan banor körs.
- Skydda kablarna: planera fiber-, gas-, el- och trådmatarvägar så att robotrörelsen inte skapar spänning eller skarpa böjar.
- Använd säker sekvensering: laserutgång, gas, trådmatare och robotrörelse ska startas och stoppas i en kontrollerad ordning.
- Prioritera säkerhet: använd rätt laserskydd, spärrar, personlig skyddsutrustning, rökgasutsug, nödstopp och lokala säkerhetsrutiner.
Slutsats
Detta DIY-projekt visar ett praktiskt sätt att förvandla en WeldAir handhållen lasersvetsare till ett robotstyrt procesverktyg. Omvandlingen börjar med ett monteringsfäste, fortsätter med signalanpassning och använder sedan cobot-inlärning för att upprepa skär- eller svetsbanor.
Den är inte avsedd att ersätta en professionell CNC-laserskärare. Istället ger den handhållna laseranvändare en annan väg: behåll flexibiliteten hos ett handhållet lasersystem, men låt en kollaborativ robot hantera den upprepade rörelsen.
Nästa steg är inte bara laser- kontra bågsvetsning. En mer intressant riktning är en flexibel cobot-plattform som kan utvärderas för båda: bågsvetsning för tjockare konstruktionsarbete och WeldAir lasersvetsning eller lätt skärning för tunnplåt, låg deformation och små serier. För många verkstäder kan den kombinationen vara det verkliga värdet av cobot-automation.
För en verklig projektgranskning, förbered materialtyp, tjocklek, delbilder, önskad svets- eller skärkvalitet, banform, fixturbegränsningar, robotens räckvidd, lastkapacitet, tillgängligt säkerhetsskydd och krav på processändringar. Dessa detaljer avgör om en fast CNC-modul, en Dobot CRA-omvandling, en integrerad svetscell eller en dedikerad maskin är den bättre lösningen.
