Liệu một máy hàn laser cầm tay có thể trở thành công cụ hàn và cắt nhẹ được điều khiển bởi robot? Trong dự án tự làm này, chúng tôi sử dụng máy hàn laser cầm tay WeldAir làm hệ thống cơ sở, gắn đầu hàn cầm tay lên robot cộng tác và kết nối các tín hiệu quy trình cơ bản để robot có thể lặp lại đường đi đã dạy.
Demo: cobot hướng dẫn đầu laser cầm tay WeldAir qua các thử nghiệm cắt và hàn đơn giản.
Tại sao thử chuyển đổi sang Cobot?
Hàn laser cầm tay rất linh hoạt, nhưng kết quả cuối cùng vẫn phụ thuộc nhiều vào người vận hành. Góc hàn, tốc độ di chuyển, độ ổn định tay, tư thế và mệt mỏi đều ảnh hưởng đến đường hàn. Đối với việc hàn lặp lại trên một sản phẩm, thao tác thủ công có thể gây mệt mỏi và khó duy trì sự nhất quán trong thời gian dài.
Bruce, kỹ sư đứng sau dự án tự làm này, bắt đầu từ vấn đề thực tế đó. Nếu một robot cộng tác có thể thay thế chuyển động cánh tay người vận hành, quy trình sẽ dễ lặp lại hơn. Hệ thống laser cầm tay vẫn cung cấp laser, đầu hàn, khí và khả năng cấp dây, trong khi cobot cung cấp chuyển động có kiểm soát.
Ý tưởng rất đơn giản: giữ nguyên phần cứng laser cầm tay WeldAir quen thuộc, nhưng sử dụng robot cộng tác làm nền tảng chuyển động để có các đường hàn lặp lại và thử nghiệm cắt nhẹ.
Đánh giá Robot Dobot CRA như nền tảng chuyển động
Sau thử nghiệm cobot WeldAir, câu hỏi thực tế tiếp theo là liệu nền tảng robot cộng tác được tài liệu hóa có thể hỗ trợ các quy trình hàn khác nhau khi công cụ cuối, tín hiệu, định tuyến cáp và hệ thống an toàn được thiết kế cho ứng dụng hay không.
Robot cộng tác dòng Dobot CRA có ba cấu hình: CR5A, CR10A và CR12A. Tải trọng định mức và bán kính làm việc lần lượt là 5 kg / 900 mm, 10 kg / 1300 mm và 12 kg / 1200 mm. Cả ba đều là robot sáu trục và hỗ trợ dạy kéo, lập trình đồ họa và lắp đặt ở mọi góc độ.
Danh sách này dành cho cấu hình robot Dobot CRA được chọn, không phải là một trạm hàn hồ quang hoặc hàn laser hoàn chỉnh. Một cell hàn hoạt động có thể cần thêm nguồn hàn hoặc laser, đèn hàn hoặc đầu hàn, giá đỡ, bộ cấp dây, thiết bị làm mát và khí, đồ gá, quản lý cáp, bảo vệ, phần mềm quy trình và tích hợp hệ thống. Nội dung cuối cùng phải được xác nhận trong báo giá và danh sách đóng gói.
Robot cộng tác sáu trục Dobot CRA với bộ điều khiển, dạy kéo, lập trình đồ họa và lắp đặt ở mọi góc độ.
Điều này hữu ích cho dự án WeldAir vì robot CRA có thể được đánh giá như một nền tảng chuyển động lặp lại. Một xưởng đã sở hữu máy hàn laser cầm tay có thể đánh giá xem một trong ba mẫu CRA có tải trọng, tầm với, vùng làm việc và giao diện cần thiết cho hàn hướng dẫn robot hoặc thử nghiệm cắt nhẹ hay không. Xem Robot cộng tác Dobot CRA Series — CR5A / CR10A / CR12A.
Lưu ý quan trọng: điều này không có nghĩa là robot Dobot CRA có thể ngay lập tức chấp nhận đầu laser WeldAir. Tải trọng và trọng tâm, gắn đầu cuối, định tuyến cáp, tín hiệu I/O, trình tự quy trình và an toàn laser đều phải được kiểm tra trước khi gọi cấu hình là tương thích.
| Mẫu Dobot CRA | Tải trọng định mức | Bán kính làm việc | Điểm bắt đầu chọn lựa |
|---|---|---|---|
| CR5A | 5 kg | 900 mm | Bắt đầu từ đây khi tải trọng mang theo nhẹ hơn và ứng dụng phù hợp trong bán kính làm việc nhỏ hơn. |
| CR10A | 10 kg | 1300 mm | Cung cấp bán kính làm việc dài nhất trong ba mẫu này, với tải trọng định mức 10 kg. |
| CR12A | 12 kg | 1200 mm | Cung cấp tải trọng định mức cao nhất trong ba mẫu này, với bán kính làm việc 1200 mm. |
Việc chọn mẫu phải bao gồm đầu hàn, giá đỡ, cáp và ống dẫn mang trên cổ tay, phụ kiện, chi tiết nếu mang theo, trọng tâm, đường cong tải trọng và toàn bộ vùng làm việc.
Tại sao không chỉ gắn đầu cầm tay lên mô-đun CNC?
Nhiều người dùng hỏi liệu đầu hàn laser cầm tay có thể được gắn cố định vào bàn CNC nhỏ hoặc mô-đun chuyển động XY để cắt không. Cách tiếp cận đó có thể hợp lý cho tấm phẳng, hồ sơ đơn giản và công việc phẳng lặp lại. Nhưng không phải lúc nào cũng phù hợp nhất với cách người dùng laser cầm tay thực sự làm việc.
Trong nhiều xưởng, yêu cầu cắt là thỉnh thoảng, vật liệu không quá dày, và giá trị thực sự vẫn nằm ở hàn linh hoạt. Một bàn cố định có thể hữu ích, nhưng cũng giới hạn chi tiết theo kích thước bàn và chủ yếu là hình học phẳng. Một cobot có thể tiếp cận xung quanh chi tiết, tiếp cận từ các góc khác nhau và chuyển đổi tự nhiên hơn giữa hàn và trình diễn cắt nhẹ.
| Chủ đề | CNC nhỏ hoặc mô-đun XY | Chuyển đổi WeldAir + Cobot |
|---|---|---|
| Nền tảng chuyển động | Đầu laser được gắn cố định trên bàn chuyển động phẳng. | Đầu hàn WeldAir cầm tay được gắn cố định vào đầu robot cộng tác. |
| Phù hợp chi tiết | Chi tiết thường cần phù hợp với giường hoặc khu vực đồ gá. | Robot có thể di chuyển gần hơn đến chi tiết và tiếp cận từ nhiều hướng hơn. |
| Thiết lập đường đi | Thông thường gần với lập trình CNC hoặc nhập các hồ sơ phẳng. | Có thể sử dụng hướng dẫn bằng tay cho các điểm và quỹ đạo đơn giản. |
| Sử dụng tốt nhất | Cắt phẳng, lặp lại, dựa trên bàn. | Hàn lặp lại, truy cập ba chiều, trình diễn và thử nghiệm cắt nhẹ. |
| Hạn chế chính | Ít linh hoạt hơn cho các chi tiết khó hoặc ba chiều. | Không phải là sự thay thế cho máy cắt laser tấm kim loại tốc độ cao chuyên dụng. |
Từ chuyển đổi tự làm đến nền tảng robot dùng chung
Logic mua mạnh nhất không giới hạn ở một quy trình duy nhất. Robot Dobot CRA có thể được đánh giá như nền tảng chuyển động cho nhiều công việc trong xưởng, nhưng mỗi quy trình yêu cầu công cụ cuối tương thích riêng, phần cứng gắn, thiết bị quy trình, tín hiệu điều khiển, định tuyến cáp, quy trình phần mềm và đánh giá an toàn riêng.
Nếu khách hàng đã có máy hàn laser cầm tay, robot CRA có thể được xem xét như điểm khởi đầu cho một cell kỹ thuật. Hàn hồ quang, hàn laser và cắt laser nhẹ có các yêu cầu thiết bị và an toàn khác nhau; không có gói quy trình nào được bao gồm với robot trừ khi được nêu rõ trong báo giá cuối cùng.
Giá trị thực tiễn: một robot được chọn đúng có thể cung cấp nền tảng chuyển động chung để đánh giá hàn hồ quang, hàn laser và cắt laser nhẹ. Sự phù hợp thực tế phụ thuộc vào mẫu CRA được chọn, tải trọng mang đầy đủ, trọng tâm, phạm vi làm việc, giao diện, thiết bị quy trình, tích hợp và thiết kế an toàn.
Đối với người mua đã có máy hàn laser cầm tay, việc đánh giá nên bắt đầu bằng cách chọn giữa CR5A, CR10A và CR12A dựa trên tải trọng mang đầy đủ và tầm với cần thiết. Giá đỡ gắn, trọng tâm tải trọng, định tuyến cáp, I/O, thiết bị quy trình và hệ thống an toàn sau đó phải được xem xét trước khi thực hiện bất kỳ thử nghiệm hàn hoặc cắt nào.
| Quy trình | Nơi phù hợp nhất | Tại sao điều này quan trọng trên cobot |
|---|---|---|
| Hàn hồ quang | Vật liệu dày hơn, mối hàn lớn hơn, chi tiết kết cấu, công việc cần kim loại phụ và dung sai khe hở mạnh hơn. | Cobot lặp lại đường đi của ngọn đuốc trong khi quá trình hồ quang xử lý công việc gia công nặng hơn. |
| Hàn laser | Tấm mỏng, nhiệt lượng thấp, mối hàn sạch hơn, biến dạng thấp hơn, thép không gỉ, công việc tủ, lắp ráp nhỏ. | Cobot giúp duy trì tốc độ di chuyển, góc và vị trí nhất quán để hàn laser có thể lặp lại. |
| Cắt bằng ánh sáng laser | Vật liệu mỏng, các vết cắt nhỏ, tỉa, công việc trình diễn và thử nghiệm linh hoạt trong xưởng. | Cùng một đường đi của robot có thể được sử dụng cho các thử nghiệm cắt đơn giản khi không có lý do để dùng máy cắt laser tấm chuyên dụng. |
| Cơ sở cobot dùng chung | Các xưởng đã sở hữu hoặc dự định sử dụng máy hàn laser cầm tay, nhưng cũng cần hàn hồ quang robot cho các chi tiết dày hơn. | Giá trị không chỉ là tự động hóa. Đó là hàn hồ quang tấm dày, hàn laser tấm mỏng và cắt laser tấm mỏng từ một nền tảng chuyển động duy nhất. |
| Mục gói hàng | Tại sao điều này quan trọng trước khi thêm công cụ laser |
|---|---|
| Thân robot và tầm với | Tải trọng, tầm với, mô-men xoắn cổ tay và khả năng lặp lại quyết định liệu đầu laser, giá đỡ, cáp và công cụ thay nhanh tùy chọn có thể được mang an toàn hay không. |
| Nguồn hàn và I/O quá trình | Hàn hồ quang và hàn laser cần các tín hiệu khởi động khác nhau, thời gian khí, phản hồi báo động và khóa an toàn quá trình. Giao diện điều khiển phải được xem xét kỹ, không được giả định. |
| Bố trí đèn hàn, dây, khí và làm mát | Đường đi cáp hàn hồ quang hiện tại có thể không phù hợp cho cáp sợi laser, cáp đầu laser hoặc đường khí hỗ trợ. Các bài kiểm tra chuyển động nên xác nhận bán kính uốn và lực kéo cáp. |
| Phần mềm dạy và quá trình | Người vận hành cần các công thức riêng biệt, giá trị TCP và các bước chuyển đổi an toàn cho hàn hồ quang, hàn laser và cắt bằng ánh sáng laser. |
| Vỏ bảo vệ an toàn | Bảo vệ hàn hồ quang không giống như an toàn laser. Bất kỳ nâng cấp laser nào cũng cần xem xét lại việc che chắn, khóa an toàn, thiết bị bảo hộ cá nhân, hút khói và dừng khẩn cấp. |
Quy trình Tự làm Cốt lõi
Việc chuyển đổi bản thân không phức tạp về mặt khái niệm. Công việc chính là gắn cơ khí, ghép tín hiệu, dạy đường đi và điều chỉnh quá trình.
- Thiết kế giá đỡ: tạo một giá đỡ kim loại để cố định đầu hàn laser cầm tay WeldAir vào mặt bích cuối của robot cộng tác.
- Ghép tín hiệu: kết nối các tín hiệu quá trình chính giữa máy hàn laser cầm tay và hệ thống điều khiển robot.
- Hướng dẫn đường đi: sử dụng phương pháp dạy tay robot cộng tác để xây dựng quỹ đạo cắt hoặc hàn có thể lặp lại.
- Điều chỉnh tham số: điều chỉnh chiều cao tiêu điểm, áp suất khí, tốc độ, công suất laser và hành vi cấp dây khi cần thiết.
Bước 1: Xây dựng Giá đỡ Gắn ổn định
Bước đầu tiên là thiết kế một bộ phận cấu trúc kim loại giữ chắc đầu hàn cầm tay WeldAir trên robot cộng tác. Giá đỡ này có thể trông như một chi tiết nhỏ, nhưng nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định, an toàn và khả năng lặp lại.
Giá đỡ cần giữ cho đầu hàn cứng cáp trong quá trình chuyển động, để đủ không gian cho việc bảo trì vòi phun và ống kính, và tránh làm quá tải cổ tay robot. Việc đi dây cáp cũng rất quan trọng. Cáp sợi quang, cáp điều khiển, ống dẫn khí và đường cấp dây không được kéo căng hoặc bị kẹp trong quá trình robot di chuyển.
Bước 2: Kết nối các Tín hiệu Quá trình
Sau khi đầu hàn được gắn, máy hàn laser cầm tay và robot cần phải giao tiếp với nhau. Trong dự án này, các tín hiệu chính bao gồm phát xạ laser, điều khiển hàn, cấp dây, và thổi khí bảo vệ hoặc khí hỗ trợ.
Mục tiêu không phải là làm cho hệ thống trở nên phức tạp không cần thiết. Mục tiêu là đồng bộ hóa. Khi robot đến điểm bắt đầu, quá trình phải bắt đầu theo đúng trình tự. Khi robot hoàn thành đường đi, laser và các đầu ra liên quan phải dừng một cách đáng tin cậy.
Đối với nền tảng đa quy trình, công việc tín hiệu này càng quan trọng hơn. Hàn hồ quang có thể cần khởi động hồ quang, khí, cấp dây, điều khiển dòng điện hoặc điện áp, và phản hồi cảnh báo máy hàn. Hàn laser cần bật laser, điều khiển phát xạ, khí, cấp dây khi sử dụng, trạng thái làm mát bằng nước hoặc không khí, và các khóa an toàn laser. Robot không bao giờ nên coi hai công cụ đó là cùng một thiết bị.
Bước 3: Dạy đường cắt hoặc hàn
Đây là lúc robot cộng tác trở nên hữu ích cho công việc tự làm. Thay vì viết chương trình robot phức tạp từ đầu, người vận hành có thể di chuyển cobot bằng tay, ghi lại các điểm và tạo ra đường đi có thể lặp lại.
Đối với thử nghiệm cắt, tiêu điểm thường là quỹ đạo, chiều cao cắt, áp suất khí, công suất laser và tốc độ di chuyển của robot. Đối với thử nghiệm hàn, người vận hành cũng cần xem xét góc đèn hàn, vị trí bead, cấp dây và tốc độ hàn.
Bước 4: Điều chỉnh tiêu điểm, khí và tốc độ
Lần cắt hoặc hàn đầu tiên hiếm khi là kết quả cuối cùng. Quá trình cần được điều chỉnh. Các điểm điều chỉnh chính của Bruce là vị trí tiêu điểm, khoảng cách giữa đầu hàn và vật liệu, áp suất khí và tốc độ chuyển động của robot.
Nếu mép cắt không sạch, nhóm có thể điều chỉnh chiều cao tiêu điểm, cường độ khí và tốc độ. Nếu kết quả hàn không đồng nhất, nhóm có thể kiểm tra góc đèn hàn, độ chính xác đường đi, cấp dây và các thông số laser.
Nơi thiết lập này có ý nghĩa
Việc chuyển đổi WeldAir + cobot này được hiểu tốt nhất như một khái niệm tự động hóa linh hoạt, không phải là sự thay thế cho máy cắt laser kim loại tấm chuyên dụng. Nó hữu ích khi công việc cần tính lặp lại, nhưng không đủ để xây dựng một nền tảng cắt CNC đầy đủ.
- Hàn lặp lại trên một sản phẩm duy nhất khi mệt mỏi thủ công ảnh hưởng đến độ nhất quán.
- Chi tiết ba chiều hoặc góc nghiêng không phù hợp tự nhiên trên bàn phẳng.
- Thử nghiệm lô nhỏ, xác nhận của nhà tích hợp, hoặc trình diễn tại xưởng.
- Các thử nghiệm cắt nhẹ với khối lượng và độ dày cắt giới hạn.
- Khách hàng muốn khám phá tự động hóa sử dụng máy hàn laser cầm tay hiện có.
- Các xưởng đã cần tự động hóa hàn hồ quang, nhưng cũng muốn đánh giá hàn laser cho các chi tiết tấm mỏng.
Những điều cần xác nhận trước khi chuyển đổi công cụ
Phần hấp dẫn của nền tảng cobot chia sẻ là rõ ràng: sử dụng hàn hồ quang khi cần nhiệt, kim loại bổ sung và độ thâm nhập; sử dụng hàn laser khi tốc độ, biến dạng thấp và chất lượng tấm mỏng quan trọng. Nhưng việc đánh giá kỹ thuật phải được thực hiện trước.
- Tải trọng robot và mô-men xoắn cổ tay: bao gồm công cụ, giá đỡ, đầu hàn hoặc đầu laser, cáp kéo, ống dẫn khí, đường dẫn dây, và bất kỳ phần cứng thay đổi nhanh nào.
- Mặt bích cuối và điểm trung tâm công cụ: xác nhận liệu đèn hồ quang và đầu laser có thể gắn lại chính xác và liệu các giá trị TCP riêng biệt có thể được lưu và gọi lại.
- Định tuyến cáp và sợi quang: cáp sợi laser có giới hạn bán kính uốn và không được định tuyến giống như cáp hàn hồ quang.
- I/O và điều khiển quy trình: khởi động hồ quang, khí, cấp dây, phát laser, kích hoạt an toàn và phản hồi báo động phải được lập bản đồ rõ ràng.
- Quy trình phần mềm: người vận hành cần các công thức quy trình riêng biệt và các bước chuyển đổi an toàn, không chỉ đơn thuần là thay đổi cơ khí.
- Vỏ bảo vệ an toàn: trạm hàn hồ quang cobot và trạm hàn laser cobot có các rủi ro an toàn khác nhau. Che chắn laser, khóa liên động, thiết bị bảo hộ cá nhân, hút khói, nút dừng khẩn cấp và tiêu chuẩn địa phương phải được xem xét lại.
Ghi chú kỹ thuật trước khi thử
- Kiểm tra tải trọng: xác nhận tải trọng robot, mô-men xoắn cổ tay, trọng lượng giá đỡ, trọng lượng đầu và tải cáp trước khi chạy đường đi.
- Bảo vệ cáp: lên kế hoạch đường đi cho cáp quang, khí, điện và cấp dây sao cho chuyển động robot không tạo ra lực căng hoặc gập góc sắc nét.
- Sử dụng trình tự an toàn: đầu ra laser, khí, cấp dây và chuyển động robot nên được khởi động và dừng theo trình tự kiểm soát.
- Ưu tiên an toàn: sử dụng che chắn laser phù hợp, khóa liên động, thiết bị bảo hộ cá nhân, hút khói, nút dừng khẩn cấp và quy trình an toàn địa phương.
Kết luận
Dự án DIY này cho thấy một cách thực tế để biến máy hàn laser cầm tay WeldAir thành công cụ quy trình được dẫn dắt bởi robot. Việc chuyển đổi bắt đầu với giá đỡ gắn, tiếp tục với việc khớp tín hiệu, rồi sử dụng dạy cobot để lặp lại các đường cắt hoặc hàn.
Nó không nhằm thay thế máy cắt laser CNC chuyên nghiệp. Thay vào đó, nó cung cấp cho người dùng laser cầm tay một con đường khác: giữ được sự linh hoạt của hệ thống laser cầm tay, nhưng để robot cộng tác xử lý chuyển động lặp lại.
Bước tiếp theo không chỉ đơn giản là so sánh hàn laser với hàn hồ quang. Một hướng đi thú vị hơn là nền tảng cobot linh hoạt có thể đánh giá cho cả hai: hàn hồ quang cho công việc kết cấu dày hơn, và hàn laser WeldAir hoặc cắt nhẹ cho các công việc tấm mỏng, ít biến dạng và số lượng nhỏ. Đối với nhiều xưởng, sự kết hợp này có thể là giá trị thực sự của tự động hóa cobot.
Để đánh giá một dự án thực tế, hãy chuẩn bị loại vật liệu, độ dày, ảnh chi tiết, chất lượng hàn hoặc cắt mong muốn, hình dạng đường đi, giới hạn đồ gá, tầm với robot, tải trọng, vỏ bảo vệ an toàn có sẵn và yêu cầu thay đổi quy trình. Những chi tiết này quyết định liệu một module CNC cố định, một bộ chuyển đổi Dobot CRA, một cell hàn tích hợp hay một máy chuyên dụng là giải pháp tốt hơn.
