تغییر و تحول در روش‌های برش لیزری ربات

تغییر و تحول در روش‌های برش لیزری رباتیک

پردازش مواد در صنعت خودرو، به ویژه برش لیزری، در 30 سال گذشته پیشرفت چشمگیری داشته است. نیازهای بازار برای بهبود استحکام، کاهش وزن، و کاهش هزینه ها، تولیدکنندگان را به استفاده از موادی مانند فولاد و آلومینیوم با استحکام بالا سوق می دهد. فولادهای سخت شده پرس گرم (PHS) که به طور کلی به عنوان فولادهای با استحکام بالا شناخته می شوند، شامل نام های تجاری مختلفی هستند.

جنبه کلیدی برای دستیابی به استحکام در فولادهای PHS، گرم کردن مواد در پرس استامپینگ، شکل دادن قطعه و سپس آبکاری برای سخت شدن فولاد در حین شکل دادن قطعه است. در یک استامپینگ خودروی سنتی، یک قطعه مراحل مختلف تشکیل قالب را با یک قالب برش نهایی طی می کند تا فلز به شکل خالص خود تبدیل شود. با این حال، برش قطعات PHS در قالب دشوار یا حتی غیرممکن است. بنابراین، تولیدکنندگان باید از یک فرآیند ماشینکاری ثانویه برای برش قطعات PHS استفاده کنند. این امر می تواند منجر به افزایش هزینه ها و کاهش بهره وری شود.

برش لیزری روشی موثر و محبوب برای برش قطعات PHS است. برش لیزری با استفاده از یک پرتو لیزر متمرکز، فلز را ذوب یا تبخیر می کند و برشی دقیق و تمیز ایجاد می کند. برش لیزری همچنین می تواند برای ایجاد برش های پیچیده در قطعات سه بعدی استفاده شود.

دو روش اصلی برای برش لیزری وجود دارد: برش لیزری رباتیک و برش لیزری CNC

برش لیزری رباتیک از یک ربات صنعتی برای کنترل پرتو لیزر استفاده می کند. برش لیزری رباتیک دارای مزایای زیر است:

• دقت بالا: ربات ها می توانند با دقت بالایی حرکت کنند، بنابراین برش لیزری رباتیک می تواند برش های دقیقی ایجاد کند.
• انعطاف پذیری: ربات ها می توانند در زوایای مختلف حرکت کنند، بنابراین برش لیزری رباتیک می تواند برای برش قطعات پیچیده استفاده شود.
• سرعت بالا: ربات ها می توانند با سرعت بالایی حرکت کنند، بنابراین برش لیزری رباتیک می تواند برای تولید قطعات با حجم بالا استفاده شود.

با این حال، برش لیزری رباتیک نیز دارای معایبی است:

• هزینه بالا: ربات های صنعتی گران هستند، بنابراین برش لیزری رباتیک می تواند هزینه بیشتری نسبت به برش لیزری CNC داشته باشد.
• پیچیدگی: برش لیزری رباتیک یک فرآیند پیچیده است، بنابراین نیاز به مهارت و آموزش زیادی دارد.

برش لیزری CNC از یک کنترلر CNC برای کنترل پرتو لیزر استفاده می کند. برش لیزری CNC دارای مزایای زیر است:

• دقت بالا: کنترلرهای CNC می توانند با دقت بالایی حرکت را کنترل کنند، بنابراین برش لیزری CNC می تواند برش های دقیقی ایجاد کند.
• هزینه پایین: کنترلرهای CNC ارزان تر از ربات های صنعتی هستند، بنابراین برش لیزری CNC می تواند هزینه کمتری نسبت به برش لیزری رباتیک داشته باشد.
  

  معایب برش لیزری CNC

با این حال، برش لیزری CNC نیز دارای معایبی است:

• انعطاف پذیری کمتر: کنترلرهای CNC فقط می توانند در زوایای محدودی حرکت کنند، بنابراین برش لیزری CNC برای برش قطعات پیچیده مناسب نیست.
• سرعت پایین تر: کنترلرهای CNC نمی توانند با سرعت بالایی حرکت کنند، بنابراین برش لیزری CNC برای تولید قطعات با حجم بالا مناسب نیست.

توسعه های جدید در برش لیزری رباتیک همچنان به کاهش شکاف در دقت مسیر با سرعت ادامه می دهد. این امر به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا از مزایای دقت بالا و انعطاف پذیری برش لیزری رباتیک با هزینه کمتری نسبت به گذشته بهره مند شوند.

جدیدترین پیشرفت در عملکرد برش لیزری رباتیک توسط شرکتی به نام Shape Process Automation (formerly DRS Robotics) ارائه شده است. Shape با همکاری Laser Mechanism و FANUC America، سر برش لیزری رباتیک NEWTON را توسعه داده است. NEWTON یک دستگاه برش شکل دو محوره نصب شده بر روی ربات است که دقت مسیریابی تا +/- 0.05 میلی‌متر در محدوده عملیاتی 30 میلی‌متر را ارائه می‌دهد. این دستگاه همچنین قادر به سریع‌ترین سرعت برش سوراخ لیزری با 0.3 ثانیه برای ویژگی‌های اندازه رایج است. ربات FANUC M-20iB/25 از قبل عملکرد مسیریابی چشمگیری دارد و NEWTON آن را به سطح جدیدی می‌برد. این قابلیت تقریباً شکاف بین برش لیزری رباتیک و CNC را برای قطعات سه بعدی خودرو از بین می‌برد.

توسعه‌های جدید در برش لیزری رباتیک همچنان به کاهش شکاف در دقت مسیریابی با سرعت ادامه می‌دهند و عملکرد رباتیک را به سطح عملکرد CNC و با بازدهی بالاتر می‌رسانند.

طراحی NEWTON یک دستگاه در حال ثبت اختراع است که تعادل اینرسی دارد و مستقیماً از طریق صفحه آموزش ربات کنترل می‌شود. عملکرد آن با برنامه ریزی حرکتی از پیش تعیین شده برای اشکال رایج از جمله دایره ها، شکاف ها، مربع ها، شش ضلعی ها و بسیاری دیگر در کتابخانه ربات ساده است. برای کاربران، به سادگی حرکت دادن سر ربات به سمت ویژگی و سپس انتخاب شکل برش از کتابخانه است. ویژگی های شکل برای برنامه ریزی سریع به راحتی قابل تغییر هستند. کاربران ربات به راحتی به NEWTON منتقل خواهند شد، زیرا برنامه نویسی آشنا و آسان برای استفاده از NEWTON می تواند زمان چرخه را نسبت به یک ربات برش شش محوره معمولی تا 70 درصد کاهش دهد.

کارایی عملیاتی نام بازی است و Newton تغییر بنیادینی است. اکنون سیستم‌های برش لیزری رباتیک در یک سلول کاری یا یک چیدمان خطی عملکرد خوبی دارند. هنگام بررسی چیدمان پردازش برای برش قطعات PHS، انتخاب سازنده برای توسعه بهترین چیدمان بر اساس جریان مواد است. برای مثال، یک سلول کاری رباتیک از نوع ایستگاه ممکن است رویکرد سلولی CNC را تقلید کند در حالی که یک سری ربات در یک خط ظرفیت‌های بازده بالاتری را ارائه می‌دهند. چیدمان به ترکیب یا تنوع قطعات و حجم تولید مورد نیاز بستگی دارد. سلول‌های کاری ممکن است قابلیت‌های بهبودیافته‌ای را برای تعویض ابزار و ترکیب قطعات ارائه دهند، در حالی که خط تولید سری به دلیل ابزار اختصاصی، تراکم لیزر بالا، زمان بیشتر و افزایش کلی بهره‌وری، بازده بالاتری را ارائه می‌دهد. سر برش NEWTON یک فعال کننده برای هر دو سلول کاری و فرآیند خطی است و مزایای زیادی برای پردازش لیزری سه بعدی دارد. یک بازوی ربات می تواند انواع مختلفی از قطعات و اشکال قطعات را پردازش کند زیرا ساخت بازوی لینک سریال امکان نصب بازوی ربات های بیشتری را روی یک فیکسچر قطعه فراهم می کند. بازوهای بیشتر به معنای سرهای پردازش لیزری بیشتر و افزایش بهره وری است. طراحی CNC مستطیلی است، جایی که دستگاه حرکت از یک ساختار پل افقی با یک سر برش تنها در داخل ناحیه کاری محفظه تشکیل شده است.

هنگام بررسی کاربرد برش لیزری، زمان چرخه پردازش قطعه باید در نظر گرفته شود  CNC ممکن است در یک زمان تنها یک سر برش لیزری روی قطعه داشته باشد و اگر زمان برش کل کمتر از 30 ثانیه باشد، باعث عدم تعادل اپراتور می‌شود. به عبارت دیگر، آنها نمی توانند مواد را به اندازه کافی سریع برای یک چرخه تک قطعه کمتر از 30 ثانیه بارگیری یا تخلیه کنند. اگر همین زمان چرخه را در نظر بگیرید و قطعه را دوبرابر کنید، هزینه ابزار دو برابر می‌شود و مساحت سلول لیزری نیز دو برابر می‌شود، در حالی که زمان پردازش قطعه در هر سر همچنان ثابت است. برخی از این مسائل ممکن است با بارگیری و تخلیه رباتیک CNC حل شوند، اما تعداد سرهای پردازش در هر قطعه همچنان 1:1 و فضای کف بزرگتر می شود. همه اینها به تعداد بیشتری سر لیزر در هر قطعه منجر می شود و به شما امکان می دهد تولید به موقع بهتری داشته باشید. مزیت جانبی داشتن فیکسچر یا ابزار کمتر در هر قطعه است . نوع قطعه، بهبود قابلیت فرآیند است.

نسبت زمان چرخه و تعداد سر در هر قطعه  باید متعادل باشد و با الزامات جریان مواد مطابقت داشته باشد.

هزینه های سرمایه ای و صرفه جویی در فضا زمانی بیشتر آشکار می شود که یک سلول کاری انعطاف پذیر جریان مواد را از طریق محورهای دوار، که اغلب به عنوان یک تعویض نامیده می شود، مدیریت می کند. این نوع سلول های رباتیک به کاربر زمان بارگیری و تخلیه متعادل را در چرخه پردازش لیزری ارائه می دهد. سلول های کاری با یک دوار واحد انعطاف پذیری بیشتری را ارائه می دهد که امکان تعویض دینامیکی فیکسچر قطعه یا ابزار برای قطعات مدل دیگر را فراهم می کند. سلول های دوار دو طرفه امکان عملیات مداوم را فراهم می کنند و تعویض ابزار برنامه ریزی شده همزمان را برای یک طرف در حالی که طرف دیگر در حال تولید است، محقق می کنند. گاهی اوقات به عنوان یک سلول دو دیواره با محورهای دوار، با دیوارهایی در هر طرف سلول برای فراهم کردن یک عملیات ایمن و بدون نور نامیده می شود. یک مفهوم اضافی از همان روش استفاده می کند اما با سه محور دیواری یا تری وینگ دوار، که قطعه و ابزار را با سه موقعیت 120⁰ در هر میز در یک میز می چرخاند. طراحی سه پره ایستگاه سه گانه می تواند نرخ تولید بالاتری را در حالی که امکان تعویض قطعه در حین تولید را فراهم می کند، به دست آورد. سرعت و دقت بالای سر برش NEWTON افزایش بهره وری طراحی های دو دیواره و سه پره را تکمیل می کند.

قابلیت سر NEWTON به ربات ها امکان می دهد تا جریمه های زمان چرخه و دقت را از پیشینیان خود پشت سر بگذارند. این فناوری جدید قابلیت هایی را دارد که امکان تولید سریال یا سلولی بدون جریمه را فراهم می کند. انعطاف پذیری افزودن سرهای لیزری بیشتر به هر قطعه، هزینه های ابزار را کاهش می دهد و به متعادل کردن زمان چرخه عملیات کمک می کند و در عین حال Cpk را بهبود می بخشد. NEWTON یک فعال کننده کلیدی برای حفظ برش لیزری رباتیک در خط مقدم تولید است. این طراحی منحصر به فرد متعادل شده اینرسی و کنترل از طریق FANUC iPendant عصر جدیدی را آغاز خواهد کرد و برش لیزری رباتیک را تعریف مجدد می کند.

NEWTON یک فناوری نوآورانه است که پتانسیل انقلابی در صنعت برش لیزری رباتیک را دارد.

توسعه های بیشتر در برش لیزری رباتیک

رشد سریع برش لیزری رباتیک در دهه گذشته به دلیل مزایای متعدد آن، از جمله دقت بالا، سرعت برش سریع، و قابلیت برش قطعات پیچیده، بوده است. با این حال، ربات های برش لیزری سنتی با چالش هایی مانند زمان چرخه طولانی، هزینه های بالای ابزار، و محدودیت های چیدمان مواجه بودند.

سر برش NEWTON که در بالا توضیح داده شد، یک پیشرفت مهم در فناوری برش لیزری رباتیک است که بسیاری از این چالش ها را برطرف می کند. NEWTON دقت مسیریابی بالا، سرعت برش سریع، و قابلیت برش قطعات سه بعدی پیچیده را ارائه می دهد. همچنین، NEWTON با کاهش زمان چرخه و هزینه های ابزار، بهره وری را افزایش می دهد.

توسعه های بیشتر در برش لیزری رباتیک در حال انجام است که بر بهبود دقت، سرعت، و انعطاف پذیری این فناوری تمرکز دارند. برخی از این توسعه ها عبارتند از:

• استفاده از ربات های شش محوره: ربات های شش محوره انعطاف پذیری بیشتری را برای برش قطعات پیچیده ارائه می دهند.
• استفاده از لیزرهای با توان بالا: لیزرهای با توان بالا سرعت برش را افزایش می دهند.
• استفاده از سیستم های دید کامپیوتری: سیستم های دید کامپیوتری دقت برش را بهبود می بخشند.

این توسعه ها پتانسیل دارند تا برش لیزری رباتیک را به یک فناوری حتی کارآمدتر و انعطاف پذیرتر برای تولید قطعات صنعتی تبدیل کنند.

نتیجه گیری

برش لیزری رباتیک یک فناوری در حال رشد است که پتانسیل انقلابی در صنعت تولید را دارد. توسعه های اخیر در این فناوری، از جمله سر برش NEWTON، دقت، سرعت، و انعطاف پذیری برش لیزری رباتیک را بهبود می بخشند. این توسعه ها پتانسیل دارند تا برش لیزری رباتیک را به یک فناوری کلیدی برای تولید قطعات صنعتی پیچیده و سفارشی تبدیل کنند.

فناوری برش لیزری در صنایع مختلف ، برای ایجاد برش های با دقت و سوراخ کاری بر روی مواد فلزی و غیر فلزی مثل کاغذ ، چوب ، پارچه ، شیشه و سرامیک استفاده می شود .

با وجود مزایایی که دستگاه های برش لیزری معمولی دارند اما همیشه هم ایده آل نیستند ، ترکیب دستگاه لیزر برش و ربات ، فناوری جدید و روش کارآمدی هست که قابلیت انعطاف پذیری و تطبیق پذیری زیادتری را فراهم می کند و فرآیند ها را با سرعت ، دقت و کیفیت بالاتری انجلم می دهد .

نحوه کار ربات برش لیزری خیلی ساده است ، به این صورت که انتهای یک بازوی مکانیکی رباتیک به افکتور انتهای دستگاه لیزر وصل می شود . بعد برای استفاده از ربات لیزری ، درست مثل دستگاه برش لیزری معمولی سر برش لیزری رباتیک در جایی از قطعه مورد نظر که قصد دارید برشی در آن ناحیه ایجاد کنید قرار می گیرد .

به طور کلی دستگاه لیزر برش و ربات ، مستقیما به وسیله ربات کنترل می شود . عملیات برش در این دستگاه با تنظیم برنامه های حرکتی از پیش آماده شده برای ایجاد شکل های رایجی مثل : دایره ، مثلث ، مربع ، شش ضلعی و بسیاری موارد دیگر انجام می شود .

اپراتور تنها کاری که برای ایجاد این اشکال لازم است انجام بدهد این است که سر ربات را به سادگی به روی قطعه کاری بیاورد و شکل برشی که مد نظر دارد را انتخاب می کند .

از طرفی قابلیت دیگری که در این دستگاه وجود دارد این است که ویژگی های این اشکال به راحتی قابل تغییر است و با برنامه نویسی ، این تغییرات به آسانی و سریع انجام می شود . در هر صنعتی پیدا کردن روشی با دقت بالا و سرعت کارآمد ضروری ست ، در نتیجه صنایع مختلف در سراسر جهان شروع به توسعه فضاهای کاری خود کرده اند تا سیستم هایشان را به اتوماسیون رباتیک مجهز کنند .

این ربات ها بیشتر در صنایع تولیدی بزرگ کارهای تکراری یا خطرناکی که انسان نمی تواند انجام دهد را بدون خطا انجام می دهد . این مورد باعث صرفه جویی در هزینه ها ، ثابت نگه داشتن فرآیند تولید و از بین بردن خطراتی می شود که اپراتورها در صورت استفاده از این تجهیزات برش در معرض آن قرار می گیرند .

در این میان ، دستگاه برش لیزری و ربات که فناوری نسبتا جدیدی ست از این دسته اند .

صرف دظر از استفاده آسان ربات صنعتی لیزری ، دلایل زیادی وجود دارد که چرا صنایع به فرآیندهای برش لیزری رباتیک روی می آورند و حاضرند دستگاه برش لیزری معمولی خود را به برش لیزری رباتیک تغییر دهند ، از جمله این دلایل : کمبود اپراتور ماهر است که این نوع سیستم اتوماسیون با قابلیت های حرفه ای خود می تواند به خوبی جای خالی این معضل را پر کند .

مورد دیگری که در ارتباط با خواسته مشتریان مبنی بر قیمت و زمان تحویل مناسب است که استفاده از این دستگاه می تواند هزینه قطعات و زمان تولید محصول را کاهش دهد و در نهایت سیستم های لیزری رباتیک از پیش برنامه ریزی شده اند تا این امکان را فراهم کنند تا بدون نیاز به نیروی انسانی ، قابلیت تولید اتوماتیک را به فرآیندهای خود اضافه کنند .

ظرفیت و عملکرد بالای دستگاه ربات صنعتی لیزری برای برش فلزات و آلیاژهای فلزی از جمله فولاد و مواد غیر فلزی ، این دستگاه را به ابرازی عالی برای استفاده در اکثر زمینه های صنعتی تبدیل می کند . به طوری که از این فناوری به طور گسترده در صنایع کاغذ سازی ، کشتی سازی ، خودرو سازی جواهر سازی ، هوا فضا ، تجهیزات پزشکی و غیره استفاده می شود .

یک دستگاه برش لیزر و ربات نسبت به مدل های معمولی تر دستگاه برش لیزری از مزیت های زیر برخوردار است :

1 . کیفیت بالای لبه های برش :

از آنجا که فرآیند لیزر رباتیک به صورت غیر تماسی است ، در برش هایی که با دستگاه انجام می شود از تحریف قطعه کار جلوگیری می شود و لبه های تمیزی را ایجاد می کند .

در این دستگاه حرارت ورودی کمی به مواد می رسد . ربات صنعتی لیزری موقع کار با انواع قطعه کار ، سرعت پردازش بالایی از خود نشان می دهد . هزینه سرمایه گذاری کمتر از دستگاه برش لیزر 5 محوره معمولی نیاز دارد .

امکان حذف عملیات موجود مثل برش درون خطی داغ در این دستگاه وجود دارد . سهولت استفاده هم از مزایای دیگر این فناودی ست .

ربات برش لیزری ، برای هر مسیربرشی مناسب است و مثل دستگاه های معمولی دیگر محدود به برش در یک صفحه نیست .

دستگاه برش لیزر و ربات به دلیل کالیبراسیون ویژه ای که روی آن انجام می شود ، از دقت مسیر بالا و رفتار موقعیت یابی خیلی خوبی برخوردار است و می تواند سر برش لیزر را تقریبا در هر موقعیت و جهتی از فضای کاری که می خواهد قرار دهد .

2 . ربات برش لیزری خیلی انعطاف پذیر است :

به این معنی که برای انجام عملیات مورد نظرتان ، تنها باید از یک ربات استفاده کنید در حالی که در فناوری برش لیزری معمولی ، ممکن است مجبور به استفاده از چند دستگاه شوید .

لیزر رباتیک فضای کمتری از محیط کاری را اشغال می کند به خصوص وقتی این موضوع را در نظر بگیرید که به جای استفاده از چندین ماشین ، فقط به یک ربات نیاز است .

دستگاه لیزر ربات ، در صورتی که به درستی برنامه ریزی شده باشند نیاز به نظارت ندارند و می توانند به طور مستقل عملیات را انجام دهند . این مورد به کاهش هزینه های مربوط به اپراتور و پرداخت حقوق آنها کمک می کند .

3 .  و در نهایت این که دستگاه ربات لیزری ، مکانسیم ربات ، عملکرد حرکت آن و عملکرد کنترل کننده سروو و برنامه ریزی مسیر به وسیله مدل های ریاضی دقیق تکامل پیدا می کند ، این مزیتی ست که باعث می شود لیزر ربات از توان عملیاتی بالایی برخوردار باشد و جایگزین عملیات برش ( سی ان سی ) به حساب بیاید .

برش لیزری رباتیک در آینده

برش لیزری رباتیک یک فناوری نوآورانه است که پتانسیل تبدیل شدن به یک روش استاندارد برای تولید قطعات صنعتی را دارد. توسعه های اخیر در این فناوری، از جمله سر برش NEWTON، این پتانسیل را تقویت می کنند.

در آینده، انتظار می رود که برش لیزری رباتیک در طیف گسترده ای از صنایع استفاده شود، از جمله:

• خودروسازی: برش لیزری رباتیک برای تولید قطعات پیچیده خودرو، مانند بدنه، شیشه، و چراغ ها استفاده می شود.
• ساخت تجهیزات: برش لیزری رباتیک برای تولید قطعات پیچیده تجهیزات، مانند دستگاه های پزشکی، تجهیزات الکتریکی، و تجهیزات صنعتی استفاده می شود.
• ساخت قطعات سفارشی: برش لیزری رباتیک برای تولید قطعات سفارشی، مانند قطعات معماری، قطعات هنری، و قطعات تبلیغاتی استفاده می شود.

با بهبود دقت، سرعت، و انعطاف پذیری برش لیزری رباتیک، انتظار می رود که این فناوری در آینده نقش بیشتری در صنعت تولید ایفا کند.