Integriertes Roboter-Plasmaschneiden erfordert mehr als nur einen Brenner, der am Ende des Roboterarms angebracht ist. Die Kenntnis des Plasmaschneidprozesses ist der Schlüssel.Schatz
Metallverarbeiter in der gesamten Branche – in Werkstätten, Schwermaschinen, Schiffbau und Baustahl – streben danach, anspruchsvolle Liefererwartungen zu erfüllen und gleichzeitig die Qualitätsanforderungen zu übertreffen. Sie sind ständig bestrebt, Kosten zu senken und gleichzeitig das allgegenwärtige Problem der Bindung qualifizierter Arbeitskräfte zu bewältigen nicht einfach.
Viele dieser Probleme lassen sich auf manuelle Prozesse zurückführen, die in der Industrie immer noch weit verbreitet sind, insbesondere bei der Herstellung komplex geformter Produkte wie Industriebehälterdeckel, gebogener Baustahlkomponenten und Rohre. Viele Hersteller widmen 25 bis 50 Prozent ihrer Arbeitszeit Bearbeitungszeit bis zur manuellen Markierung, Qualitätskontrolle und Umrüstung, wenn die eigentliche Schneidezeit (meist mit einem handgeführten Autogen- oder Plasmaschneider) nur 10 bis 20 Prozent beträgt.
Zusätzlich zu der Zeit, die durch solche manuellen Prozesse verbraucht wird, werden viele dieser Schnitte um falsche Merkmalspositionen, Abmessungen oder Toleranzen herum durchgeführt, was umfangreiche sekundäre Operationen wie Schleifen und Nacharbeiten oder schlimmer noch, Materialien, die verschrottet werden müssen, erfordert. Viele Geschäfte widmen sich dem bis zu 40 % ihrer gesamten Verarbeitungszeit für diese geringwertige Arbeit und Verschwendung.
All dies hat zu einem Schub in der Branche in Richtung Automatisierung geführt. Ein Betrieb, der manuelle Brennschneidvorgänge für komplexe mehrachsige Teile automatisiert, implementierte eine Roboter-Plasmaschneidzelle und verzeichnete, wenig überraschend, enorme Gewinne. Dieser Vorgang eliminiert das manuelle Layout, und eine Aufgabe, die würde 5 Personen 6 Stunden dauern, kann jetzt mit einem Roboter in nur 18 Minuten erledigt werden.
Obwohl die Vorteile offensichtlich sind, erfordert die Implementierung des robotergestützten Plasmaschneidens mehr als nur die Anschaffung eines Roboters und eines Plasmabrenners. Wenn Sie das robotergestützte Plasmaschneiden in Betracht ziehen, sollten Sie unbedingt einen ganzheitlichen Ansatz verfolgen und den gesamten Wertstrom betrachten ein vom Hersteller geschulter Systemintegrator, der die Plasmatechnologie und die erforderlichen Systemkomponenten und Prozesse versteht und versteht, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen in das Batteriedesign integriert werden.
Berücksichtigen Sie auch die Software, die wohl eine der wichtigsten Komponenten eines jeden Roboter-Plasmaschneidsystems ist. Wenn Sie in ein System investiert haben und die Software entweder schwierig zu bedienen ist, viel Fachwissen zum Ausführen erfordert oder Sie es finden Es kostet viel Zeit, den Roboter an das Plasmaschneiden anzupassen und den Schneidpfad einzulernen, Sie verschwenden nur viel Geld.
Während Robotersimulationssoftware weit verbreitet ist, verwenden effektive Roboter-Plasmaschneidzellen Offline-Roboterprogrammiersoftware, die automatisch Roboterpfadprogrammierung durchführt, Kollisionen erkennt und kompensiert und Plasmaschneidprozesskenntnisse integriert. Die Einbindung tiefgreifender Plasmaprozesskenntnisse ist der Schlüssel. Bei Software wie dieser , wird die Automatisierung selbst der komplexesten Roboter-Plasmaschneidanwendungen viel einfacher.
Das Plasmaschneiden komplexer mehrachsiger Formen erfordert eine einzigartige Brennergeometrie. Wenden Sie die in einer typischen XY-Anwendung (siehe Abbildung 1) verwendete Brennergeometrie auf eine komplexe Form an, z. B. einen gekrümmten Druckbehälterkopf, und Sie erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen. Aus diesem Grund sind spitzwinklige Brenner (mit „spitzem“ Design) besser für das Roboter-Formschneiden geeignet.
Mit einem spitzen Blitzlicht allein sind Kollisionen aller Art nicht zu vermeiden. Um Kollisionen zu vermeiden, müssen im Teileprogramm auch Änderungen der Schnitthöhe (dh Brennerspitze muss Abstand zum Werkstück haben) enthalten sein (siehe Bild 2).
Während des Schneidvorgangs strömt das Plasmagas den Brennerkörper in einer Wirbelrichtung zur Brennerspitze hinab. Diese Rotationswirkung ermöglicht es der Zentrifugalkraft, schwere Partikel aus der Gassäule an den Rand des Düsenlochs zu ziehen und schützt die Brennerbaugruppe davor der Fluss heißer Elektronen. Die Temperatur des Plasmas beträgt fast 20.000 Grad Celsius, während die Kupferteile des Brenners bei 1.100 Grad Celsius schmelzen. Verbrauchsmaterialien müssen geschützt werden, und eine Isolierschicht aus schweren Partikeln bietet Schutz.
Abbildung 1. Standard-Brennerkörper sind für das Blechschneiden ausgelegt. Die Verwendung desselben Brenners in einer Mehrachsenanwendung erhöht die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen mit dem Werkstück.
Der Wirbel macht eine Seite des Schnitts heißer als die andere. Brenner mit im Uhrzeigersinn rotierendem Gas platzieren die heiße Seite des Schnitts normalerweise auf der rechten Seite des Bogens (von oben in Richtung des Schnitts gesehen). Der Verfahrenstechniker arbeitet hart daran, die gute Seite des Schnitts zu optimieren, und geht davon aus, dass die schlechte Seite (links) Ausschuss ist (siehe Abbildung 3).
Interne Merkmale müssen gegen den Uhrzeigersinn geschnitten werden, wobei die heiße Seite des Plasmas einen sauberen Schnitt auf der rechten Seite (Kantenseite des Teils) macht. Stattdessen muss der Umfang des Teils im Uhrzeigersinn geschnitten werden Schneidet der Brenner in die falsche Richtung, kann dies zu einer großen Verjüngung im Schnittprofil führen und Schlacke an der Kante des Teils verstärken. Im Wesentlichen führen Sie „gute Schnitte“ an Ausschuss aus.
Beachten Sie, dass die meisten Plasmaplatten-Schneidtische über eine in die Steuerung integrierte Prozessintelligenz bezüglich der Richtung des Lichtbogenschnitts verfügen. Auf dem Gebiet der Robotik sind diese Details jedoch nicht unbedingt bekannt oder verstanden, und sie sind noch nicht in eine typische Robotersteuerung eingebettet – Daher ist es wichtig, über eine Offline-Roboterprogrammiersoftware mit Kenntnissen des eingebetteten Plasmaprozesses zu verfügen.
Die zum Durchstechen von Metall verwendete Brennerbewegung wirkt sich direkt auf die Verschleißteile beim Plasmaschneiden aus schlechte Schnittqualität und verkürzte Lebensdauer der Verbrauchsmaterialien.
Auch dies geschieht selten bei Blechschneideanwendungen mit einem Portal, da das hohe Maß an Brennerexpertise bereits in die Steuerung integriert ist. Der Bediener drückt eine Taste, um die Lochstechsequenz einzuleiten, die eine Reihe von Ereignissen auslöst, um die richtige Lochstechhöhe sicherzustellen .
Zuerst führt der Brenner ein Höhenabtastverfahren durch, normalerweise unter Verwendung eines ohmschen Signals, um die Werkstückoberfläche zu erkennen. Nach dem Positionieren der Platte wird der Brenner von der Platte auf die Transferhöhe zurückgezogen, die der optimale Abstand für den Transfer des Plasmalichtbogens ist auf das Werkstück. Sobald der Plasmalichtbogen übertragen ist, kann er sich vollständig aufheizen. An diesem Punkt bewegt sich der Brenner auf die Lochstechhöhe, die einen sichereren Abstand vom Werkstück und weiter vom Rückstoß des geschmolzenen Materials entfernt ist. Der Brenner behält dies bei Abstand, bis der Plasmalichtbogen die Platte vollständig durchdringt. Nachdem die Lochstechverzögerung abgelaufen ist, bewegt sich der Brenner nach unten in Richtung der Metallplatte und beginnt mit der Schneidbewegung (siehe Abbildung 4).
Auch hier ist all diese Intelligenz normalerweise in die Plasmasteuerung integriert, die zum Schneiden von Blechen verwendet wird, nicht in die Robotersteuerung. Das Roboterschneiden hat auch eine weitere Ebene der Komplexität. Das Lochen auf der falschen Höhe ist schlimm genug, aber beim Schneiden von mehrachsigen Formen der Brenner möglicherweise nicht in der besten Richtung für das Werkstück und die Materialstärke. Wenn der Brenner nicht senkrecht zur Metalloberfläche steht, die er durchsticht, schneidet er am Ende einen dickeren Querschnitt als nötig, wodurch die Lebensdauer der Verschleißteile verschwendet wird. Außerdem wird ein konturiertes Werkstück durchstochen in der falschen Richtung kann die Brennerbaugruppe zu nahe an der Werkstückoberfläche platzieren, wodurch sie einem Rückschlag der Schmelze ausgesetzt wird und einen vorzeitigen Ausfall verursacht (siehe Abbildung 5).
Stellen Sie sich eine Roboter-Plasmaschneidanwendung vor, bei der der Kopf eines Druckbehälters gebogen wird. Ähnlich wie beim Blechschneiden sollte der Roboterbrenner senkrecht zur Materialoberfläche platziert werden, um einen möglichst dünnen Querschnitt für die Perforation zu gewährleisten. Wenn sich der Plasmabrenner dem Werkstück nähert verwendet er die Höhenmessung, bis er die Gefäßoberfläche findet, und zieht sich dann entlang der Brennerachse zurück, um die Höhe zu übertragen. .
Nach Ablauf der Einstechverzögerung wird der Brenner auf Schneidhöhe abgesenkt. Bei der Bearbeitung von Konturen wird der Brenner gleichzeitig oder schrittweise in die gewünschte Schneidrichtung gedreht. An dieser Stelle beginnt der Schneidablauf.
Roboter werden als überbestimmte Systeme bezeichnet. Allerdings gibt es mehrere Möglichkeiten, zum gleichen Punkt zu gelangen. Das bedeutet, dass jeder, der einem Roboter das Bewegen beibringt, oder jeder andere, ein gewisses Maß an Fachwissen haben muss, sei es beim Verständnis der Roboterbewegung oder der Bearbeitung Anforderungen an das Plasmaschneiden.
Obwohl sich Teach Pendants weiterentwickelt haben, sind einige Aufgaben nicht von Natur aus für die Programmierung von Teach Pendants geeignet – insbesondere Aufgaben mit einer großen Anzahl gemischter Teile mit geringem Volumen. Roboter produzieren nicht, wenn sie gelehrt werden, und das Lehren selbst kann Stunden oder sogar Stunden dauern Tage für komplexe Teile.
Offline-Roboterprogrammiersoftware, die mit Plasmaschneidmodulen entwickelt wurde, wird dieses Fachwissen einbetten (siehe Abbildung 7). Dazu gehören die Richtung des Plasmabrennschneidens, die anfängliche Höhenerfassung, die Lochstechsequenz und die Optimierung der Schnittgeschwindigkeit für Brenner- und Plasmaprozesse.
Abbildung 2. Scharfe („spitze“) Brenner eignen sich besser für das Roboter-Plasmaschneiden. Aber selbst bei diesen Brennergeometrien ist es am besten, die Schnitthöhe zu erhöhen, um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zu minimieren.
Die Software bietet das Robotik-Know-how, das zum Programmieren überbestimmter Systeme erforderlich ist. Sie verwaltet Singularitäten oder Situationen, in denen der Roboter-Endeffektor (in diesem Fall der Plasmabrenner) das Werkstück nicht erreichen kann;gemeinsame Grenzen;Überlauf;Überschlag des Handgelenks;Kollisionserkennung;externe Achsen;und Werkzeugwegoptimierung. Zunächst importiert der Programmierer die CAD-Datei des fertigen Teils in die Offline-Roboterprogrammiersoftware und definiert dann die zu schneidende Kante zusammen mit dem Lochstechpunkt und anderen Parametern unter Berücksichtigung von Kollisions- und Bereichseinschränkungen.
Einige der neuesten Iterationen von Offline-Robotiksoftware verwenden die sogenannte aufgabenbasierte Offline-Programmierung. Diese Methode ermöglicht es Programmierern, automatisch Schnittpfade zu generieren und mehrere Profile gleichzeitig auszuwählen. Der Programmierer kann einen Kantenpfad-Selektor auswählen, der den Schnittpfad und die Richtung anzeigt , und ändern Sie dann die Start- und Endpunkte sowie die Richtung und Neigung des Plasmabrenners. Die Programmierung beginnt im Allgemeinen (unabhängig von der Marke des Roboterarms oder des Plasmasystems) und umfasst ein bestimmtes Robotermodell.
Die resultierende Simulation kann alles in der Roboterzelle berücksichtigen, einschließlich Elemente wie Sicherheitsbarrieren, Vorrichtungen und Plasmabrenner. Sie berücksichtigt dann alle möglichen kinematischen Fehler und Kollisionen für den Bediener, der das Problem dann beheben kann. Zum Beispiel: Eine Simulation könnte ein Kollisionsproblem zwischen zwei verschiedenen Schnitten im Kopf eines Druckbehälters aufdecken. Jeder Einschnitt befindet sich auf einer anderen Höhe entlang der Kontur des Kopfes, sodass eine schnelle Bewegung zwischen den Einschnitten den erforderlichen Abstand berücksichtigen muss – ein kleines Detail, gelöst werden, bevor die Arbeit den Boden erreicht, das hilft, Kopfschmerzen und Verschwendung zu vermeiden.
Anhaltender Arbeitskräftemangel und wachsende Kundennachfrage haben dazu geführt, dass sich immer mehr Hersteller dem Roboter-Plasmaschneiden zuwenden. Leider tauchen viele Menschen ins Wasser ein, nur um weitere Komplikationen zu entdecken, insbesondere wenn die Personen, die die Automatisierung integrieren, keine Kenntnisse über den Plasmaschneidprozess haben. Dieser Weg wird nur zu Frust führen.
Integrieren Sie das Wissen über das Plasmaschneiden von Anfang an, und die Dinge ändern sich. Mit der Plasmaprozessintelligenz kann sich der Roboter nach Bedarf drehen und bewegen, um das effizienteste Lochen durchzuführen und die Lebensdauer der Verschleißteile zu verlängern. Er schneidet in die richtige Richtung und manövriert, um jedes Werkstück zu umgehen Kollision. Auf diesem Weg der Automatisierung ernten die Hersteller Früchte.
Dieser Artikel basiert auf „Advances in 3D Robotic Plasma Cutting“, das auf der FABTECH-Konferenz 2021 vorgestellt wurde.
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Postzeit: 25. Mai 2022
