Az integrált robotizált plazmavágáshoz több kell, mint egy, a robotkar végéhez rögzített fáklya. A plazmavágási folyamat ismerete kulcsfontosságú.
Az iparágban működő fémmegmunkálók – műhelyekben, nehézgépek gyártásánál, hajógyártásnál és acélszerkezetek gyártásánál – arra törekszenek, hogy megfeleljenek a szigorú szállítási elvárásoknak, miközben túlszárnyalják a minőségi követelményeket. Folyamatosan törekszenek a költségek csökkentésére, miközben a képzett munkaerő megtartásának állandó problémájával is megküzdenek. Az üzlet nem könnyű.
Ezen problémák közül sok a kézi folyamatokra vezethető vissza, amelyek még mindig elterjedtek az iparban, különösen az olyan összetett alakú termékek gyártásakor, mint az ipari tartályfedők, ívelt acélszerkezeti alkatrészek, valamint a csövek és csővezetékek. Sok gyártó a megmunkálási idejének 25-50 százalékát kézi jelölésre, minőségellenőrzésre és átalakításra fordítja, miközben a tényleges vágási idő (általában kézi oxigén- vagy plazmavágóval) csak 10-20 százalék.
Az ilyen manuális folyamatok időigényén túl ezek a vágások sok esetben rossz jellemzőhelyek, méretek vagy tűrések körül készülnek, ami kiterjedt másodlagos műveleteket igényel, például csiszolást és utólagos megmunkálást, vagy ami még rosszabb, olyan anyagokat, amelyeket selejtezni kell. Sok üzlet a teljes feldolgozási idejének akár 40%-át is erre az alacsony értékű munkára és hulladékra fordítja.
Mindez az automatizálás felé való elmozduláshoz vezetett az iparágban. Egy olyan műhely, amely automatizálja a komplex, többtengelyes alkatrészek kézi lángvágási műveleteit, egy robotizált plazmavágó cellát vezetett be, és nem meglepő módon hatalmas előnyöket ért el. Ez a művelet kiküszöböli a manuális elrendezést, és egy olyan munka, amely 5 embernek 6 órát venne igénybe, most mindössze 18 perc alatt elvégezhető egy robot segítségével.
Bár az előnyök nyilvánvalóak, a robotizált plazmavágás bevezetése többet igényel, mint egy robot és egy plazmavágó megvásárlása. Ha robotizált plazmavágást fontolgat, mindenképpen holisztikus megközelítést alkalmazzon, és tekintse át a teljes értékfolyamatot. Ezenkívül működjön együtt egy gyártó által képzett rendszerintegrátorral, aki érti és érti a plazmatechnológiát, valamint a rendszerösszetevőket és folyamatokat, amelyek szükségesek annak biztosításához, hogy minden követelmény integrálva legyen az akkumulátortervbe.
Gondoljon a szoftverre is, amely vitathatatlanul az egyik legfontosabb alkotóeleme minden robotizált plazmavágó rendszernek. Ha befektetett egy rendszerbe, és a szoftver vagy nehezen használható, sok szakértelmet igényel a futtatása, vagy úgy találja, hogy sok időbe telik a robot plazmavágáshoz való igazítása és a vágási útvonal betanítása, akkor csak sok pénzt pazarol.
Míg a robot szimulációs szoftverek elterjedtek, a hatékony robot plazmavágó cellák offline robotprogramozó szoftvert használnak, amely automatikusan elvégzi a robotpálya programozását, azonosítja és kompenzálja az ütközéseket, valamint integrálja a plazmavágási folyamattal kapcsolatos ismereteket. A mélyreható plazmavágási folyamatismeretek beépítése kulcsfontosságú. Az ilyen szoftverekkel még a legösszetettebb robot plazmavágási alkalmazások automatizálása is sokkal könnyebbé válik.
Az összetett, többtengelyes formák plazmavágása egyedi pisztolygeometriát igényel. Ha a tipikus XY alkalmazásokban használt pisztolygeometriát (lásd az 1. ábrát) alkalmazza egy összetett alakzatra, például egy ívelt nyomástartó edény fejére, akkor megnő az ütközések valószínűsége. Emiatt az éles szögű (hegyes) pisztolyok jobban megfelelnek a robotizált alakvágásnak.
Egyetlen éles szögű zseblámpával sem kerülhető el minden ütközéstípus. Az alkatrészprogramnak tartalmaznia kell a vágási magasság módosításait is (azaz a pisztoly hegyének szabad távolsággal kell rendelkeznie a munkadarabtól) az ütközések elkerülése érdekében (lásd a 2. ábrát).
A vágási folyamat során a plazmagáz örvényszerűen áramlik a pisztoly testén a pisztoly hegyéhez. Ez a forgó hatás lehetővé teszi, hogy a centrifugális erő a nehéz részecskéket a gázoszlopból a fúvókafurat peremére húzza, és megvédi a pisztolyegységet a forró elektronok áramlásától. A plazma hőmérséklete közel 20 000 Celsius-fok, míg a pisztoly réz részei 1100 Celsius-fokon olvadnak. A fogyóeszközök védelmet igényelnek, és a nehéz részecskékből álló szigetelőréteg védelmet nyújt.
1. ábra. A standard pisztolytesteket lemezlemezvágásra tervezték. Ugyanazon pisztoly használata többtengelyes alkalmazásban növeli a munkadarabbal való ütközés esélyét.
Az örvény a vágás egyik oldalát forróbbá teszi, mint a másikat. Az óramutató járásával megegyezően forgó gázzal működő fáklyák jellemzően a vágás forró oldalát az ív jobb oldalára helyezik (felülről, a vágás irányába nézve). Ez azt jelenti, hogy a folyamatmérnök keményen dolgozik a vágás jó oldalának optimalizálásán, és feltételezi, hogy a rossz oldal (balra) selejt lesz (lásd a 3. ábrát).
A belső részeket az óramutató járásával ellentétes irányban kell megvágni, a plazma forró oldalával tiszta vágást hozva létre a jobb oldalon (az alkatrész élének oldalán). Ehelyett az alkatrész kerületét az óramutató járásával megegyező irányban kell megvágni. Ha a fáklya rossz irányba vág, az nagy kúpot hozhat létre a vágási profilban, és növelheti a salakképződést az alkatrész élén. Lényegében „jó vágásokat” hoz létre a hulladékon.
Megjegyzendő, hogy a legtöbb plazmapanel-vágóasztal vezérlőjébe beépített folyamatintelligencia van beépítve az ívvágás irányát illetően. A robotika területén azonban ezek a részletek nem feltétlenül ismertek vagy értettek, és még nincsenek beépítve egy tipikus robotvezérlőbe – ezért fontos, hogy rendelkezzünk offline robotprogramozó szoftverrel, amely ismeri a beágyazott plazmafolyamatot.
A fém átszúrásához használt pisztoly mozgása közvetlen hatással van a plazmavágó fogyóeszközökre. Ha a plazmavágó pisztoly vágási magasságban (túl közel a munkadarabhoz) átszúrja a lemezt, az olvadt fém visszarúgása gyorsan károsíthatja a védőpajzsot és a fúvókát. Ez rossz vágási minőséget és csökkentett fogyóeszközök élettartamát eredményezi.
Ez ismét ritkán fordul elő fémlemez-vágási alkalmazásoknál, portálgéppel, mivel a magas szintű pisztoly-szakértelem már be van építve a vezérlőbe. A kezelő egy gomb megnyomásával elindítja a lyukasztási sorozatot, amely egy eseménysorozatot indít el a megfelelő lyukasztási magasság biztosítása érdekében.
Először a pisztoly magasságérzékelési eljárást hajt végre, általában ohmos jel segítségével érzékeli a munkadarab felületét. A lemez pozicionálása után a pisztolyt visszahúzzák a lemezről az átviteli magasságra, amely az optimális távolság a plazmaív átviteléhez a munkadarabra. Miután a plazmaív átvitele megtörtént, teljesen felmelegedhet. Ezen a ponton a pisztoly a lyukasztási magasságra mozdul, ami biztonságosabb távolság a munkadarabtól, és távolabb van az olvadt anyag visszafújásától. A pisztoly ezt a távolságot addig tartja, amíg a plazmaív teljesen át nem hatol a lemezen. Miután a lyukasztási késleltetés befejeződik, a pisztoly lefelé mozdul a fémlemez felé, és megkezdi a vágási mozgást (lásd a 4. ábrát).
Ismétlem, ez az intelligencia általában a lemezvágáshoz használt plazmavezérlőbe van beépítve, nem a robotvezérlőbe. A robotvágásnak van egy másik bonyolultsági rétege is. A rossz magasságban történő lyukasztás önmagában is elég rossz, de többtengelyes formák vágásakor a pisztoly nem biztos, hogy a munkadarab és az anyagvastagság szempontjából a legjobb irányba mutat. Ha a pisztoly nem merőleges a fémfelületre, amelyen lyukaszt, akkor vastagabb keresztmetszetet fog vágni a szükségesnél, ami pazarolja a fogyóeszközök élettartamát. Ezenkívül egy kontúrozott munkadarab rossz irányú lyukasztása a pisztolyegységet túl közel helyezheti a munkadarab felületéhez, ami olvadékvisszafúvást és idő előtti meghibásodást okozhat (lásd az 5. ábrát).
Vegyünk egy robotizált plazmavágási alkalmazást, amely egy nyomástartó edény tetejének hajlítását foglalja magában. A lemezvágáshoz hasonlóan a robotizált égőfejet merőlegesen kell elhelyezni az anyag felületére, hogy a lehető legvékonyabb keresztmetszetet biztosítsa a perforációhoz. Ahogy a plazmaégő közeledik a munkadarabhoz, magasságérzékelést használ, amíg meg nem találja az edény felületét, majd a égőfej tengelye mentén visszahúzódik a magasság átviteléhez. Az ív átvitele után a égőfej ismét visszahúzódik a égőfej tengelye mentén a lyukasztási magasság eléréséhez, biztonságosan távol a visszafújástól (lásd a 6. ábrát).
Miután a lyukasztási késleltetés lejár, a pisztoly lesüllyed a vágási magasságra. Kontúrok feldolgozásakor a pisztoly egyszerre vagy lépésekben forgatható a kívánt vágási irányba. Ezen a ponton kezdődik a vágási sorozat.
A robotokat túldeterminált rendszereknek nevezik. Ennek ellenére több módon is el lehet jutni ugyanarra a pontra. Ez azt jelenti, hogy bárki, aki egy robotot mozgásra tanít, vagy bárki más, rendelkeznie kell bizonyos szintű szakértelemmel, legyen szó akár a robot mozgásának megértéséről, akár a plazmavágás megmunkálási követelményeiről.
Bár a betanító kézivezérlők fejlődtek, egyes feladatok nem feltétlenül alkalmasak a betanító kézivezérlő programozására – különösen a nagyszámú, vegyes, kis volumenű alkatrészt tartalmazó feladatok. A robotok nem termelnek, amikor betanítják őket, és maga a betanítás órákig, vagy akár napokig is eltarthat összetett alkatrészek esetén.
A plazmavágó modulokkal tervezett offline robotprogramozó szoftverek beépítik ezt a szakértelmet (lásd a 7. ábrát). Ez magában foglalja a plazmagázos vágási irányt, a kezdeti magasságérzékelést, a lyukasztási sorrendet, valamint a vágási sebesség optimalizálását fáklya- és plazmafeldolgozáshoz.
2. ábra. Az éles („hegyes”) égőfejek jobban megfelelnek a robotizált plazmavágásnak. De még ezeknél az égőfej-geometriáknál is a legjobb a vágási magasság növelése az ütközések esélyének minimalizálása érdekében.
A szoftver biztosítja a túlhatározott rendszerek programozásához szükséges robotikai szakértelmet. Kezeli a szingularitásokat, vagyis azokat a helyzeteket, amikor a robotikus effektor (ebben az esetben a plazmavágó) nem éri el a munkadarabot; az illesztési határokat; a túllépést; a csukló átfordulását; az ütközésérzékelést; a külső tengelyeket; és a szerszámpálya optimalizálását. Először a programozó importálja a kész alkatrész CAD-fájlját az offline robotprogramozó szoftverbe, majd meghatározza a vágandó élt, a lyukasztási ponttal és egyéb paraméterekkel együtt, figyelembe véve az ütközési és tartománykorlátokat.
Az offline robotikai szoftverek legújabb verziói némelyike úgynevezett feladatalapú offline programozást használ. Ez a módszer lehetővé teszi a programozók számára, hogy automatikusan generáljanak vágási útvonalakat, és egyszerre több profilt válasszanak ki. A programozó kiválaszthat egy élútvonal-választót, amely mutatja a vágási útvonalat és irányt, majd megváltoztathatja a kezdő- és végpontokat, valamint a plazmavágó irányát és dőlését. A programozás általában megkezdődik (függetlenül a robotkar vagy a plazmarendszer márkájától), és egy adott robotmodell bevonásával folytatódik.
Az így létrejövő szimuláció mindent figyelembe vehet a robotcellában, beleértve az olyan elemeket is, mint a biztonsági korlátok, a szerelvények és a plazmafáklyák. Ezután figyelembe veszi az esetleges kinematikai hibákat és ütközéseket a kezelő számára, aki ezután kijavíthatja a problémát. Például egy szimuláció feltárhat egy ütközési problémát két különböző vágás között egy nyomástartó edény fejében. Minden bemetszés más magasságban van a fej kontúrja mentén, így a bemetszések közötti gyors mozgásnak figyelembe kell vennie a szükséges szabad távolságot – egy apró részletet, amelyet a munkadarab padlóra kerülése előtt megoldanak, és amely segít kiküszöbölni a fejfájást és a pazarlást.
A tartós munkaerőhiány és a növekvő ügyféligény arra késztetett több gyártót, hogy a robotizált plazmavágás felé forduljon. Sajnos sokan csak azért vetik bele magukat, hogy további bonyodalmakat fedezzenek fel, különösen akkor, ha az automatizálást integráló emberek nem ismerik a plazmavágási folyamatot. Ez az út csak frusztrációhoz vezet.
Integrálja a plazmavágási ismereteket a kezdetektől fogva, és a dolgok megváltoznak. A plazma folyamatintelligenciájának köszönhetően a robot szükség szerint foroghat és mozoghat a leghatékonyabb lyukasztás végrehajtása érdekében, meghosszabbítva a fogyóeszközök élettartamát. A megfelelő irányba vág, és úgy manőverez, hogy elkerülje a munkadarab ütközését. Az automatizálás ezen útját követve a gyártók megtérülnek.
Ez a cikk a 2021-es FABTECH konferencián bemutatott „Advances in 3D Robotic Plasma Cutting” (A 3D robotizált plazmavágás fejlődése) című előadáson alapul.
A FABRICATOR Észak-Amerika vezető fémmegmunkáló és -megmunkáló iparági magazinja. A magazin híreket, műszaki cikkeket és esettanulmányokat közöl, amelyek lehetővé teszik a gyártók számára, hogy hatékonyabban végezzék munkájukat. A FABRICATOR 1970 óta szolgálja az iparágat.
Mostantól teljes hozzáféréssel a The FABRICATOR digitális kiadásához, könnyű hozzáféréssel az értékes iparági forrásokhoz.
A The Tube & Pipe Journal digitális kiadása mostantól teljes mértékben hozzáférhető, könnyű hozzáférést biztosítva az értékes iparági forrásokhoz.
Élvezze a STAMPING Journal digitális kiadásának teljes hozzáférését, amely a fémbélyegző piac legújabb technológiai fejlesztéseit, legjobb gyakorlatait és iparági híreit tartalmazza.
Mostantól teljes hozzáféréssel a The Fabricator en Español digitális kiadásához, könnyű hozzáféréssel az értékes iparági forrásokhoz.
Közzététel ideje: 2022. május 25.
