Лазерный мир

Поскольку роботы и лазеры улучшают свои возможности, они становятся еще более лучшими партнерами в большем количестве приложений

Лазеры и роботы долгое время работали вместе. Роботы (и другая автоматизация) обычно служат для управления лазерами при сварке, маркировке и других процессах. Роботизированные лазерные системы знакомы с  в автомобильной промышленностью, где с течением времени обе стороны партнерства видели, как их точность и производительность улучшаются, благодаря чему в немалой степени способствовало все более сложное программное обеспечение. В результате лазерные роботизированные системы широко используются в других отраслях, в том числе в аэрокосмической промышленности.

В последнее время самым большим драйвером в области применения лазеров стала экономическая эффективность, — сказал Майк Шарп (Mike Sharpe), инженер-технолог в группе, входящей в группу FANUC America Corp. (Рочестер-Хиллз, Мичиган).

Волоконные лазеры, все эти типы твердотельных  лазеров на длине волны один микрон, и это действительно снижает стоимость и улучшает эффективность лазеров», — сказал Шарп. «Мультикиловаттные лазеры  теперь становятся более надежными, потому что они доступны по цене и доступны по сравнению с CO2 и другими методами генерации, и ими легко управлять из-за простоты транспортировки излучения  оптоволокном, что хорошо поддается робототехнике».

Автомобильный сегмент подталкивает к использованию робототехники из-за их знакомства с технологией и выгодной ценовой точки и большей гибкости по сравнению с жесткой автоматикой или пользовательскими решениями», — сказал Даг Хиксон, инженер-разработчик роботов в Северной Каролине для американского подразделения ABB Robotics (Оберн-Хиллз, Мичиган). «Роботы приобретаются в таких больших объемах в автомобильной промышленности, что цена привлекательна, если робот способен выполнять задачу».

о словам производителей, лазеры и роботы являются естественными партнерами.

«Лазерная сварка и резка не могут быть сделаны вручную», — сказал в электронном письме Энди Хромадка, менеджер по интеграции проектов для Trumpf Inc. (Фармингтон, штат Коннектикут), производитель оборудования для изготовления и промышленных лазеров. «Автоматизация требуется в той или иной форме, и мы сотрудничаем с производителями роботов и интеграторами роботизированных систем для внедрения систем лазерной обработки».

Часто конечный клиент выбирает, какую лазерную систему он хочет соединить с каким роботом. «Мы стремимся сделать робота, который будет принимать и работать с любым инструментом, если он будет соответствовать полезной нагрузке робота», — сказал Даниэль Мур, менеджер технической поддержки Universal Robots USA Inc.

A laser cutting operation is performed using an ABB robot. Arbor, MI

Хотя мы не работаем напрямую с какой-либо лазерной компанией, повторяемость пути и повторяемость точек робота доступны для любого приложения, лазерного или нет», — сказал он. «Мы также предоставляем очень открытую архитектуру, позволяющую компаниям создавать свои собственные плагины и программные модули, чтобы ускорить взаимодействие между роботом и лазерной системой и позволить настраивать непосредственно на подвеске робота».

rima Power Laserdyne (Champlin, MN), производитель лазерного и листового оборудования, занимается аэрокосмической промышленностью, особенно авиационными двигателями. «Что мы делаем, то, что делают машины, которые мы строим, — это производственные отверстия», — сказал Терри Вандерверт, президент компании. «Точность этого отверстия определяет консистенцию воздушного потока». С более точными отверстиями, по его словам, авиационные двигатели могут улучшить поток воздуха и снизить расход топлива.

Повышение точности лазерной обработки позволило использовать новые конструкции и новые функции», — сказал ВандерВерт. «Мы конкурируем с другими технологиями».

Ниже следует взгляд на то, как разные игроки в отрасли подходят к рынку.

Применение роботизированного лазера выполняется на заводе General Motors Co.

            Спрос на автоиндустрию

«Автомобильные технологии привели к лазерным приложениям, — сказал Шарп из FANUC. «Автомобиль имеет тенденцию иметь более глубокие карманы, чем обычные промышленные и быстрые программы, чем, скажем, аэрокосмическая.

Еще в конце 90-х годов это было гидроформирование, — сказал Шарп. «Гидроформирование — это то место, где вы раздули трубу, чтобы получить новую форму, и тогда вы можете сделать якобы более дешевые, более легкие, более сильные или более индивидуальные детали автомобиля. Но проблема в том, что вы не можете вырезать их штампом, вам нужно обрезать их механически или с помощью лазера ».

Гидроформинг использовался на больших моделях пикапов. «Эти большие программы поддерживали объем, — сказал он. «Приводя объем, это позволило производителям лазеров инвестировать с меньшими затратами».

Совсем недавно промышленность использовала высокопрочные стали. Такие стали прочнее традиционных сталей, поэтому требуется меньшее количество материала. Это одна из стратегий, которую используют автопроизводители, чтобы сделать автомобили легче, чтобы они соответствовали федеральным стандартам эффективности использования топлива.

«Те детали, кого ты не можешь обрезать в штампе,» сказал Шарп. «Если вы обрезаете их в штампе, ваш штамп умирает … вы получаете всего несколько сотен циклов». В результате, по его словам, это побудило использовать роботизированные лазерные устройства для резки.

Другие легкие стратегии включают использование алюминия, что требует новых способов соединения алюминия со сталью, избегая коррозии. По его словам, это также привело к использованию роботизированных лазерных устройств.

«В последние несколько лет мы видим, что американские таблички с надписями делают то, что европейцы делали, вероятно, на протяжении десятилетия … занимаясь алюминиевыми конструкциями  и приклеивая их к оцинкованному листовому металлу и приклеивая его к чему-то другому», — сказал он. «Эти вещи действительно происходят».

FANUC занимается производством Cadillac CT6 General Motors Co., в котором используется смесь из алюминия и высокопрочных сталей. Роскошная четырехдверная модель является ведущим приложением для производства точечной сварки стали и алюминия.

С легким весом и использованием новых материалов: «Очень эффективно для людей применять роботизацию в этих приложениях», — сказал Шарп. «Лазеры упали [в цене]. Доказана материальная наука, которая позволяет им применять технологии вместе и создавать для нас лучшие транспортные средства ».

Робот FANUC оснащен лазером для сварки.

По его словам, усовершенствования в области лазерной робототехники стимулировали более широкое использование в аэрокосмической промышленности.

«Многие вещи, которые мы делаем, характерны для жесткого крепления с распорками и винтами турбины», — сказал Шарп. Для проведения ремонтных работ можно использовать лазерный процесс «с порошковым металлом или системой подачи проволоки», чтобы построить эти резервные копии, — сказал он. Кроме того, с композитными материалами лазеры могут использоваться для очистки поверхностей перед нанесением клея, сказал он.

Аддитивное производство также открывает возможности для более широкого использования лазерных роботизированных систем. Хотя 3D-печать производит детали непосредственно с помощью цифрового дизайна, многие из этих деталей по-прежнему имеют грубые поверхности, требующие дополнительной работы. «Лазерная робототехника может использоваться для обработки: механическая обработка, сглаживание, шлифовка или что-то еще», — сказал Шарп.

«Мы являемся экспертами в области планирования движения и управления, — сказал он. «У нас также есть опыт в лазерном процессе и управлении. Наша цель — объединить это на рынке, но мы также работаем вместе с другими, как того требуют клиенты ».

Одним из приоритетов FANUC является повышение точности его роботов. С увеличенной точностью — Шарп сказал: «Больше приложений вы сможете сделать».

            ‘Более стабильный’

Одной из компаний, которая работала с FANUC, является Prima Power Laserdyne. Они сотрудничали в системе для аэрокосмического клиента, которого VanderWert отказался идентифицировать, для которого робот FANUC загружал и выгружал детали.«Обычно не стоит думать о малом объеме производства, как о роботизированной нагрузке и разгрузке», — сказал VanderWert Prima. «Клиент сказал, что он этого хочет». Это потому, что клиент обнаружил, что «машина была недостаточно использована». Неизменно оператор был бы без дела, когда деталь была бы закончена. «Клиент» хотел автоматизировать загрузку и выгрузку деталей ».

Prima Industrie, предшественник Prima Power, первоначально начинался с создания роботов сочлененной руки в конце 1970-х годов для инспекционных приложений. Prima Power Laserdyne вступила в создание лазерных систем с использованием декартовых роботов с тремя линейными осями и двумя вращающимися осями.«Лазерные источники сегодня более стабильны», — сказал Вандервурт. «Машины более стабильны».

Робот UR5 от Universal Robots с оптическим лазером Rofin толщиной 20 Вт гравирует анодированные алюминиевые визитные карточки у канадского производителя The Ringlord (www.theringlord.com).

Роботизированные лазерные системы также будут затронуты технологией Internet of Things ( IoT, Интернет Вещей), которая позволяет машинам общаться друг с другом и позволяет операторам контролировать оборудование через смартфоны и планшеты.

«Мы очень давно  в этом. В новых машинах вы можете собирать множество данных, которые большинство клиентов не знают, что с ними делать », — сказал он в последующем письме. IoT, вероятно, сначала поможет в профилактическом обслуживании.

            «Менее сложный»

Трумпф Хромадка сказал, что «самое большое улучшение» — это то, как «лазеры проще в использовании, не требуют обслуживания и менее сложны». Как лазер, так и роботы «управляются одним и тем же в индустрии в течение 24/7 времени безотказной работы. Их двигают те же промышленные мотивы ».

Операторы «получат различный тип обучения из-за сложности этих систем», — сказал он.

«Мы увидим потребности техников, которые имеют более высокий уровень квалификации. Автоматизация сокращает потребность в обучении в ручных задачах, но система более сложна, поэтому для этого необходимо будет также заняться профессиональной подготовкой », — сказал Хромадка. «Я не думаю, что будет сокращение объема обучения».

            Улучшения программного обеспечения

ABX’s Hixon, с другой стороны, сказал: «Программное обеспечение стало самым большим улучшением в отношении лазерных приложений».

«Роботизированное программное обеспечение для автономного программирования улучшило качество программирования, на которое ранее полагалось программирование« точка-точка »», — сказал он. В то же время он сказал: «Алгоритмы движения улучшились на протяжении многих лет, чтобы точно настроить скорости и ускорения при минимизации позиционной ошибки».

В ближайшие годы ожидается улучшение.

«Большое достижение на горизонте — это обучение роботов, — сказал Хиксон. «Интеграция в методы самокалибровки и самообучение для оптимизации производительности — это области, где роботы будут продолжать улучшаться».

Хиксон также сказал, что тренировка важна, но должна выполняться «чемпионом технологии» у клиента.

«Поэтому скорее  не целый штат обученных сотрудников, а новую роботизированную технологию легче освоить с помощью практического опыта. Но четкий лидер технологий все еще должен быть частью уравнения ».

            Системы визуализации

Moore от Universal Robots также сказал, что лазерные системы стали более доступными.

«Теперь даже небольшие мастерские могут позволить себе систему лазерной сварки», — сказал Мур. «Способность направлять лазер вниз по гибкому волоконно-оптическому кабелю, а не в систему зеркал, означает, что легко монтировать небольшую лазерную систему практически на любом роботе. Таким образом, лазерные сканеры и инструменты для маркировки, в частности инструменты для осмотра, увеличили спрос, что вызвало дальнейшие инновации ».

Мур сказал, что системы видения улучшатся по мере совершенствования процессоров. «Это приведет к еще большему контролю инструментов и оптики», — сказал он. «Сканаторы  будут продолжать улучшаться, уменьшаясь  в размерах».

По его словам, IoT представляет потенциальную выгоду и проблемы отрасли.

«У нашего собственного робота есть система паролей для защиты его операций и только позволяет выбирать входные данные, поступающие от внешних систем», — сказал Мур. «Слишком много систем IoT имеют мало или равной нулю защиту от взлома, скриптовых инъекций или удаленного мониторинга от непредвиденных лиц».

Источник:

http://advancedmanufacturing.org/lasers-robots/