Tecnologia Laser

I robot per saldatura sono le unità di esecuzione principali delle moderne linee di produzione automatizzate per la saldatura. La loro precisione di movimento, velocità di risposta e capacità di carico dipendono in larga misura dalle prestazioni del sistema di azionamento. Il sistema di azionamento è responsabile della traduzione dei comandi di controllo nei movimenti articolari del robot.

I metodi di azionamento dei robot per saldatura sono principalmente classificati nelle seguenti tipologie fondamentali:

1.Robot a trasmissione idraulica:  Come suggerisce il nome, questo tipo di robot utilizza la potenza idraulica per eseguire i movimenti meccanici. Le sue caratteristiche includono: una capacità di presa superiore a 100 kg, una trasmissione fluida, una struttura compatta e movimenti sensibili. Tuttavia, impone requisiti molto severi sui dispositivi di tenuta.

Vantaggi:

Alto rapporto potenza-peso:  La forza in uscita è molto maggiore rispetto a quella dei dispositivi pneumatici ed elettrici per lo stesso volume.

Movimento Fluidoo: L’olio idraulico possiede caratteristiche di smorzamento e un’elevata resistenza agli urti.

Autolubrificante:  L’olio idraulico lubrifica le parti mobili e garantisce una lunga durata operativa.

Limitazioni:

Soggetto a perdite:  L’usura delle guarnizioni può facilmente causare perdite d’olio, contaminando il pezzo saldato.

Sensibilità all’aumento di temperatura: Le variazioni della temperatura dell’olio provocano cambiamenti nella viscosità, influenzando la precisione di controllo.

Manutenzione Complessa:  Richiede una stazione idraulica, un sistema di raffreddamento e filtrazione e occupa una grande superficie.

2.Manipolatori pneumatici  sono quelli che utilizzano aria compressa per azionare i loro attuatori. I principali vantaggi sono: disponibilità immediata della fonte d'aria, forza in uscita ridotta, rapida azione pneumatica, struttura relativamente semplice e costo contenuto. Tuttavia, gli svantaggi includono una scarsa stabilità della velocità di funzionamento a causa della comprimibilità dell'aria, impatti significativi e un carico massimo di presa generalmente limitato a circa 30 kg, a causa della pressione d'aria relativamente bassa. Rispetto ai manipolatori idraulici, i manipolatori pneumatici sono più adatti ad ambienti ad alta velocità, a carico leggero, ad alta temperatura e polverosi.

Vantaggi:

Basso costo:  Fonte d'aria ed attuatori economici, manutenzione semplice.

Nessun surriscaldamento: Buona dissipazione del calore, adatto ad azioni ausiliarie in ambienti di saldatura ad alta temperatura.

Pulito:  Emissione priva di inquinanti.

Limitazioni:

Scarsa capacità di posizionamento:  Difficile ottenere il posizionamento in punti intermedi arbitrari; adatto soltanto a posizioni finali.

Strisciamento a bassa velocità:  Movimento instabile a basse velocità.

Alto rumore:  Il rumore di scarico supera tipicamente i 75 dB.

3. Braccio robotico a trasmissione meccanica: Questo tipo di braccio robotico è azionato da un meccanismo di trasmissione meccanica. Si tratta di un braccio robotico specializzato montato su una macchina utensile principale, la cui potenza proviene principalmente dal suo meccanismo di lavoro. Le sue caratteristiche principali sono movimenti precisi e affidabili, elevata frequenza di azionamento, ma presenta una struttura più ingombrante e un programma di movimento fisso. Viene spesso utilizzato per il caricamento e lo scaricamento dei materiali sulla macchina utensile principale.

Vantaggi:

Alta precisione e rapporto di trasmissione accurato: La trasmissione meccanica si basa sull’ingranamento rigido o sul contatto diretto, senza slittamento (ad esempio ruote dentate o viti micrometriche), consentendo rapporti di trasmissione precisi e un’elevata ripetibilità. Evita i problemi di perdite o isteresi comuni nei sistemi idraulici.

Elevata velocità di risposta:  I componenti meccanici presentano un’elevata rigidità e mancano della comprimibilità dell’olio idraulico o dei gas, determinando una trasmissione diretta del moto e una rapida risposta nelle fasi di avviamento, arresto e inversione di marcia, risultando adatti a funzionamenti ad alta velocità.

Capacità di carico elevata: Grazie a un cambio o a un meccanismo di collegamento ben progettati, può sopportare carichi statici e dinamici elevati ed è caratterizzato da un’elevata efficienza di trasmissione (in particolare la trasmissione mediante ingranaggi, con efficienza superiore al 90%).

Elevata affidabilità e lunga durata utile:  In condizioni di buona lubrificazione e di funzionamento normale, i componenti meccanici presentano una lunga vita a fatica, modalità di guasto chiare e sono facilmente prevedibili e manutenibili.

Vantaggi:  Elevata adattabilità ambientale: a differenza delle trasmissioni elettriche, che sono sensibili alle interferenze elettromagnetiche, e a quelle idrauliche, che sono vulnerabili alla contaminazione dell’olio, le trasmissioni puramente meccaniche tollerano in misura significativa ambienti severi, quali alte temperature, polvere e radiazioni.

Limitazioni:  

Struttura complessa e ingombro/peso elevati:  Il raggiungimento di movimenti con più gradi di libertà richiede combinazioni complesse di collegamenti, giunti e ingranaggi, dando luogo a un robot ingombrante con un elevato momento d'inerzia, il che limita le prestazioni dinamiche ad alta velocità.

Scarsa flessibilità: Una volta completati progettazione e produzione delle trasmissioni puramente meccaniche (ad esempio camme e meccanismi a cerniera), la traiettoria di movimento e la corsa sono fisse, rendendo difficile adattarsi alle esigenze produttive flessibili caratterizzate da molteplicità di varianti e piccoli lotti. La modifica del movimento richiede generalmente la sostituzione della camma o la regolazione del meccanismo a cerniera, operazioni che richiedono tempo e sforzo manuale.

Presenza di gioco:  L’ingranamento degli ingranaggi e i collegamenti a cerniera presentano inevitabilmente un certo gioco. L’usura prolungata ne accentua l’entità, causando una riduzione della precisione di trasmissione e di posizionamento, con conseguente impatto negativo sulla qualità delle traiettorie di saldatura.

Costi elevati di produzione e requisiti di manutenzione:  Gli ingranaggi di precisione, le viti micrometriche ad alta precisione e altri componenti sono difficili e costosi da produrre. Contestualmente, i giunti meccanici richiedono lubrificazione periodica, protezione dalla polvere e monitoraggio dell’usura, comportando un notevole carico di manutenzione.

Vantaggi:  Rumore e vibrazioni: durante il funzionamento ad alta velocità, l’urto tra i denti degli ingranaggi e l’inerzia delle connessioni generano rumore e vibrazioni meccaniche significative, che potrebbero influenzare la stabilità dell’arco di saldatura.

4. Braccio robotico a trasmissione elettrica: Questo tipo di braccio robotico utilizza un motore asincrono strutturato appositamente, un sistema elettromeccanico lineare o un motore passo-passo alimentato elettricamente per azionare direttamente l’attuatore. Poiché non è necessario alcun meccanismo di conversione intermedio, la struttura meccanica risulta relativamente semplice. In particolare, i bracci robotici con motore lineare offrono elevata velocità e corsa lunga, risultando molto comodi sia nella manutenzione che nell’utilizzo.

Vantaggi:

Massima precisione: In grado di eseguire saldature su curve spaziali complesse (ad esempio archi circolari e curve spline).

Controllo flessibile:  Facile da digitalizzare, collegare in rete e implementare la programmazione didattica.

Alta Efficienza Energetica: L'efficienza di conversione energetica può superare il 90%, con basso consumo di potenza in stand-by.

Bassa manutenzione:  Non richiede olio idraulico né tubi dell'aria, garantendo pulizia.

Limitazioni:

Alto costo: I motori servo e i riduttori di precisione sono costosi.

Protezione contro il surriscaldamento: Il raffreddamento del motore deve essere monitorato durante saldature prolungate ad alta velocità a pieno carico.

Sensibile alle interferenze elettromagnetiche:  Richiede una schermatura e un collegamento a terra adeguati.

Nel complesso, i moderni robot per saldatura stanno evolvendo verso una completa elettrificazione, un’elevata precisione, la connettività in rete e la collaborazione. L’integrazione approfondita dei sistemi di azionamento e trasmissione (ad esempio, l’eliminazione del riduttore nei motori a coppia con azionamento diretto e l’integrazione dei moduli di azionamento all’interno dei giunti) migliora ulteriormente l'affidabilità e le prestazioni di tracciamento della traiettoria. In futuro, grazie alla combinazione di algoritmi di controllo servo (come il controllo di forza e il servocontrollo visivo) e delle tecnologie dell’intelligenza artificiale, i robot per saldatura evolveranno verso un livello sempre maggiore di intelligenza e flessibilità, per far fronte a processi di saldatura e a requisiti ambientali produttivi sempre più complessi.