Technologia laserowa

Roboty spawalnicze są podstawowymi jednostkami wykonawczymi nowoczesnych zautomatyzowanych linii produkcyjnych do spawania. Dokładność ich ruchu, szybkość reakcji oraz nośność zależą w dużej mierze od wydajności układu napędowego. Układ napędowy odpowiada za przetwarzanie poleceń sterujących na ruchy poszczególnych przegubów robota.

Metody napędu robotów spawalniczych dzieli się głównie na następujące podstawowe typy:

1.Robot z napędem hydraulicznym:  Jak wynika z nazwy, rodzaj ten wykorzystuje energię hydrauliczną do wykonywania ruchów mechanicznych. Jego cechami charakterystycznymi są: zdolność chwytania przekraczająca 100 kg, płynny przebieg napędu, zwarta konstrukcja oraz czuła reakcja ruchowa. Jednakże stawia on bardzo wysokie wymagania wobec urządzeń uszczelniających.

Zalety:

Wysoki stosunek mocy do masy:  Siła wyjściowa jest znacznie większa niż w przypadku napędów pneumatycznych i elektrycznych przy tej samej objętości.

Płynne ruchy: Olej hydrauliczny charakteryzuje się właściwościami tłumienia oraz dużą odpornością na uderzenia.

Samosmarowanie:  Olej hydrauliczny smaruje części ruchome i zapewnia długą żywotność.

Ograniczenia:

Podatność na wycieki:  Zużycie uszczelek może łatwo prowadzić do wycieku oleju, zanieczyszczając wykonywany element spawany.

Wrażliwość na wzrost temperatury: Zmiany temperatury oleju powodują zmiany jego lepkości, co wpływa na dokładność sterowania.

Złożone konserwacja:  Wymaga stacji hydraulicznej, systemu chłodzenia i filtracji oraz zajmuje dużą powierzchnię.

2.Manipulatory pneumatyczne  to te, które wykorzystują sprężone powietrze do napędu swoich siłowników. Ich główne zalety to: łatwo dostępny źródło powietrza, niska siła wyjściowa, szybka akcja pneumatyczna, stosunkowo prosta konstrukcja oraz niska cena. Ich wadami są jednak: słaba stabilność prędkości roboczej spowodowana ściśliwością powietrza, znaczny wpływ uderzeniowy oraz ogólnie ograniczona masa chwytna wynosząca około 30 kg z powodu stosunkowo niskiego ciśnienia powietrza. W porównaniu z manipulatorami hydraulicznymi manipulatory pneumatyczne są bardziej odpowiednie do zastosowań w środowiskach o wysokiej prędkości, małym obciążeniu, wysokiej temperaturze oraz pylnych.

Zalety:

Niskie koszty:  Tani źródło powietrza i siłowniki, prosta konserwacja.

Brak przegrzewania: Dobra odprowadzanie ciepła, odpowiednie do czynności pomocniczych w środowiskach spawalniczych o wysokiej temperaturze.

Czyste:  Bezpyłowe odprowadzanie powietrza.

Ograniczenia:

Słabe możliwości pozycjonowania:  Trudne osiągnięcie pozycjonowania w dowolnym punkcie pośrednim; nadają się jedynie do pozycjonowania w punktach końcowych.

Półzakładanie przy niskich prędkościach:  Niestabilny ruch przy niskich prędkościach.

Wysoki poziom hałasu:  Hałas wydechowy zwykle przekracza 75 dB.

3. Robotyczna ręka z napędem mechanicznym: Ten typ robotycznej ręki jest napędzany przez mechanizm przekładni mechanicznej. Jest to specjalizowana robotyczna ręka montowana na głównej maszynie narzędziowej, której moc pochodzi głównie od jej mechanizmu roboczego. Główne cechy to dokładny i niezawodny ruch, wysoka częstotliwość działania, jednak konstrukcja jest bardziej gabarytowa, a program ruchu jest stały. Często stosowana jest do załadunku i rozładunku materiałów na głównej maszynie narzędziowej.

Zalety:

Wysoka precyzja i dokładny stosunek przełożenia: Przekładnia mechaniczna opiera się na sztywnym zazębieniu lub kontakcie bez poślizgu (np. zębniki lub śruby pociągowe), co umożliwia uzyskanie dokładnego stosunku przełożenia oraz dużą powtarzalność. Eliminuje problemy związane z wyciekiem lub histerezą, które często występują w układach hydraulicznych.

Szybka szybkość reakcji:  Składniki mechaniczne charakteryzują się wysoką sztywnością i brakiem ściśliwości oleju hydraulicznego lub gazu, co zapewnia bezpośredni przekaz ruchu oraz szybką reakcję podczas uruchamiania, zatrzymywania i zmiany kierunku ruchu, co czyni je odpowiednimi do pracy w wysokich prędkościach.

Duża nośność: Dzięki dobrze zaprojektowanemu przekładni lub mechanizmowi połączeniowemu może on wytrzymać duże obciążenia statyczne i dynamiczne oraz charakteryzuje się wysoką sprawnością przekazywania mocy (szczególnie w przypadku przekładni zębatych, której sprawność osiąga ponad 90%).

Wysoka niezawodność i długa żywotność:  Przy dobrym smarowaniu i normalnych warunkach eksploatacji składniki mechaniczne cechują się długim czasem życia zmęczeniowego, jasnymi trybami uszkodzeń oraz łatwą przewidywalnością i konserwacją.

Zalety:  Silna odporność środowiskowa: W przeciwieństwie do napędów elektrycznych, które są podatne na zakłócenia elektromagnetyczne, oraz napędów hydraulicznych, które są wrażliwe na zanieczyszczenie oleju, czyste przekładnie mechaniczne wykazują pewną odporność na surowe warunki środowiskowe, takie jak wysokie temperatury, pył czy promieniowanie.

Ograniczenia:  

Złożona konstrukcja oraz duża objętość/masa:  Osiągnięcie ruchów o wielu stopniach swobody wymaga złożonych kombinacji ogniw, przegubów i przekładni, co prowadzi do masywnego robota o dużym momencie bezwładności, ograniczającego jego wydajność dynamiczną w wysokich prędkościach.

Słaba elastyczność: Po zakończeniu projektowania i produkcji czysto mechanicznych przekładni (np. wałów kulisy lub mechanizmów dźwigniowych) tor ruchu oraz skok są stałe, co utrudnia dostosowanie się do elastycznych wymagań produkcji wieloasortymentowej i małoseryjnej. Zmiana ruchu zwykle wymaga wymiany wału kulisy lub regulacji mechanizmu dźwigniowego, co jest czasochłonne i pracochłonne.

Istnienie luzów:  Zazębienie kół zębatych oraz połączenia przegubowe nieuniknienie powodują występowanie luzów. Długotrwałe zużycie nasila te luzy, co prowadzi do zmniejszenia dokładności przebiegu przekładni i pozycjonowania, wpływając negatywnie na jakość torów spawania.

Wysokie koszty produkcji i konieczność konserwacji:  Precyzyjne zębniki, wysokiej dokładności śruby pociągowe oraz inne części są trudne i kosztowne w produkcji. Jednocześnie połączenia mechaniczne wymagają regularnego smarowania, ochrony przed pyłem oraz monitorowania zużycia, co generuje duży nakład pracy serwisowej.

Zalety:  Hałas i drgania: Podczas pracy z dużą prędkością uderzenia zazębienia kół zębatych oraz bezwładność przekładni powodują znaczny hałas i drgania mechaniczne, które mogą wpływać na stabilność łuku spawalniczego.

4. Ramiona robota napędzane elektrycznie: Ten typ ramion robota wykorzystuje specjalnie zaprojektowany silnik indukcyjny, liniowy układ elektromechaniczny lub silny silnik krokowy do bezpośredniego napędu siłownika. Ponieważ nie jest wymagany żaden pośredni mechanizm przekształcania energii, struktura mechaniczna jest stosunkowo prosta. Ramiona robota z napędem silnika liniowego cechują się szczególnie wysoką prędkością i dużym skokiem, a ich obsługa i konserwacja są bardzo wygodne.

Zalety:

Najwyższa precyzja: Możliwość spawania złożonych krzywych przestrzennych (np. łuków okręgowych i krzywych sklejanych).

Elastyczna kontrola:  Łatwe do cyfryzacji, połączenia w sieć i zaimplementowania programowania nauczycielskiego.

Wysoka efektywność energetyczna: Sprawność konwersji energii może przekraczać 90%, przy niskim poborze mocy w stanie czuwania.

Niskie koszty konserwacji:  Nie wymaga oleju hydraulicznego ani przewodów pneumatycznych, zapewniając czystość.

Ograniczenia:

Wysoki koszt: Silniki serwonapędowe i precyzyjne reduktory są drogie.

Ochrona przed przegrzaniem: Chłodzenie silnika wymaga monitorowania podczas długotrwałego spawania z pełnym obciążeniem i wysoką prędkością.

Wrażliwe na zakłócenia elektromagnetyczne:  Wymaga odpowiedniej ochrony ekranującej i uziemienia.

Ogólnie rzecz biorąc, nowoczesne roboty spawalnicze rozwijają się w kierunku pełnej elektryfikacji, wysokiej precyzji, połączenia w sieć oraz współpracy. Głęboka integracja układów napędowych i przekładniowych (np. eliminacja reduktora w bezpośrednio napędzanych silnikach momentu obrotowego oraz integracja modułów napędowych wewnątrz przegubów) daje dalszy wzrost niezawodności oraz poprawę dokładności śledzenia trajektorii. W przyszłości, dzięki połączeniu zaawansowanych algorytmów sterowania serwonapędami (takich jak sterowanie siłą czy serwoobrazowe sterowanie wizyjne) z technologiami sztucznej inteligencji, roboty spawalnicze będą stawać się coraz bardziej inteligentne i elastyczne, aby radzić sobie z rosnącą złożonością procesów spawania oraz wymogami środowisk produkcyjnych.