Laserteknik

Svetsrobotar är kärnutförande enheter i moderna automatiserade svetsproduktionslinjer. Deras rörelseprecision, svarshastighet och bärförmåga beror till stor del på drivsystemets prestanda. Drivsystemet ansvarar för att omvandla styrsignaler till robotens ledningsrörelser.

Drivmetoderna för svetsrobotar klassificeras främst i följande grundläggande typer:

1.Hydrauliskt driven robot:  Som namnet antyder använder denna typ av robot hydraulisk kraft för att utföra mekaniska rörelser. Dess egenskaper inkluderar: en greppkraft på över 100 kg, jämn kraftöverföring, kompakt konstruktion och känslomässigt snabba rörelser. Den ställer dock mycket strikta krav på tätningsanordningar.

Fördelar:

Hög effekt-till-vikt-kvot:  Utgående kraft är mycket större än för pneumatiska och elektriska drivsystem med samma volym.

Smidig rörelse: Hydraulolja har dämpande egenskaper och hög slagfasthet.

Självsmörjande:  Hydraulolja smörjer rörliga delar och ger en lång livslängd.

Begränsningar:

Känslig för läckage:  Slitage på tätningar kan lätt leda till oljeläckage, vilket förorenar den svetsade arbetsbiten.

Känslighet för temperaturhöjning: Förändringar i oljetemperaturen orsakar förändringar i viskositeten, vilket påverkar regleringsnoggrannheten.

Komplex underhåll:  Kräver en hydraulstation, kyl- och filtreringssystem samt upptar en stor yta.

2.Pneumatiska manipulatorer  är de som använder komprimerad luft för att driva sina aktuatorer. Deras främsta fördelar är: lättillgänglig luftkälla, låg utmattningskraft, snabb pneumatisk verkan, relativt enkel konstruktion och låg kostnad. Deras nackdelar inkluderar dock dålig stabilitet i driftshastighet på grund av luftens tryckbarhet, betydande stötar samt en generellt begränsad greppvikt på cirka 30 kg på grund av den relativt låga lufttrycket. Jämfört med hydrauliska manipulatorer är pneumatiska manipulatorer mer lämpliga för höghastighets-, lättlast-, högtemperatur- och dammiga miljöer.

Fördelar:

Låg kostnad:  Billig luftkälla och aktuatorer, enkel underhåll.

Ingen överhettning: Bra värmeavledning, lämplig för hjälpverkningar i högtemperatur-svetsmiljöer.

Ren:  Förureningarfri avgas.

Begränsningar:

Dålig positionsförmåga:  Svårt att uppnå positionering vid godtyckliga mellanpunkter; endast lämplig för slutpositioner.

Krypning vid låg hastighet:  Ostabil rörelse vid låga hastigheter.

Hög ljudnivå:  Avgasbruset överstiger vanligtvis 75 dB.

3. Robotarm med mekanisk överföring: Denna typ av robotarm drivs av en mekanisk överföringsmekanism. Det är en specialanpassad robotarm som monteras på en huvudverktygsmaskin, där kraften främst överförs från arbetsmekanismen. De främsta egenskaperna är exakt och tillförlitlig rörelse samt hög rörelsefrekvens, men den har en större konstruktion och dess rörelseprogram är fastlagt. Den används ofta för lastning och lossning av material på huvudverktygsmaskinen.

Fördelar:

Hög precision och exakt överförningsförhållande: Mekanisk överföring bygger på styva ingrepp eller kontakt utan glidning (t.ex. kugghjul eller spindlar), vilket möjliggör exakta överföringsförhållanden och hög upprepbarhet. Den undviker läckproblemen och hysteres-effekterna som ofta förekommer i hydrauliska system.

Snabb svarstid:  Mekaniska komponenter har hög styvhet och saknar komprimerbarheten hos hydraulolja eller gas, vilket resulterar i direkt rörelseöverföring och snabb respons vid start, stopp och omvändning, lämpligt för höghastighetsdrift.

Stark Bärförmåga: Genom en välkonstruerad växellåda eller länkmechanism kan den tåla stora statiska och dynamiska laster samt har hög överföringseffektivitet (särskilt vid tandhjulsöverföring, där verkningsgraden kan uppgå till över 90 %).

Hög tillförlitlighet och lång livslängd:  Under bra smörjning och normala driftförhållanden har mekaniska komponenter en lång utmattningstid, tydliga felmoder och är lätta att förutsäga och underhålla.

Fördelar:  Stark anpassningsförmåga till miljön: Till skillnad från elektriska drivsystem, som är känslomässiga för elektromagnetisk störning, och till skillnad från hydrauliska drivsystem, som är sårbara för oljeföroreningar, har rena mekaniska överföringssystem en viss tolerans mot hårda miljöer såsom höga temperaturer, damm och strålning.

Begränsningar:  

Komplex konstruktion och stor storlek/vikt:  Att uppnå rörelser med flera frihetsgrader kräver komplexa kombinationer av länkar, leder och kugghjul, vilket resulterar i en kraftig robot med ett stort tröghetsmoment, vilket begränsar den dynamiska prestandan vid höga hastigheter.

Dålig flexibilitet: När konstruktionen och tillverkningen av renodlade mekaniska överföringar (till exempel kammar och kinematiska kedjor) är slutförda är rörelsebanan och slaglängden fasta, vilket gör det svårt att anpassa sig till de flexibla produktionskraven för många varianter i små serier. Att ändra rörelsen kräver vanligtvis utbyte av kammen eller justering av kinematisk kedja, vilket är tidskrävande och arbetskrävande.

Spel finns:  Kuggning och gångjärnsanslutningar har oåterkommeligen spel. Långvarig slitage förvärrar spelet, vilket leder till minskad överföringssträcka och positionsnoggrannhet och påverkar kvaliteten på svetsbanorna.

Höga tillverkningskostnader och underhållskrav:  Precisionständer, högprecisionsskruvar och andra delar är svåra och kostsamma att tillverka. Samtidigt kräver mekaniska leder regelbunden smörjning, dammskydd och slitageövervakning, vilket resulterar i ett stort underhållsarbete.

Fördelar:  Buller och vibration: Vid höghastighetsdrift genererar tandhjulsingreppets stöt och ledningens tröghet betydande buller och mekanisk vibration, vilket potentiellt kan påverka svetsbågens stabilitet.

4. Elektriskt drivet robotarm: Denna typ av robotarm använder en särskilt konstruerad induktionsmotor, ett linjärt elektromekaniskt system eller en kraftstegmotor för att direkt driva aktuatorn. Eftersom ingen mellanliggande omvandlingsmekanism krävs är den mekaniska konstruktionen relativt enkel. Robotarmar med linjärmotor erbjuder särskilt hög hastighet och lång slaglängd samt är mycket bekväma att underhålla och använda.

Fördelar:

Högsta precision: Kapabel att svetsa komplexa rumskurvor (t.ex. cirkelbågar och splineskurvor).

Flexibel styrning:  Lätt att digitalisera, nätverksansluta och implementera läroprogrammering.

Hög energieffektivitet: Energiomvandlingseffektiviteten kan uppnå över 90 %, med låg standby-effektförbrukning.

Låg underhåll:  Ingen hydraulikolja eller luftslangar krävs, vilket säkerställer renlighet.

Begränsningar:

Hög kostnad: Servomotorer och precisionsväxellådor är dyra.

Överhettningsskydd: Motorkylningen måste övervakas vid längre tid av höghastighetsveldning under full belastning.

Känslig för elektromagnetisk störning:  Kräver korrekt skärmning och jordning.

Sammanfattningsvis utvecklas moderna svetsrobotar mot full elektrifiering, hög precision, nätverksanslutning och samarbete. Djup integration av driv- och överföringssystem (till exempel genom att eliminera reduktorn i direktdrivna vridmomentmotorer och integrera drivmoduler inom leden) förbättrar ytterligare tillförlitligheten och prestandan vid banföljning. I framtiden kommer svetsrobotar, tack vare kombinationen av servostyrningsalgoritmer (till exempel kraftstyrning och visuell servostyrning) och artificiell intelligens, att utvecklas mot större intelligens och flexibilitet för att hantera allt mer komplexa svetsprocesser och krav på produktionsmiljön.