Lazer işlemini otomatikleştirirken en temel ekipman kararlarından biri, robotik mi yoksa portal tabanlı hareket platformu mu kullanacağıdır. Her ikisi de farklı avantajlar sunar ve hiçbirisi evrensel olarak daha iyi değildir.
Doğru seçim birkaç faktöre bağlıdır. Bunlar arasında sürecin doğası, gerekli verim, izin verilen maliyet ve çeşitli entegrasyon kısıtlamaları sayılabilir.
Burada robotik ve portal lazer sistemlerinin nasıl çalıştığını açıklayacak ve bunların temel avantaj ve dezavantajlarını inceleyeceğiz. Bu, kendi uygulamanız için en iyi seçimi yapmanıza yardımcı olacaktır.
Robotik Lazer Sistemleri
Bu otomasyon şekli, çok eksenli endüstriyel robot kolu kullanarak lazer işleme kafasını parçalara göre hareket ettirir. Robot kolu programlanmış bir yolu izler ve kafayı altı serbestlik derecesine kadar hareket ettirebilme özelliği sayesinde, parçaya göre çok çeşitli konum ve yönlerde lazer işleme gerçekleştirebilir.
Lazer, robot kolunun ucuna monte edilebilir veya sabit bir kaynaktan fiber optiklerle buraya iletilebilir. Kol ucundaki alete (EOAT) entegre edilen ışın iletme optikleri, işleme bağlı olarak sabit odaklı optikler, sallanan kafalar veya tarama kafaları içerebilir.
Bazı sistemlerde, parçalar sabit bir tabana veya döner masaya sabitlenmiş takımlara monte edilir. Alternatif olarak, robot kolu, sıralı üretim için bir konveyör sisteminin yanına konumlandırılabilir. Bu durumda, kol hareketi parça ile koordine edilebilir ve erişimi artırmak veya tutarlı ışın yönelimini korumak için eğim veya dönme ekseni gibi yardımcı konumlandırıcılar kullanılabilir.
Portal (Kartezyen Hareket) Lazer Sistemleri
Gantry lazer sistemleri, lazer ışınını veya parçayı doğrusal X, Y ve (bazen) Z eksenleri boyunca hareket ettirmek için bir hareket platformu kullanır. Hareket, düz çizgilerden eğrilere kadar değişebilen programlanmış bir yolu izler. Ancak ışının açısı genellikle sabit kalır ve tipik olarak parça yüzeyine dik olur.
Çoğu gantry sisteminde, lazer gantry dışında bulunur ve fiber optik kablolarla iletilir. Gantry üzerindeki ışın iletme optiği, işleme bağlı olarak sabit odaklı lensler, sallanan kafalar veya tarama kafaları içerebilir. Tarama kafasının kullanılması, özellikle yüksek hızlı anında lazer kaynağı için yararlı olan anında (OTF) işleme yeteneklerini mümkün kılar.
Portal sistemleri genellikle çelik veya granit çalışma platformları üzerine inşa edilir. Bu, hassas çalışmayı mümkün kılan son derece sağlam bir temel sağlar.
Karar Faktörleri
Robotik ve gantry sistemlerinin lazer ışınını hareket ettirmek için kullandıkları farklı yöntemler, yetenekler, maliyet ve pratik uygulama açısından farklı özellikler ortaya çıkarır. Bazı uygulamalar her iki sistemle de eşit derecede iyi hizmet verebilirken, çoğu durumda bir teknoloji açık bir avantaj sağlar. Bu karar genellikle aşağıdaki faktörler dikkate alınarak verilebilir:
- Esneklik
- Hassasiyet
- Hız
- Entegrasyonla İlgili Hususlar
- Programlama
- Maliyet
Bunların her birine daha yakından bakalım.
Esneklik
Robotik lazer sistemleri, portal sistemlerine göre hareket konusunda çok daha fazla esneklik sunar. Robotik kol, parçalara neredeyse her açıdan yaklaşabilir, bu da onu karmaşık, üç boyutlu geometriler veya bir parçanın birden fazla yüzünde bulunan özellikleri işlemek için ideal hale getirir. Bu özellik, aynı robotun düzensiz veya düz olmayan yüzeylere sahip parçaları işlemesi gerekebilen otomotiv montajı gibi uygulamalarda özellikle değerlidir.
Hareket açısından daha sınırlı serbestlik derecelerine sahip olan gantry sistemleri, genellikle düz yüzeylerdeki işlemler için en uygun sistemlerdir. Dikey veya dönme hareketine olanak sağlamak için ek hareket aşamaları eklenebilir, ancak bu, robotik kol ile elde edilebilen hareket aralığına asla ulaşamaz.
Parçalar karmaşık, 3 boyutlu geometrilere sahipse veya aynı hücre çeşitli parça türlerini veya yönelimlerini işlemek zorundaysa, robotik sistemler genellikle daha iyi bir seçimdir.
Hassasiyet
Portal lazer sistemleri genellikle robotik aletlere kıyasla üstün hassasiyet ve tekrarlanabilirlik sunar. Sert doğrusal hareket aşamaları, düşük hareket kütlesi ve basitleştirilmiş kinematiği, son derece hassas yol kontrolü sağlar. Portal ve parça, son derece kararlı bir platforma birlikte monte edildiğinde bu özellik daha da güçlenir.
Buna karşılık, robotik sistemler eklem sapması, geri tepme ve kalibrasyon sapması nedeniyle daha fazla mekanik varyasyon ortaya çıkarır. Bu, gantry sistemlerine kıyasla doğruluk ve tekrarlanabilirliklerini önemli ölçüde düşürür.
Robotik sistemlerin doğruluğu, ek görüntü sistemleri veya kalibrasyon araçları ile artırılabilir. Ancak bu, sistemlerin hareketlerini yavaşlatır ve maliyet ile karmaşıklığı artırır.
Robotik lazer sistemleri birçok lazer kesme, kaynak ve temizleme işi için yeterli hassasiyet sunsa da, sınırlı doğrulukları işlem aralığını azaltabilir. Bu da onları genellikle en zorlu elektronik, tıbbi cihaz veya pil üretim uygulamaları için uygun hale getirmez.
Hız
Robotik ve gantry sistemlerinin göreceli hızı veya takt süresi, uygulamaya büyük ölçüde bağlıdır. Ancak gantry sistemleri, yüksek hız ve tekrarlayan hareket gerektiren görevlerde genellikle robotlardan daha üstün performans gösterir.
Portal platformları, hız üzerinde hassas kontrol sağlarken düz ve kavisli yollar boyunca hızlı bir şekilde hareket edebilir. Bu özellikleri, sürekli konturlar boyunca markalama, kesme veya kaynaklama işlemleri için ideal olmalarını sağlar. OTF işleme kullanımı, verimlerini daha da artırabilir.
Buna karşılık, robotik sistemler karmaşık 3D veya çok düzlemli yollarda gezinme konusunda mükemmeldir. Ancak, başlatma-durdurma işlemlerinde daha yavaştırlar ve hızlı yön değişiklikleri sırasında daha az stabildirler. Daha büyük hareketli kütleleri ve çoklu eklemleri, gantry sistemlerine kıyasla hızlanma ve yavaşlama oranlarını düşürür.
Uygulama düz parçalar üzerinde düzgün ve sürekli hareket gerektiriyorsa, köprüler daha iyi döngü süreleri sunar. Ancak çok yüzeyli erişim veya 3D kontur izleme için robotlar, parçanın yeniden konumlandırılması veya ikincil sabitleme ihtiyacını ortadan kaldırarak genel olarak daha hızlı olabilir.
Entegrasyonla İlgili Hususlar
Robotik lazer sistemlerinin konfigürasyonu, karmaşık veya alan kısıtlaması olan üretim ortamlarına entegrasyon için doğal olarak daha fazla esneklik sağlar. Robotik bir alet, konveyörün yanına konumlandırılabilir, kompakt bir çalışma hücresine yerleştirilebilir veya birden fazla istasyona hizmet verecek şekilde yapılandırılabilir. Bu, parça akışı, takım düzeni veya süreç çeşitliliğinin uyarlanabilir hareket gerektirdiği uygulamalar için idealdir.
Gantry sistemleri, rijit yapısal çerçeveleri ve üstten hareket sistemleri nedeniyle daha geniş bir alan gerektirir. Parça erişimi genellikle dikeydir, bu da sistemin yukarı veya aşağı akış süreçleriyle entegrasyonunu sınırlayabilir. Ancak, basit bağımsız işlemler için gantry sistemleri genellikle daha kolay uygulanır.
Programlama
Lazer otomasyon sistemleri için kullanılan programlama ortamları üreticiye göre değişiklik gösterdiğinden, genel geçer ifadeler kullanmak zordur. Ancak genel olarak, gantry sistemleri, özellikle CNC ekipmanlarına aşina olan kullanıcılar için programlama ve kontrol açısından daha kolaydır.
Çoğu gantry platformu standart G kodu veya CAD-to-path yazılımı kullanır. Bunlar, sabit bir makine referans çerçevesi içinde mutlak, doğrusal koordinatlarda takım yolları oluşturur.
Bu, programlanan yolun parçanın fiziksel konumuna doğrudan karşılık geldiği anlamına gelir. Bu da programlamayı oldukça basit ve sezgisel hale getirir.
Robotik sistemler ise daha karmaşık yol planlaması gerektirir. Bu durum özellikle 3D uygulamalarda veya aletin farklı açılardan yaklaşması gerektiğinde geçerlidir.
Robotik sistemlerin programlanması genellikle 3D modelleri içerir. Hareket, hem parça hem de robotun kinematik yapısına göre tanımlanmalıdır.
Bu, eklem açılarını, takım yönelimini, erişimi ve çarpışma önlemeyi çözmek için matematiksel dönüşümleri içerir. Sonuç olarak, robotik sistemler daha gelişmiş yazılım araçları ve daha yüksek düzeyde eğitim gerektirir.
Neyse ki, robotik lazer kaynak projelerinin riskleri ve karmaşıklığı, sanal mühendislik ve simülasyon araçları ve teknikleri ile azaltılabilir.
Diğer robotik lazer sistemlerine kıyasla, kobotik lazer sistemleri programlanması ve çalıştırılması çok daha kolay olacak şekilde tasarlanmıştır. Parça programlaması nispeten basit olduğundan, lazer tabanlı kobotların çalıştırılması için robotik deneyimi olan personel gerekmez.
Maliyet
Portal sistemleri, yüksek hassasiyet gerektiren basit, düz parça işleme için genellikle daha uygun maliyetlidir. Mekanik basitlikleri ve otomasyonda yaygın kullanımları, yüksek hacimli üretim için nispeten uygun maliyetli olmalarını sağlar.
Robotik lazer sistemleri daha yüksek bir başlangıç yatırımı gerektirebilir. Bu durum özellikle çok eksenli robotlar için ve güvenlik muhafazaları ile programlama araçları da maliyete dahil edildiğinde geçerlidir.
Robotik lazer sistemleri genellikle esnek veya çok amaçlı uygulamalarda daha iyi değer sağlar. Hatta bir takım değiştirici kullanarak işleme kafasını bir robot koluyla değiştirmek ve tek bir hücrenin kesme, kaynak veya diğer görevleri yerine getirmesini sağlamak da mümkündür. Bu, ek ekipman ihtiyacını azaltabilir ve çeşitli üretim ortamlarında yatırım getirisini artırabilir.
Lazer Çözümüyle Başlangıç
Sonuç olarak, sistem hareketine doğru yaklaşımı seçmek, parça karışımınıza, performans gereksinimlerinize ve entegrasyon kısıtlamalarınıza bağlıdır.
IPG Photonics olarak, hem robotik hem de gantry lazer sistemleri üretiyoruz. Lazer sistemi veya çözümlerine başlamak çok kolaydır – bize birkaç örnek parça gönderin, global uygulama merkezlerimizden birini ziyaret edin veya uygulamanız hakkında bize bilgi verin.
