EN
كيف يجمع نظام التنظيف بالليزر باستخدام الروبوتات التعاونية بين البصريات الدقيقة والحركات الآلية
كانت تنظيف الأسطح الصناعية عقبةً أمام التقدم لعقودٍ عديدة. فعملية الرمل بالهواء تُلوِّث الهواء بجزيئات غبار السيليكا. أما إزالة الطلاء كيميائيًّا فتُولِّد نفايات خطرة تتطلَّب التخلُّص منها عبر شركات مرخَّصة. أما الجَلْخ اليدوي فيعرِّض العمال لإصابات الإجهاد المتكرِّر، ويؤدِّي إلى نتائج غير متسقة بين الورديات المختلفة. أمَّا جهاز تنظيف بالليزر موصولٌ بروبوت تعاوني — وهو ذراعٌ مفصَّلة ذات ست درجات حرية، مبرمَجة لتتبع الحواف الدقيقة للقطعة بدقة — فيقضي على هذه المشكلات الثلاث معًا، إذ يوجِّه طاقة الليزر النابضة نحو الملوِّثات، بينما يتولَّى الروبوت الحركةَ والوصولَ والاتساقَ الذي لا يستطيع العامل البشري تحقيقه عند معالجة آلاف القطع المتطابقة.
تبدأ التكنولوجيا الكامنة وراء تنظيف الليزر بالروبوتات التعاونية من مصدر الليزر نفسه. ويُولِّد ليزر الألياف النبضي نبضات ضوئية عالية الطاقة تقاس بالنانوثانية، وتوفِّر كل نبضة كثافة طاقة تفوق عتبة التآكل الخاصة بالملوِّثات — وهي عادةً ٤,٢٦ جول/سم² للصدأ على الفولاذ الكربوني — لكنها دون عتبة تلف المادة الأساسية. وعندما تصطدم نبضة الليزر بطبقة الملوِّثات، تحدث ثلاث عمليات فيزيائية في وقت واحد: التبخر الضوئي الحراري (تمتص الملوِّثات طاقة الليزر فتتبخَّر فجأة)، والانفجار الضوئي الميكانيكي (يؤدي التمدد الحراري للملوِّثات إلى توليد موجة ضغط تُفكِّك الالتصاق بينها وبين المادة الأساسية)، والانفصال الضوئي الصوتي (تدفع موجة الصدمة الجسيمات المتبخِّرة بعيداً عن السطح). والنتيجة هي إزالة تجاوزت ٩٥٪ من الملوِّثات دون إلحاق أي ضرر بالمادة الأساسية، وبمعدلات تنظيف تتراوح بين ١٥ و٣٥ متراً مربعاً في الساعة في الأنظمة الإنتاجية ذات الحجم الكبير. وتُنتج شركة ووهان ماوهي تيانيو لتجهيزات الليزر، التي تعمل من «وادي البصريات» في الصين ولها خبرة تزيد على ١٥ عاماً في تصنيع أنظمة الليزر، وخطوط إنتاج معتمدة وفق معايير الآيزو والسي إي وتُصدَّر إلى أكثر من ١٤٠ بلداً، أجهزة تنظيف ليزر نبضية متوافقة مع دمج الروبوتات التعاونية — حيث يصبح جهاز تنظيف الليزر نهايةً فعَّالةً (إند-إفيكتور) مُثبَّتةً على الذراع الروبوتية، بينما ينسِّق وحدة التحكم في الروبوت حركة مسار التنظيف، وتدير وحدة التحكم في الليزر طاقة النبضات وتكرارها في الزمن الحقيقي.
لماذا الروبوتات التعاونية بدلًا من الأذرع الثابتة؟
مشكلة المدى والزاوية
يوجّه جهاز تنظيف بالليزر ذي الذراع الثابت شعاع الليزر نحو قطعة موضوعة على طاولة مسطحة — وهي طريقة فعّالة لتنظيف الصفائح المسطحة، لكنها عديمة الفائدة في تنظيف أقسام هيكل السفن المنحنية أو قطع السيارات المعقدة المصنوعة باللكم أو داخل الأنابيب ذات القطر الكبير. أما الروبوت التعاوني ذو المحاور الستة فيمكنه تثبيت رأس جهاز التنظيف بالليزر عند أي زاوية بالنسبة لسطح القطعة، مع الحفاظ على المسافة البؤرية المثلى وزاوية الشعاع التي تتطلبها عملية التنظيف بالليزر. كما توفر مفاصل الروبوت الحسّاسة للقوة حمايةً إضافية: فإذا اصطدم الذراع بعائق غير متوقع، يتوقف فورًا خلال جزء من الألف من الثانية — وهو أمرٌ بالغ الأهمية في بيئات العمل المشتركة بين الإنسان والروبوت، حيث تتطلّب عمليات الرمل والتنظيف الكيميائي عزلًا تامًّا.
تطبيق واقعي: أتمتة عملية التنظيف في خط إنتاج قطع السيارات المُصنَّعة باللكم
كان مورِّدٌ رئيسيٌّ في قطاع صناعة السيارات، يُنتِج ٨٠٠٠ لوحة هيكل مُشكَّلة يوميًّا، يستخدم طريقة الغسل اليدوي بالمذيبات لإزالة طبقة المِلّ والطبقة الأكسيديّة عن صفائح الفولاذ قبل اللحام — وهي عملية تستهلك ١٢ ساعة عمل لمشغِّلين في كل وردية، وتُسبِّب التعرُّض لأبخرة المذيبات التي تتطلَّب ارتداء معدات الحماية التنفُّسية، وتؤدي إلى نظافة سطحية غير متسقة تسبِّب عيوبًا في لحامات المسام بنسبة ٣٪ تقريبًا من التجميعات.
دمج المورِّد جهازي تنظيف بالليزر النبضي من شركة ماوهي تيان يو على ذراعَي روبوت تعاوني، ووضَعهما على جانبي ناقل الصحون في آلة التشكيل. وتتبَّع الروبوتان كل صفيحة أثناء انتقالها على الحزام، بينما اكتسح رأس جهاز التنظيف بالليزر منطقة حافة اللحام وفق مسار مُبرمَج غطَّى الهامش الحرِجي للحام البالغ عرضه ٣٠ ملم. وانخفض زمن التنظيف لكل صفيحة من ١٨ ثانية (يدوي) إلى ٦ ثوانٍ (بالروبوت والليزر). وبذلك اختفت تمامًا مخزون المذيبات وتكاليف معدات الحماية الشخصية ورسوم التخلُّص من النفايات الخطرة — إذ يُنتج جهاز التنظيف بالليزر جسيمات ملوثة فقط في حالة بخارية، يتم احتجازها بواسطة وحدة شفط الدخان. كما انخفضت عيوب المسامية في اللحام من ٣٪ إلى ٠٫٢٪، ما وفَّر نحو ١٤٠٠٠٠ دولار أمريكي سنويًّا في تكاليف إعادة العمل والوحدات المرفوضة.
الأسئلة الشائعة
ما قوة الليزر المطلوبة لتنظيف الروبوتات بالليزر؟
يحتاج إزالة الأكاسيد خفيفة الوزن من القطع الدقيقة إلى طاقة تتراوح بين ٥٠ و١٠٠ واط. أما إزالة الصدأ والقشور المعدنية من مكونات الفولاذ فتتطلب طاقة تتراوح بين ١٥٠ و٣٠٠ واط. أما إزالة الدهانات السميكة أو التآكل الشديد فتتطلب طاقة تزيد عن ٤٠٠ واط. وتغطي أجهزة التنظيف بالليزر النبضي من شركة ماوهي تيان يو هذا النطاق من الطاقة، مع إمكانية ضبط كثافة الطاقة حسب نوع الملوث والمادة الأساسية.
ما مدى سرعة جهاز التنظيف بالليزر المُدمج مع الروبوتات التعاونية؟
تعتمد سرعة التنظيف على قوة الليزر ونوع الملوث ومساحة السطح. فعلى سبيل المثال، تصل سرعة جهاز بقوة ٣٠٠ واط في إزالة الصدأ الخفيف من سطح فولاذي مستوٍ إلى ٢٥–٣٥ مترًا مربعًا في الساعة. أما عند إزالة دهان الإيبوكسي السميك من أسطح ذات انحناءات معقدة فتنخفض السرعة إلى ٨–١٢ مترًا مربعًا في الساعة. وتتراوح عادةً سرعة حركة مسار الروبوت بين ٥٠ و٢٠٠ ملليمتر في الثانية، وذلك حسب سمك الملوث.
هل يعد التنظيف بالليزر باستخدام الروبوتات آمنًا للعاملين؟
نعم. تشمل الروبوتات التعاونية مفاصل محدودة القوة التي تتوقف عند التلامس. وتحتوي غرفة جهاز تنظيف الليزر ونظام استخراج الأبخرة على الجسيمات المتبخرة. ويجب أن يرتدي المشغلون نظارات حماية من الليزر مُصنَّفة لطول الموجة المحدد (عادةً ١٠٦٤ نانومترًا للليزرات الليفية)، لكنهم لا يحتاجون إلى حماية تنفسية أو بدلات واقية من المواد الخطرة. وتتوافق أنظمة ماوه تيان يو مع معايير الامتثال الأوروبية (سي إي) ومعايير لوائح REACH.
هل يمكن لجهاز تنظيف الليزر أن يتلف السطح الأساسي؟
لا — عند ضبطه بشكل صحيح. ويُضبط كثافة طاقة الليزر النبضي فوق عتبة إزالة الملوثات، ولكن دون عتبة تلف السطح الأساسي. وتحتاج سبائك الألمنيوم إلى ٦٠–٨٠٪ من الطاقة المسموح بها للفولاذ الكربوني. ويوفر الفريق الفني في ماوه تيان يو إرشادات محددة للمواد حول المعايير التشغيلية لكل تطبيق.
ما الصيانة المطلوبة لنظام تنظيف الليزر الآلي؟
يوميًّا: نظِّف النافذة الواقية على رأس الليزر، وتفقَّد فلتر شفط الدخان. أسبوعيًّا: تأكَّد من معايرة مفاصل الروبوت، وافحص كابل الألياف البصرية بحثًا عن أي التواءات. شهريًّا: نظِّف مرشحات المبرِّد، وتفقَّد قوة خرج الليزر باستخدام عداد القوة. عمر مصدر الليزر الأليفي المُقدَّر هو ١٠٠٠٠ ساعة — ما يعادل تقريبًا ٥–٧ سنوات عند التشغيل ٤٠ ساعة أسبوعيًّا.
هل يمكن تركيب آلة تنظيف بالليزر على الروبوتات الموجودة حاليًّا؟
نعم — بشرط أن يمتلك الروبوت سعة تحميل كافية (وزن رأس الليزر يتراوح عادةً بين ٢–٥ كجم بالإضافة إلى وزن كابل الألياف البصرية)، وأن يكون جهاز التحكُّم لديه قادرًا على التواصل مع الأجهزة المساعدة. تتواصل آلات تنظيف ماوه تيان يو بالليزر مع أجهزة تحكُّم الروبوتات عبر بروتوكولات الإدخال/الإخراج القياسية أو بروتوكولات الإيثرنت الصناعية لتحقيق التحكُّم المنسَّق في المسار والنبضات.