Hogyan működik a kollaboratív robotos lézeres tisztítás?

A kollaboratív robotos lézeres tisztítás hogyan kombinálja a precíziós optikát az automatizált mozgással

Az ipari felületi tisztítás évtizedek óta szűk keresztmetszetet jelent. A homokfúvás szilícium-dioxid port juttat a levegőbe. A vegyszeres lemosás veszélyes hulladékot termel, amelyet engedélyezett módon kell megsemmisíteni. A kézi csiszolás ismétlődő mozgásból eredő sérüléseket okoz a munkavállalóknak, és az eredmények eltérőek a műszakok között. Egy együttműködő robotra (hattengelyes, íves karra) szerelt lézeres tisztítógép – amelyet úgy programoztak, hogy pontosan kövesse a alkatrész kontúrjait – kiküszöböli mindhárom problémát: a lézerimpulzusokat a szennyező anyagokra irányítja, miközben a robot végzi a mozgást, eléri a nehéz hozzáférésű területeket, és biztosítja az egyenletességet, amelyet az emberi munkavállalók nem tudnának fenntartani ezrekre számított azonos alkatrész esetén.

A kollaboratív robotos lézeres tisztítás technológiája a lézerforrástól indul. Egy impulzusos szálerősen generál nagyenergiás, nanoszekundumos időtartamú fényimpulzusokat, amelyek mindegyike azon szennyeződés leválasztási küszöbértékét haladja meg – általában 4,26 J/cm² a rozsdán a széntartalmú acélon –, de nem éri el az alapanyag károsodási küszöbértékét. Amikor a lézerimpulzus eléri a szennyeződés rétegét, három fizikai folyamat zajlik egyszerre: fototermikus elpárologtatás (a szennyeződés elnyeli a lézerenergiát és villámgyorsan elpárolog), fotomechanikai ütés (a szennyeződés hőtágulása nyomáshullámot hoz létre, amely megtöri az alapanyaggal való kötést), és fotoakusztikus leválasztás (az ütés hulláma a lepárologtató részecskéket eltávolítja a felületről). Az eredmény egy 95%-nál nagyobb szennyeződés-eltávolítás alapanyagkárosodás nélkül, és a tisztítási sebesség 15–35 négyzetméter óránként ipari méretű rendszerekben. A Wuhan Maohe Tianyu Laser Equipment, amely Kínában, az Optikai Völgyben működik, 15 év tapasztalattal rendelkezik a lézerberendezések gyártásában, és ISO/CE tanúsítással rendelkező gyártósorai több mint 140 országba exportálnak. A cég impulzusos lézeres tisztítógépeket gyárt, amelyek kompatibilisek kollaboratív robotokkal – a lézeres tisztítógép vég-effektor-ként működik a robotkaron, miközben a robotvezérlő koordinálja a tisztítási útvonal mozgását, és a lézervezérlő valós időben kezeli az impulzusok energiáját és frekvenciáját.

Miért együttműködő robotokat használjunk inkább rögzített darus rendszerek helyett

A hatótávolság- és szögprobléma

Egy rögzített darus lézeres tisztítógép a lézersugarat egy sík asztalon elhelyezett alkatrészre irányítja – ez hatékony síklemez-anyagokhoz, de teljesen alkalmatlan hajlított hajótest-szeletekhez, összetett autóipari sajtolt alkatrészekhez vagy nagy átmérőjű cső belső felületeihez. Egy együttműködő robot hat tengelyes mozgása lehetővé teszi a lézeres tisztítófej pontos pozícionálását bármilyen szögben az alkatrész felületéhez képest, így fenntartja a lézeres tisztításhoz szükséges optimális fókusztávolságot és sugárbeesési szöget. A robot erőérzékelő csuklói továbbá biztonságot nyújtanak: ha a kar váratlan akadályba ütközik, néhány milliszekundumon belül megáll – ez kritikus tényező az ember–robot vegyes munkaterületeken, ahol a homokfúvás és a kémiai tisztítás teljes elkülönítést igényelne.

Gyakorlati alkalmazás: Egy autóipari sajtóvonal tisztítási automatizálása

Egy elsődleges autóipari beszállító, amely naponta 8000 darab hengerelt karosszériaelemet gyárt, kézi oldószeres törlést használt a hegesztés előtt a acél nyerslemezekről származó hengerelési réteg és oxidréteg eltávolítására – egy olyan folyamat, amely műszakonként 12 operátorórát igényelt, oldószer-gőz kitérzést okozott, amely légzésvédő egyéni védőeszköz (PPE) használatát tette szükségessé, és nem egyenletes felületi tisztaságot eredményezett, ami a hegesztési pórusossági hibákat okozta kb. az összes szerelvény 3%-ában.

A szállító két Maohe Tianyu impulzusos lézeres tisztítógépet integrált együttműködő robotkarokba, amelyeket a sajtószalag mindkét oldalán helyeztek el. A robotok nyomon követték minden nyersdarabot, ahogy a szalagon haladt, miközben a lézeres tisztítógép feje egy előre programozott pályán söpörte le a hegesztési széleket, így lefedve a 30 mm-es kritikus hegesztési margót. A tisztítási idő darabonként 18 másodpercről (kézi módszer) 6 másodpercre csökkent (robotos lézeres módszer). A diszolvens-készlet, a személyi védőfelszerelés költségei és a veszélyes hulladék elszállításának díjai teljesen eltűntek – a lézeres tisztítógép csak a szennyező anyagok gőzölt részecskéit állítja elő, amelyeket egy füstelszívó egység fog fel. A hegesztési pórusossági hibák 3%-ról 0,2%-ra csökkentek, ami évente kb. 140 000 USD megtakarítást jelent a javítási munkaerő és a selejtelt szerelvények tekintetében.

Gyakran Ismételt Kérdések

Milyen lézer teljesítmény szükséges a robotos lézeres tisztításhoz?

A könnyű fémoxidok eltávolításához pontos alkatrészeknél 50–100 W teljesítmény szükséges. A rozsda és a hengerlési réteg eltávolításához acélalkatrészeknél 150–300 W szükséges. A vastag festékrétegek vagy súlyos korrózió eltávolításához 400 W feletti teljesítmény szükséges. Maohe Tianyu impulzusos lézeres tisztítógépei lefedik ezt a teljesítménytartományt, és beállítható energiasűrűséggel rendelkeznek különböző szennyeződés–alapanyag-kombinációkhoz.

Milyen gyorsan tud egy együttműködő robotos lézeres tisztítógép tisztítani?

A tisztítási sebesség a lézerteljesítménytől, a szennyeződés típusától és a felület nagyságától függ. Egy 300 W-os rendszer könnyű rozsdát távolít el sík acélfelületről 25–35 m²/óra sebességgel. Súlyos epoxi-festék eltávolítása összetett görbületű felületekről 8–12 m²/órára csökken. A robot pályasebessége általában 50–200 mm/mp, a szennyeződés vastagságától függően.

Biztonságos-e a robotos lézeres tisztítás az üzemeltetők számára?

Igen. A kollaboratív robotok erőkorlátozó csuklókkal rendelkeznek, amelyek érintés hatására leállnak. A lézeres tisztítógép burkolata és a gőzelszívó rendszer elnyeli a elpárologtatott részecskéket. A működtetőknek lézerbiztonsági védőszemüveg szükséges, amely megfelel a konkrét hullámhossznak (általában 1064 nm szálalapú lézerekhez), de légzési védelemre vagy veszélyes anyagokhoz használatos ruházatra nincs szükség. Maohe Tianyu rendszerei megfelelnek a CE- és a REACH-szabványoknak.

Károsíthatja-e a lézeres tisztítógép az alapanyagot?

Nem – ha helyesen van beállítva. A pulzáló lézer energiasűrűségét úgy állítják be, hogy az a szennyeződés ablációs küszöbe fölé, de az alapanyag károsodási küszöbe alá essen. Az alumíniumötvözetek esetében a fluencia 60–80%-a biztonságos a szénacélhoz megengedett értéknek. Maohe Tianyu műszaki csapata anyagspecifikus paraméter-ajánlásokat nyújt minden alkalmazáshoz.

Milyen karbantartás szükséges egy robotos lézeres tisztítórendszerhez?

Napi feladat: tisztítsa meg a védőablakot a lézerfejen, ellenőrizze a füstelszívó szűrőt. Heti feladat: ellenőrizze a robotcsuklók kalibrációját, vizsgálja meg az optikai kábelt hajlatokra. Havi feladat: tisztítsa meg a hűtőszűrőket, ellenőrizze a lézer kimeneti teljesítményét teljesítménymérővel. A szálas lézerforrás névleges élettartama 10 000 óra – kb. 5–7 év 40 óra/hét üzemelés mellett.

Lehet-e meglévő robotokat utólag lézertisztító géppel felszerelni?

Igen – ha a robot elegendő teherbírással rendelkezik (a lézerfej általában 2–5 kg súlyú, plusz az optikai kábel tömege), és a vezérlő támogatja az auxiliáris eszközökkel való kommunikációt. Maohe Tianyu lézertisztító gépei a robotvezérlőkkel szabványos I/O vagy ipari Ethernet protokollon keresztül kommunikálnak koordinált pálya- és impulzusvezérlés érdekében.