La découpe plasma robotisée intégrée nécessite plus qu'une simple torche fixée à l'extrémité du bras robotique. La connaissance du processus de découpe plasma est essentielle.
Les fabricants de métaux de toute l'industrie - dans les ateliers, la machinerie lourde, la construction navale et l'acier de construction - s'efforcent de répondre aux attentes de livraison exigeantes tout en dépassant les exigences de qualité. Ils cherchent constamment à réduire les coûts tout en faisant face au problème toujours présent de la rétention de la main-d'œuvre qualifiée. pas facile.
Bon nombre de ces problèmes peuvent être attribués à des processus manuels encore répandus dans l'industrie, en particulier lors de la fabrication de produits de forme complexe tels que des couvercles de conteneurs industriels, des composants en acier de construction incurvés, des tuyaux et des tubes. De nombreux fabricants consacrent 25 à 50 % de leur du temps d'usinage au marquage manuel, au contrôle de la qualité et à la conversion, alors que le temps de coupe réel (généralement avec un oxycoupeur à main ou un coupeur au plasma) n'est que de 10 à 20 %.
En plus du temps consommé par ces processus manuels, bon nombre de ces coupes sont effectuées autour de mauvais emplacements, dimensions ou tolérances, nécessitant des opérations secondaires étendues telles que le meulage et la reprise, ou pire, des matériaux qui doivent être mis au rebut. De nombreux magasins se consacrent comme jusqu'à 40 % de leur temps de traitement total à ces travaux et déchets de faible valeur.
Tout cela a poussé l'industrie vers l'automatisation. Un atelier qui automatise les opérations de coupage manuel au chalumeau pour des pièces multiaxes complexes a mis en place une cellule de coupage plasma robotisée et, sans surprise, a réalisé d'énormes gains. Cette opération élimine la mise en page manuelle et un travail qui prendrait 5 personnes 6 heures peut maintenant être fait en seulement 18 minutes à l'aide d'un robot.
Bien que les avantages soient évidents, la mise en œuvre de la découpe plasma robotisée nécessite plus que l'achat d'un robot et d'une torche plasma. Si vous envisagez la découpe plasma robotisée, assurez-vous d'adopter une approche holistique et d'examiner l'ensemble de la chaîne de valeur. De plus, travaillez avec un intégrateur de système formé par le fabricant qui comprend et comprend la technologie plasma ainsi que les composants et processus du système nécessaires pour garantir que toutes les exigences sont intégrées dans la conception de la batterie.
Considérez également le logiciel, qui est sans doute l'un des composants les plus importants de tout système de coupage plasma robotisé. Si vous avez investi dans un système et que le logiciel est difficile à utiliser, nécessite beaucoup d'expertise pour fonctionner, ou vous le trouvez prend beaucoup de temps pour adapter le robot à la découpe plasma et apprendre le chemin de découpe, vous gaspillez juste beaucoup d'argent.
Bien que les logiciels de simulation robotique soient courants, les cellules de coupage plasma robotiques efficaces utilisent un logiciel de programmation robotique hors ligne qui effectuera automatiquement la programmation de la trajectoire du robot, identifiera et compensera les collisions et intégrera la connaissance des processus de coupage plasma. L'intégration de connaissances approfondies sur les processus plasma est essentielle. Avec un logiciel comme celui-ci , automatiser même les applications robotiques de coupage plasma les plus complexes devient beaucoup plus facile.
La découpe au plasma de formes multiaxes complexes nécessite une géométrie de torche unique. Appliquez la géométrie de torche utilisée dans une application XY typique (voir Figure 1) à une forme complexe, telle qu'une tête de récipient sous pression incurvée, et vous augmenterez la probabilité de collisions. Pour cette raison, les torches à angle vif (avec une conception «pointue») sont mieux adaptées à la découpe de forme robotisée.
Tous les types de collisions ne peuvent être évités avec une seule lampe de poche à angle vif. Le programme de pièces doit également contenir des modifications de la hauteur de coupe (c'est-à-dire que la pointe de la torche doit avoir un dégagement par rapport à la pièce) pour éviter les collisions (voir Figure 2).
Pendant le processus de coupe, le gaz plasma s'écoule le long du corps de la torche dans une direction vortex jusqu'à la pointe de la torche. Cette action de rotation permet à la force centrifuge d'extraire les particules lourdes de la colonne de gaz vers la périphérie du trou de la buse et protège l'ensemble de la torche de le flux d'électrons chauds. La température du plasma est proche de 20 000 degrés Celsius, tandis que les parties en cuivre de la torche fondent à 1 100 degrés Celsius. Les consommables ont besoin de protection et une couche isolante de particules lourdes les protège.
Figure 1. Les corps de torche standard sont conçus pour la coupe de tôle. L'utilisation de la même torche dans une application multi-axes augmente le risque de collisions avec la pièce.
Le tourbillon rend un côté de la coupe plus chaud que l'autre. Les torches à gaz tournant dans le sens des aiguilles d'une montre placent généralement le côté chaud de la coupe sur le côté droit de l'arc (vu du dessus dans la direction de la coupe). Cela signifie que le L'ingénieur de procédé travaille dur pour optimiser le bon côté de la coupe et suppose que le mauvais côté (à gauche) sera de la ferraille (voir Figure 3).
Les éléments internes doivent être coupés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le côté chaud du plasma effectuant une coupe nette sur le côté droit (côté bord de la pièce). Au lieu de cela, le périmètre de la pièce doit être coupé dans le sens des aiguilles d'une montre. Si le coupe au chalumeau dans la mauvaise direction, cela peut créer une grande conicité dans le profil de coupe et augmenter les scories sur le bord de la pièce. Essentiellement, vous faites de « bonnes coupes » sur la ferraille.
Notez que la plupart des tables de découpe de panneaux à plasma ont une intelligence de processus intégrée dans le contrôleur concernant la direction de la coupe de l'arc. Mais dans le domaine de la robotique, ces détails ne sont pas nécessairement connus ou compris, et ils ne sont pas encore intégrés dans un contrôleur de robot typique - il est donc important de disposer d'un logiciel de programmation de robot hors ligne connaissant le procédé plasma embarqué.
Le mouvement de la torche utilisé pour percer le métal a un effet direct sur les consommables de coupage plasma. Si la torche plasma perce la feuille à la hauteur de coupe (trop près de la pièce), le recul du métal en fusion peut rapidement endommager le bouclier et la buse. mauvaise qualité de coupe et durée de vie réduite des consommables.
Encore une fois, cela se produit rarement dans les applications de découpe de tôle avec un portique, car le haut degré d'expertise de la torche est déjà intégré dans le contrôleur. L'opérateur appuie sur un bouton pour lancer la séquence de perçage, qui déclenche une série d'événements pour assurer une bonne hauteur de perçage. .
Tout d'abord, la torche effectue une procédure de détection de hauteur, en utilisant généralement un signal ohmique pour détecter la surface de la pièce. Après avoir positionné la plaque, la torche est rétractée de la plaque à la hauteur de transfert, qui est la distance optimale pour le transfert de l'arc plasma. à la pièce. Une fois que l'arc plasma est transféré, il peut chauffer complètement. À ce stade, la torche se déplace à la hauteur de perçage, qui est une distance plus sûre de la pièce et plus éloignée du retour du matériau en fusion. La torche maintient cette distance jusqu'à ce que l'arc plasma pénètre complètement dans la plaque. Une fois le délai de perçage terminé, la torche descend vers la plaque métallique et commence le mouvement de coupe (voir Figure 4).
Encore une fois, toute cette intelligence est généralement intégrée au contrôleur plasma utilisé pour la découpe de tôles, et non au contrôleur du robot. La découpe robotique présente également une autre couche de complexité. peut ne pas être dans la meilleure direction pour la pièce et l'épaisseur du matériau. Si la torche n'est pas perpendiculaire à la surface métallique qu'elle perce, elle finira par couper une section transversale plus épaisse que nécessaire, ce qui gaspillera la durée de vie des consommables. De plus, percer une pièce profilée dans la mauvaise direction peut placer l'assemblage de la torche trop près de la surface de la pièce, l'exposant à un retour de fusion et provoquant une défaillance prématurée (voir Figure 5).
Envisagez une application de découpe plasma robotisée qui implique de plier la tête d'un récipient sous pression. Semblable à la découpe de feuilles, la torche robotisée doit être placée perpendiculairement à la surface du matériau pour assurer la section la plus fine possible pour la perforation. Lorsque la torche plasma s'approche de la pièce. , il utilise la détection de hauteur jusqu'à ce qu'il trouve la surface du récipient, puis se rétracte le long de l'axe de la torche pour transférer la hauteur. Une fois l'arc transféré, la torche est rétractée à nouveau le long de l'axe de la torche pour percer la hauteur, en toute sécurité loin du retour de flamme (voir Figure 6) .
Une fois le délai de perçage expiré, la torche est abaissée à la hauteur de coupe. Lors du traitement des contours, la torche est tournée dans la direction de coupe souhaitée simultanément ou par étapes. À ce stade, la séquence de coupe commence.
Les robots sont appelés systèmes surdéterminés. Cela dit, il y a plusieurs façons d'arriver au même point. Cela signifie que quiconque apprend à un robot à se déplacer, ou à n'importe qui d'autre, doit avoir un certain niveau d'expertise, que ce soit dans la compréhension du mouvement du robot ou de l'usinage. exigences du coupage plasma.
Bien que les pendentifs d'apprentissage aient évolué, certaines tâches ne sont pas intrinsèquement adaptées à la programmation des pendentifs d'apprentissage, en particulier les tâches impliquant un grand nombre de pièces mixtes à faible volume. Les robots ne produisent pas lorsqu'ils sont enseignés, et l'enseignement lui-même peut prendre des heures, voire des heures. jours pour les pièces complexes.
Un logiciel de programmation de robot hors ligne conçu avec des modules de coupage plasma intégrera cette expertise (voir Figure 7). Cela comprend la direction de coupage au gaz plasma, la détection de la hauteur initiale, le séquençage de perçage et l'optimisation de la vitesse de coupe pour les procédés au chalumeau et au plasma.
Figure 2. Les torches pointues ("pointues") conviennent mieux au coupage plasma robotisé. Mais même avec ces géométries de torche, il est préférable d'augmenter la hauteur de coupe pour minimiser les risques de collisions.
Le logiciel apporte l'expertise robotique nécessaire à la programmation de systèmes surdéterminés. Il gère les singularités, c'est-à-dire les situations où l'effecteur robotique (en l'occurrence, la torche à plasma) ne peut pas atteindre la pièce ;limites communes ;surcourse ;retournement du poignet ;Détection de collision;axes externes ;et optimisation du parcours d'outil. Tout d'abord, le programmeur importe le fichier CAO de la pièce finie dans un logiciel de programmation de robot hors ligne, puis définit le bord à couper, ainsi que le point de perçage et d'autres paramètres, en tenant compte des contraintes de collision et de portée.
Certaines des dernières itérations de logiciels de robotique hors ligne utilisent ce que l'on appelle la programmation hors ligne basée sur les tâches. Cette méthode permet aux programmeurs de générer automatiquement des chemins de coupe et de sélectionner plusieurs profils à la fois. Le programmeur peut sélectionner un sélecteur de chemin de bord qui indique le chemin et la direction de coupe. , puis choisissez de modifier les points de départ et d'arrivée, ainsi que la direction et l'inclinaison de la torche à plasma. La programmation commence généralement (indépendamment de la marque du bras robotique ou du système plasma) et se poursuit pour inclure un modèle de robot spécifique.
La simulation qui en résulte peut prendre en compte tout ce qui se trouve dans la cellule robotique, y compris des éléments tels que les barrières de sécurité, les luminaires et les torches à plasma. Elle tient ensuite compte des éventuelles erreurs cinématiques et collisions pour l'opérateur, qui peut alors corriger le problème. Par exemple, une simulation peut révéler un problème de collision entre deux coupes différentes dans la tête d'un récipient sous pression. Chaque incision est à une hauteur différente le long du contour de la tête, donc un mouvement rapide entre les incisions doit tenir compte du dégagement nécessaire - un petit détail, résolu avant que le travail n'atteigne le sol, ce qui aide à éliminer les maux de tête et le gaspillage.
Les pénuries de main-d'œuvre persistantes et la demande croissante des clients ont incité de plus en plus de fabricants à se tourner vers le coupage plasma robotisé. conduire à la frustration.
Intégrez les connaissances en découpe plasma dès le départ et les choses changent. Grâce à l'intelligence du processus plasma, le robot peut tourner et se déplacer selon les besoins pour effectuer le perçage le plus efficace, prolongeant la durée de vie des consommables. Il coupe dans la bonne direction et manœuvre pour éviter toute pièce. collision. En suivant cette voie de l'automatisation, les fabricants récoltent des fruits.
Cet article est basé sur "Advances in 3D Robotic Plasma Cutting" présenté à la conférence FABTECH 2021.
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Heure de publication : 25 mai 2022
