Grundlagen der Roboter-Laserschneidmaschine: Präzision erklärt

Die Laserschneidetechnik mit sechsachsigen Robotern und Faserlaser kann zum Trimmen und Schneiden von Löchern verwendet werden. Im Vergleich zur traditionellen Freiformstanztechnik verkürzt sie den Prozessablauf, senkt die Arbeits- und Werkzeugkosten erheblich, verbessert die Produktqualität und den Mehrwert und findet breite Anwendung in der Automobilherstellung, Luft- und Raumfahrt [...]

Einige Grundlagen zur Präzision von Roboter-Laserschneidmaschinen

Inhaltsverzeichnis

Die Laserschneidetechnik der Serie Sechs-Achs-Roboter und Faserlaser kann zum Trimmen und Löcher schneiden.

Verglichen mit der traditionellen offenen Form StanztechnikSie verkürzt den Prozessablauf, senkt die Arbeits- und Werkzeugkosten erheblich, verbessert die Produktqualität und den Mehrwert und ist in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie weit verbreitet.

In diesem Beitrag werden hauptsächlich die Hauptfaktoren analysiert, die die Schneidgenauigkeit von Roboter-Laserschneidmaschinen nach der Offline-Programmierung beeinflussen, und es werden entsprechende Lösungen angeboten.

Programmiermodus der Roboterschneidemaschine

In den letzten Jahren ist das Konzept der Industrie 4.0 tief in den Köpfen der Menschen verwurzelt, und die Entwicklung der Roboter Laserschneidmaschine in Richtung Intelligenz hat sich zu einem großen Trend entwickelt.

Wenn wir etwas entwickeln und verändern wollen, müssen wir verstehen, wie der Roboter Laserschneiden Die Maschine führt die festgelegten Arbeiten aus, und dann müssen wir über ihre Programmiermethode sprechen.

Im Allgemeinen werden die Programmiermethoden der seriellen Roboter-Laserschneidmaschine hauptsächlich in die Lehrprogrammierung und die Offline-Programmierung unterteilt.

Lernprogrammierung bedeutet, dass das Auge (Beobachtung) + das Gehirn (Beurteilung) + die Hand (Aufzeichnung)" des Bedieners den Endeffektor manuell entlang der gewünschten Bahn bewegen und in der Robotersteuerung speichern.

Nachdem der Roboter gelesen und gelernt hat, wird er diese Bahnen wiederholen.

Seine Vorteile sind die niedrige Schwelle, die leichte Erlernbarkeit und die Möglichkeit, den durch die mechanische Struktur verursachten Fehler zu korrigieren.

Die Nachteile liegen aber auch auf der Hand, man braucht die tatsächliche Betriebsumgebung.

Die Schnittqualität hängt von der Erfahrung des Bedieners ab und ist für komplexe Bahnen nicht geeignet.

Und die Maschine muss die Produktion stoppen, was die Produktivität beeinträchtigt.

Bei der Offline-Programmierung wird die virtuelle 3D-Umgebung der gesamten Arbeitsszene im Computer durch eine Offline-Simulationssoftware rekonstruiert.

Je nach Größe, Form und Material der zu bearbeitenden Teile kann die Software dann automatisch die Flugbahn des Roboters mit einigen Operationen des Software-Bedieners, d. h. dem Steuerbefehl, erstellen.

Anschließend wird die Flugbahn in der Software simuliert und angepasst, das Roboterprogramm erstellt und an den Roboter übertragen.

Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie über die Funktionen der Bahnsimulation, der Bahnoptimierung und der Kollisionserkennung verfügt und nicht von der Erfahrung des Bedieners abhängt.

Es kann weit von der tatsächlichen Betriebsumgebung entfernt sein und eignet sich für komplexe Trajektorien.

Außerdem muss die Produktion nicht gestoppt werden, die Produktionseffizienz wird verbessert und viele Unzulänglichkeiten des Programmierunterrichts werden beseitigt.

Im Vergleich dazu ist die Offline-Programmierung für die intelligente Entwicklungsrichtung von Robotern besser geeignet. Laserschneiden Maschine.

Viele Anwender verwenden jedoch die Offline-Programmierung, was in der Regel bedeutet, dass die Schnittgenauigkeit schlecht ist.

Als nächstes werden wir analysieren, welche Faktoren beeinflussen die Schnittgenauigkeit nach der Roboter-Laserschneidmaschine mit Offline-Programmierung.

Absoluter Fehler der Positioniergenauigkeit eines seriellen Sechs-Achsen-Roboters

Bei der Offline-Programmierung muss das Simulationsmodell in die Computersoftware importiert werden.

Das Modell stellt die perfekte Konstruktion dar, und es gibt keine geometrischen und kinematischen Fehler in der Simulation.

Bei der tatsächlichen Bearbeitung und Montage von Roboterteilen gibt es jedoch Toleranzen, und auch beim Bewegungsablauf der Gelenkachse kommt es zu Abweichungen zwischen dem Encoder-Rückmeldewert und dem tatsächlichen Bewegungswert, was zu Fehlern zwischen der tatsächlichen Position des Endeffektors und der theoretischen Sollposition führt, wenn der Roboter die von der Offline-Programmierung vorgegebenen Anweisungen ausführt.

Wie in Abbildung 1 dargestellt, misst die Offline-Programmiersoftware beim Schneiden einer geraden Linie von a nach B die theoretische Länge L zwischen AB und sendet den Befehl an die Robotersteuerung, aber die eigene geometrische Größe und der Bewegungsfehler des Roboters gehen bei der tatsächlichen Ausführung nur bis L1, und es gibt eine Differenz △L zur theoretischen Länge, die den absoluten Fehler der Positioniergenauigkeit des Roboters darstellt.

absolute Positionsdifferenz △L

Abb. 1 Absolute Positionsdifferenz △L

Die sechsachsigen Serienroboter zeichnen sich im Allgemeinen durch eine hohe Repositioniergenauigkeit (ca. 0,05 mm) und eine extrem niedrige absolute Positioniergenauigkeit (ca. 3 mm Unterschied pro Meter) aus, was zu einer schlechteren geometrischen Maßgenauigkeit führt, wenn der Roboter offline programmiert wird.

Lösung:

(1) Ändern Sie das Teilmodell

Für einige Teile mit einfachen Umrissen und geringer Präzision schneiden Sie einen Quader wie in Abbildung 2 gezeigt.

Zunächst wird das Werkstück-Koordinatensystem parallel zum Roboter-Koordinatensystem ausgerichtet, dann wird ein massives Muster gemäß den Anweisungen des normalen Teilemodells geschnitten oder markiert, und die Differenz zwischen dem Schnittmaß und dem Zielmaß wird entlang des Werkstück-Koordinatensystems gemessen.

Dann durch die 3D-Modellierungssoftware oder einer Offline-Simulationssoftware wird das Teilemodell entsprechend der Differenz entlang des Werkstückkoordinatensystems vergrößert oder verkleinert, und das Schneidprogramm wird neu generiert, um die Maßgenauigkeit zu verbessern.

das beim Schneiden eines Quaders erstellte Modell

Abb. 2: Das Modell, das beim Schneiden eines Quaders entsteht

(2) die Laser Tracker gleicht die absolute Positionierungsgenauigkeit des lokalen Bereichs des Roboters aus.

Bei Teilen mit komplexer Kontur und hohen Genauigkeitsanforderungen kann der Laser Tracker eingesetzt werden, um die Genauigkeit des Roboter-Endeffektors im Schneidbereich zu kompensieren, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Laser Tracker kompensiert die absolute Positionierungsgenauigkeit des lokalen Bereichs des Roboters

Abb. 3 Laser Tracker kompensiert die absolute Positionierungsgenauigkeit des lokalen Bereichs des Roboters

Mit Hilfe der Offline-Programmierung werden mehrere sphärische Punktpositionen aus einem bekannten sphärischen Modell erzeugt. Der Roboter liest und führt aus.

Der Laser Tracker erfasst und kartiert diese Punkte und zeichnet schließlich das eigentliche Kugelmodell mit einer Computersoftware.

Nach dem Vergleich mit dem bekannten Kugelmodell durch Offline-Programmierung wird die absolute Positioniergenauigkeit des Roboters in diesem Bereich kalibriert und kompensiert.

Fehler des Werkzeugmittelpunkts TCP

Der Endeffektor des Roboters, auch als Werkzeug bezeichnet, wird am Endflansch des Roboters installiert.

Wenn wir den Roboter manuell oder programmgesteuert einen bestimmten Punkt im Raum anfahren lassen, geht es im Wesentlichen darum, dass sich der Mittelpunkt des Werkzeugs diesem Punkt nähert.

Daher kann man sagen, dass die Bahnbewegung des Roboters die Bewegung des Werkzeugmittelpunkts (TCP) ist.

Wenn der Roboter das Werk verlässt, kennt er nur die Koordinaten des Mittelpunkts des Endflansches, und die Koordinaten des Werkzeugmittelpunkts (TCP) müssen nach dem Einlernen in die Robotersteuerung eingegeben werden.

Gegenwärtig wird der Mittelpunkt des Roboterwerkzeugs im Allgemeinen mit der Vier-Punkt-Zeichenkugel-Methode berechnet, wie in Abbildung 4 dargestellt.

Berechnungswerkzeug Mittelpunkt TCP

Abb. 4 Berechnungswerkzeug Mittelpunkt TCP

Das heißt, man nimmt den Mittelpunkt des Werkzeugs als Mittelpunkt der Kugel, zeichnet die Kugel, indem man die Mittelpunkte von vier verschiedenen Positionen des Roboterflansches sammelt, und berechnet dann die Koordinaten des Mittelpunkts der Kugel, die der Mittelpunkt des Werkzeugs ist.

Da die Position der Kugelmitte manuell durch Beobachtung der relativen Position von TCP und Lehrvorrichtung kalibriert wird, gibt es einen Fehler zwischen dem mit dieser Methode berechneten Mittelpunkt des Werkzeugs und dem Mittelpunkt des tatsächlichen Werkzeugs, wie in Abbildung 5 gezeigt, der im Allgemeinen etwa 0,5 mm beträgt.

ein Fehler zwischen dem berechneten und dem tatsächlichen Mittelpunkt des Werkzeugs besteht

Abb. 5: Es besteht ein Fehler zwischen dem berechneten und dem tatsächlichen Mittelpunkt des Werkzeugs.

In der Offline-Programmiersoftware gibt es keinen Fehler in der Werkzeugmitte.

Solange sich der Laserschneidkopf um das Zentrum des Werkzeugs dreht, kommt es beim Schneiden von Teilen zu großen Größen- und Positionsabweichungen.

Verwenden Sie den Infrarot-Werkzeugkalibrator zur Kalibrierung des Werkzeugmittelpunkts

Wie in Abbildung 6 dargestellt, befinden sich im Kreis des Werkzeugkalibrators zwei orthogonale Infrarotsender und entsprechende induktive Schalter.

TCP-Korrektur des Werkzeugmittelpunkts mit Infrarot-Werkzeugkalibrator

Abbildung 6 TCP-Korrektur des Werkzeugmittelpunkts mit Infrarot-Werkzeugkalibrator

Durch die Durchführung eines bestimmten Kalibrierungsverfahrens bringt der Roboter das Werkzeug dazu, sich im Kalibrierungskreis zu bewegen.

Wenn das Roboterwerkzeug den Infrarotstrahl blockiert, sendet der entsprechende Induktionsschalter ein Signal an die Robotersteuerung, die dann die Position des Werkzeugmittelpunkts berechnet und beurteilt.

Nach der Kalibrierung kann die TCP-Genauigkeit des Werkzeugmittelpunkts 0,1 mm erreichen.

Abschließende Überlegungen

Zusätzlich zu den beiden oben genannten Hauptfaktoren, die Genauigkeit der Roboter-Laserschneidmaschine auf der Grundlage der Offline-Programmierung ist auch im Zusammenhang mit der Einrichtung von Werkstück-Koordinatensystem, die Haltung und die Belastung des Roboters, und der Grad der Anpassung des Teils physikalische Modell.

Die durch diese Faktoren verursachten Fehler bei der Schnittgenauigkeit sind jedoch für die meisten Anwender akzeptabel und können durch die Erfahrung des Personals kompensiert werden, um diese Fehler zu verringern.

Kurz gesagt, in naher Zukunft, mit der Entwicklung und tiefe Integration von Vision-Technologie, Sensing-Technologie, intelligente Steuerung, Netzwerk-und Informationstechnologie, Big Data und andere Technologien, die Offline-Programmierung Technologie der Roboter-Laserschneidmaschine wird weiter entwickelt werden, um Intelligenz, wie die automatische Wahrnehmung, Identifizierung und Rekonstruktion von Werkstück und Verarbeitung Weg, die Realisierung der unabhängigen Wegplanung, automatische Korrektur und adaptive Umgebung.

Mit immer weniger menschlichen Eingriffen wird die Bedienung für den Benutzer einfacher und die Schnittgenauigkeit wird immer höher.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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