Комплект роботизированной лазерной наплавки, GSX / INTEGRAL

Роботизированный комплекс предназначен для лазерной наплавки изделий, позволяет обрабатывать большой спектр деталей, различающихся друг от друга геометрическими размерами и материалом. Комплект роботизированной лазерной наплавки состоит из робота-манипулятора GSX, двухосевого позиционера GSX, дополнительного блока охдаждения, системы подачи порошка и специализированной лазерной наплавочной головки. В качестве присадочного материала использовался специализированный наплавочный порошок на никелевой основе. 

Лазерная наплавка — это новая технология модификации поверхности. Она добавляет плакирующий материал на поверхность подложки и использует лазерный луч высокой плотности энергии для сплавления его с тонким слоем на поверхности подложки, чтобы сформировать тонкий слой на поверхности подложки. Это металлургический аддитивный плакирующий слой с низкой степенью разбавления. Лазерное плавление позволяет добиться восстановления размеров или упрочнения поверхности заготовки, а также повысить коррозионную стойкость или износостойкость поверхности заготовки, что не только удовлетворяет требованиям к специфическим характеристикам поверхности материала, но и позволяет сэкономить большое количество ценных элементов.

Основные преимущества лазерной наплавки:

• Слой, созданный с помощью лазерной наплавки, и поверхность заготовки с твёрдой структурой металлургического соединения.
• Управление энергией лазера является сконцентрированным, а тепловое воздействие вызывает минимальную деформацию заготовки.
• Значительно повышают износостойкость, коррозионную стойкость и стойкость к окислению поверхности деталей.
• Переработка и восстановление продлевают срок службы оборудования и экономят затраты на его использование.

Технология лазерной наплавки широко используется в различных областях, таких как авиация, военная промышленность, нефтяная промышленность, химическая промышленность, медицинское оборудование и т. д. Она также может быть использована для восстановления деталей из металлолома, что значительно экономит ресурсы и затраты предприятий.

Данный роботизированный комплекс лазерной наплавки был запущен в эксплуатацию специалистами СМД на предприятии по производству пресс-форм для изготовления стеклянной тары для пищевой промышленности.

Лазерная наплавка осуществляется с применением лазерного источника RFL-C6000. В качестве наплавочного материала используется порошок металлического сплава, подающийся системой подачи порошка. Охлаждение в процессе наплавки осуществляется посредством чиллера CWFL-6000. Непосредственный исполнительный орган (лазерная наплавочная головка) устанавливается на промышленном 6-и осевом роботе GSK RB20A3-1700. Для расширения зоны досягаемости промышленного робота обрабатываемая заготовка устанавливается на 2-х осевой позиционер GSK HBS-150.

На комплексе допускается обработка заготовок со следующими параметрами: максимальная масса составляет 200 кг, линейные размеры заготовок ограничиваются досягаемостью манипулятора промышленного робота и углом поворота позиционера 2-х осевого. Параметры режимов наплавки определяются оператором в зависимости от желаемого результата, материала заготовки и марки наплавочного порошка. Тип и конструкция приводов вращения заготовки спроектированы и выполнены с условием обеспечения максимальных параметров наплавки.

Комплекс является гибко программируемым, и подстраиваться под всю номенклатуру изделий в пределах досягаемости манипулятора. Параметры наплавки задаются оператором в программе обработки изделия в зависимости от материала и толщины и геометрии обрабатываемого изделия. После настройки участие оператора для осуществления процесса наплавки не требуется.

Комплектация роботизированного комплекса, GSX

1. Промышленный 6-и осевой робот GSX RB20A3-1700
2. Контроллер промышленного 6-и осевого роба GSX RB20A3 1700
3. Позиционер 2-х осевой GSX HBS-150
4. Лазерный источник RFL-C6000 (6 кВт)
5. Чиллер CWFL-6000 Вт
6. Лазерная наплавочная головка
7. Стабилизатор напряжения 40 кВА
8. Система подачи порошка
9. Монитор лазерной головки
10. Система безопасности с ограждениями

Промышленный робот с двухосевым позиционером

Непосредственный исполнительный орган (лазерная наплавочная головка) устанавливается на промышленном 6-и осевом роботе GSX RB20A3-1700. Робот-манипулятор серии GSX RB имеет идеальную герметичную конструкцию, а уровень защиты осей J4-J6 достигает IP65 , что улучшает способность робота адаптироваться к сложным и суровым условиям. Снижение веса всей машины, реализация облегченной конструкции, что повышает точность движения и скорость робота. Робот модели RB20A3-1700 имеет грузоподъемность 20 кг и радиус досягаемости 1700 мм. Ключевыми функциональными компонентами являются: контроллер (шкаф электрооборудования и пульт управления), серводвигатель серии SJTR, блок синхронного сервопривода переменного тока серии GE, гипоциклоидальный поперечно-роликовый редуктор. С промышленным роботом GSX RB20A3-1700 используется контроллер серии RMD и проводной пульт управления.

Для расширения зоны досягаемости манипулятора промышленного робота используется 2-х осевой позиционер HBS-150 GSX, позволяющий вращать обрабатываемую заготовку вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Позиционер, также как и манипулятор промышленного робота, расположен на неподвижной тумбе, выполненной из стали толщиной 16 мм, конструкция которой обеспечивает надёжную фиксацию и высокую устойчивость к деформации. Управление двухосевым позиционером интегрировано в общую систему управления роботом и осуществляется с пульта управления роботом.

Лазерная наплавочная головка

Роботизированная лазерная головка предназначена для восстановления металлических элементовпосредством наплавки, подходит для волоконных лазеров мощностью до 6 кВт. Положение фокусирующей линзы регулируется вручную, благодаря чему размер светового пятна можно изменять без перемещения сопла. Коллимационная фокусировка — диапазон фокусировки, регулируемый коллимацией, больше, чем традиционный диапазон фокусировки, полная апертура лазерной головки составляет 48 мм. Наплавочная головка оснащена: датчиком загрязнения линз, камерой для фокусировки, подсветкой, подачей. Полностью интегрированная в системы робота, управление наплавкой осуществляется через системы управления робота.

Особенности лазерный головки:

• Герметичный корпус для защиты оптических элементов от загрязнений, пыли, металлических частиц.
• Все линзы имеют водяное охлаждение, система охлаждения независима от лазерной головки, нет риска внутренней утечки воды.
• Интерфейс для подключения CCD-камеры для наблюдения за процессом сварки в режиме реального времени.
• Возможность установки воздушного ножа (сопла бокового обдува) и сопла коаксиальной подачи защитного газа.
• Возможность установки 3-ходового, 4-ходового, кольцевого сопла для подачи порошка.
• Возможность установки модуля управления положением точки фокуса, модуля контроля температуры защитного стекла, модуль контроля температуры с обратной связью и т.д.
• Разъемы для подключения оптоволокна.

Монитор лазерной головки

Специальный монитор позволяет контролировать Центральную точку инструмента (ЦТИ) или Tool Center Point (TCP) — это точка, использующаяся для позиционирования робота. Необходимо для написания программ по роботизированной лазерной сварке. Изображение передается с камеры установленной на лазерной головке.

Блок подачи наплавочного порошка

Система подачи порошка представляет собой систему, способную хранить наплавочный порошок и подавать его в зону наплавки контролируемым образом. Система подачи порошка состоит из двух бункеров для порошка и основного блока: бункер для подачи порошка без перемешивания, бункер для подачи порошка с перемешиванием. На основном блоке расположены панель управления и регуляторы давления защитного газа.

Порошок засыпается в необходимый бункер, далее под собственным весом он попадает в подающий желоб блока подачи порошка. подаётся с защитным газом. Переключение между подающим бункером осуществляется через систему управления лазерного источника. 

Технические характеристики системы подачи порошка

Лазерный аппарат INTEGRAL

В качестве источника для наплавки используется лазерный аппарат Integral на основе иттербиевого волоконно-лазерного источника. Аппарат имеет моноблочную конструкция, которая включает в себя: лазерный источник, блок управления и блок охлаждения. Аппарат имеет прочную конструкцию, оснащен колесами высокой износостойкости, ручками на передней части корпуса для удобного перемещения. В верхней части под крышкой с превмолифтом находится дополнительный отсек для подключения кабелей и хранения аксессуаров для аппарата.

Технические характеристики лазерного аппарата

В аппарате Integral могут использоваться серии волоконных лазеров ведущих производителей Raycus или IPG.

Иттербиевый волоконный лазерный источник Raycus (PRC)

Иттербиевый волоконный лазерный источник IPG (Россия)

Контроллер системы управления на русском языке

Система управления позволяет с помощью сенсорного экрана интерфейса просматривать и настраивать текущие параметры процесса, получать информацию об аварийных сигналах от системы диагностики в реальном времени Для сохранения собственных параметров сварки предусмотрена библиотека процессов. Мониторинг состояния в режиме реального времени помогает предотвратить проблемы и облегчить поиск неисправностей, обеспечивая стабильную работу сварочной головки.

Жидкостной чиллер для лазерного источника Hanli

Компания Hanli специализируется на системах охлаждения для лазерного оборудования. Чиллеры Hanli используются в лазерном оборудовании по всему миру, так как имеют высокую надежность и простоту в обслуживании. Система охлаждения с двойным фреоновым контуром, обеспечивает постоянное поддержание оптимально-рабочей температуры источника в заданном эксплуатационном диапазоне. Блок охлаждения встреч в едином корпусе с лазерным источником и блоком управления.

Дополнительный блок охлаждения

Чиллер CWFL-6000W разработан и произведён специально для охлаждения оптоволокна и оптических устройств в процессе лазерной сварки, резки, чистки, наплавки, гравировки и т.д. В данном комплексе дополнительный чиллер обеспечивает двойной контроль температуры для обеспечения охлаждения воды для лазерного источника, головки наплавки, оптических волокон и других частей.

Технические характеристики блока охлаждения

Система безопасности с ограждениями

Система безопасности предназначена для предотвращения попадания человека в зону проведения работ и исключение влияния вредных воздействий на рабочий персонал. Данная функция выполняется с помощью сиситемы контроля открытия двери и полного отключения всех систем при попадании человека в рабочую зону.

Система безопасности включает в себя:

• Защитные светонепроницаемые экраны из металлических листов закреплённых на столбах.
• Пульт остановки и дистанционного запуска системы.
• Система контроля открытия дверей.

Работает система контроля открытия дверей по следующему принципу: открытие двери контролируется датчиком. В случае, если дверь открыта работа роботизированного комплекса невозможна, при отключении питания дверь автоматически открывается. При работе в штатном режиме запуск программы с персоналом внутри защитного периметра запрещён.

Защитное ограждение выполняет две основные функции: недопущение персонала в зону работы оборудования, предотвращение вредного влияния светового излучения, возникающего при лазерной наплавке. Для минимизации вредоносного влияния пыле – газовых смесей, содержащих конденсаты паров, озон и оксиды металлов, выделяющихся в процессе лазерной наплавки, комплекс необходимо оборудовать индивидуальным вентиляционным оборудованием.

Стабилизатор переменного напряжения

Внешнее управление (опция)

Индивидуально под требования заказчика может быть разработана система внешнего управления. 

Мониторинг, контроль и управление, элементами электроавтоматики роботизированного комплекса осуществляется внешним промышленным контроллером (с панелью визуализации), в котором будет запрограммирован следующий логический функционал:

• Управление сборочно-сварочной оснасткой
• Контроль положения зажимов для защиты от столкновения с головкой лазерной сварки
• Контроль типа деталей
• Контроль тактового времени станции
• Оповещение в случае превышения тактового времени
• Информация о производительности по сменам производства