통합 로봇 플라즈마 절단에는 로봇 팔 끝에 부착된 토치 이상이 필요합니다. 플라즈마 절단 프로세스에 대한 지식이 핵심입니다.
작업장, 중장비, 조선 및 구조용 강철 분야에서 산업 전반의 금속 제작자는 품질 요구 사항을 뛰어넘는 동시에 까다로운 납품 기대치를 충족하기 위해 노력합니다. 이들은 숙련된 노동력을 유지해야 하는 문제를 해결하는 동시에 비용을 절감하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 사업은 쉽지 않습니다.
이러한 문제 중 다수는 여전히 산업계에 널리 퍼져 있는 수동 공정에서 기인합니다. 특히 산업용 용기 뚜껑, 곡선 구조용 강철 부품, 파이프 및 튜빙과 같이 복잡한 모양의 제품을 제조할 때 그렇습니다. 많은 제조업체가 가공 시간의 25~50%를 수동 표시, 품질 관리 및 변환에 할애하는 반면, 실제 절단 시간(일반적으로 휴대용 산소 연료 또는 플라스마 절단기의 경우)은 10~20%에 불과합니다.
이러한 수동 프로세스에 소모되는 시간 외에도, 이러한 절단 작업의 대부분은 잘못된 기능 위치, 치수 또는 허용 오차를 중심으로 이루어져서 연삭 및 재작업과 같은 광범위한 2차 작업이 필요하거나 더 나쁜 경우 폐기해야 할 재료가 필요합니다. 많은 매장에서 전체 처리 시간의 40%나 되는 시간을 이러한 저가치 작업과 낭비에 할애합니다.
이 모든 것이 산업 전반의 자동화로 이어졌습니다. 복잡한 다축 부품에 대한 수동 토치 절단 작업을 자동화하는 한 작업장은 로봇 플라즈마 절단 셀을 구현했고, 예상대로 엄청난 이익을 얻었습니다. 이 작업에서는 수동 레이아웃이 필요 없고, 5명이 6시간 걸리는 작업을 이제 로봇을 사용하여 단 18분 만에 완료할 수 있습니다.
로봇 플라즈마 절단의 이점은 명확하지만, 로봇 플라즈마 절단을 구현하려면 로봇과 플라즈마 토치를 구매하는 것 이상이 필요합니다. 로봇 플라즈마 절단을 고려하고 있다면 전체적인 접근 방식을 취하고 전체 가치 흐름을 살펴보세요. 또한, 플라즈마 기술과 모든 요구 사항이 배터리 설계에 통합되도록 하는 데 필요한 시스템 구성 요소 및 프로세스를 이해하고 있는 제조업체에서 교육을 받은 시스템 통합자와 협력하세요.
또한 소프트웨어도 고려해 보세요.소프트웨어는 로봇 플라즈마 절단 시스템에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나라고 할 수 있습니다.시스템에 투자했는데 소프트웨어가 사용하기 어렵거나, 실행하는 데 많은 전문 지식이 필요하거나, 로봇을 플라즈마 절단에 적응시키고 절단 경로를 가르치는 데 많은 시간이 걸린다면, 그저 많은 돈을 낭비하는 것일 뿐입니다.
로봇 시뮬레이션 소프트웨어가 일반적이지만, 효과적인 로봇 플라즈마 절단 셀은 오프라인 로봇 프로그래밍 소프트웨어를 활용하여 로봇 경로 프로그래밍을 자동으로 수행하고, 충돌을 식별하여 보상하고, 플라즈마 절단 공정 지식을 통합합니다. 심층적인 플라즈마 공정 지식을 통합하는 것이 핵심입니다. 이러한 소프트웨어를 사용하면 가장 복잡한 로봇 플라즈마 절단 애플리케이션도 훨씬 쉽게 자동화할 수 있습니다.
복잡한 다축 형상을 플라즈마 절단하려면 고유한 토치 형상이 필요합니다. 일반적인 XY 응용 프로그램에서 사용되는 토치 형상(그림 1 참조)을 곡선형 압력 용기 헤드와 같은 복잡한 형상에 적용하면 충돌 가능성이 높아집니다. 이러한 이유로 날카로운 각도의 토치(뾰족한 디자인)는 로봇 형상 절단에 더 적합합니다.
날카로운 각도의 손전등만으로는 모든 유형의 충돌을 피할 수 없습니다. 충돌을 피하기 위해 부품 프로그램에는 절단 높이에 대한 변경 사항도 포함되어야 합니다(즉, 손전등 끝부분과 작업물 사이에 여유 공간이 있어야 함)(그림 2 참조).
절단 공정 동안 플라즈마 가스는 토치 본체를 따라 소용돌이 방향으로 흘러 토치 끝부분으로 이동합니다. 이 회전 작용으로 원심력이 가스 기둥에서 무거운 입자를 끌어내어 노즐 구멍 주변으로 이동시키고 토치 조립체를 뜨거운 전자의 흐름으로부터 보호합니다. 플라즈마의 온도는 섭씨 20,000도에 가깝고, 토치의 구리 부분은 섭씨 1,100도에서 녹습니다. 소모품은 보호가 필요하며, 무거운 입자의 절연층이 보호 역할을 합니다.
그림 1. 표준 토치 본체는 판금 절단을 위해 설계되었습니다. 다축 애플리케이션에서 동일한 토치를 사용하면 작업물과 충돌할 가능성이 높아집니다.
소용돌이는 절단면의 한쪽을 다른 쪽보다 더 뜨겁게 만듭니다. 시계 방향으로 회전하는 가스를 사용하는 토치는 일반적으로 절단면의 뜨거운 면을 아크의 오른쪽(절단 방향에서 위에서 볼 때)에 놓습니다. 즉, 공정 엔지니어는 절단면의 좋은 면을 최적화하기 위해 열심히 노력하고 나쁜 면(왼쪽)은 스크랩이라고 가정합니다(그림 3 참조).
내부 형상은 반시계 방향으로 절단해야 하며, 플라즈마의 뜨거운 면이 오른쪽(부품 가장자리 면)을 깨끗하게 절단해야 합니다. 대신 부품의 둘레는 시계 방향으로 절단해야 합니다. 토치가 잘못된 방향으로 절단하면 절단면에 큰 테이퍼가 생기고 부품 가장자리에 찌꺼기가 늘어날 수 있습니다. 기본적으로 폐기물에 "좋은 절단"을 하는 것입니다.
대부분의 플라즈마 패널 절단 테이블에는 아크 절단 방향에 대한 프로세스 인텔리전스가 컨트롤러에 내장되어 있습니다. 그러나 로봇 공학 분야에서는 이러한 세부 정보가 반드시 알려지거나 이해되는 것은 아니며, 아직 일반적인 로봇 컨트롤러에 내장되어 있지 않습니다. 따라서 내장된 플라즈마 프로세스에 대한 지식이 있는 오프라인 로봇 프로그래밍 소프트웨어가 있는 것이 중요합니다.
금속을 뚫는 데 사용되는 토치 동작은 플라스마 절단 소모품에 직접적인 영향을 미칩니다. 플라스마 토치가 절단 높이(작업물에 너무 가까이)에서 시트를 뚫는 경우, 용융 금속의 반동으로 인해 쉴드와 노즐이 빠르게 손상될 수 있습니다. 이로 인해 절단 품질이 떨어지고 소모품 수명이 단축됩니다.
다시 말해서, 이런 일은 갠트리가 있는 판금 절단 작업에서는 거의 발생하지 않습니다. 왜냐하면 높은 수준의 토치 전문 지식이 이미 컨트롤러에 내장되어 있기 때문입니다. 작업자는 버튼을 눌러 피어싱 시퀀스를 시작하고, 이를 통해 적절한 피어싱 높이를 보장하기 위한 일련의 이벤트가 시작됩니다.
먼저 토치는 일반적으로 오믹 신호를 사용하여 작업물 표면을 감지하는 높이 감지 절차를 수행합니다.판을 배치한 후 토치는 판에서 전달 높이로 후퇴합니다.이는 플라즈마 아크가 작업물로 전달되는 데 최적의 거리입니다.플라즈마 아크가 전달되면 완전히 가열될 수 있습니다.이 시점에서 토치는 피어스 높이로 이동합니다.이는 작업물로부터 안전한 거리이며 용융된 재료의 역류에서 더 멀리 떨어져 있습니다.토치는 플라즈마 아크가 판을 완전히 관통할 때까지 이 거리를 유지합니다.피어싱 지연이 완료되면 토치는 금속판을 향해 아래로 이동하여 절단 동작을 시작합니다(그림 4 참조).
다시 말해서, 이 모든 지능은 일반적으로 로봇 컨트롤러가 아닌 시트 절단에 사용되는 플라즈마 컨트롤러에 내장되어 있습니다. 로봇 절단은 또한 복잡성이 한 단계 더 높습니다. 잘못된 높이에서 피어싱하는 것만으로도 충분히 나쁜데, 다축 모양을 절단할 때 토치는 작업물과 재료 두께에 가장 적합한 방향이 아닐 수 있습니다. 토치가 피어싱하는 금속 표면에 수직이 아닌 경우 필요 이상으로 두꺼운 단면을 절단하게 되어 소모품 수명이 낭비됩니다. 또한 윤곽이 있는 작업물을 잘못된 방향으로 피어싱하면 토치 어셈블리가 작업물 표면에 너무 가깝게 배치되어 용융물 역류에 노출되어 조기에 고장이 발생할 수 있습니다(그림 5 참조).
압력 용기의 헤드를 구부리는 로봇식 플라스마 절단 응용 프로그램을 생각해 보자. 시트 절단과 유사하게, 로봇식 토치는 천공을 위한 가능한 한 얇은 단면을 확보하기 위해 재료 표면에 수직으로 배치되어야 한다. 플라스마 토치가 작업물에 접근하면 용기 표면을 찾을 때까지 높이 감지를 사용한 다음 토치 축을 따라 후퇴하여 높이를 전달한다. 아크가 전달된 후, 토치는 토치 축을 따라 다시 후퇴하여 높이를 뚫고 역류로부터 안전하게 멀어진다(그림 6 참조).
피어싱 지연 시간이 만료되면 토치는 절단 높이로 낮아집니다. 윤곽을 처리할 때 토치는 원하는 절단 방향으로 동시에 또는 단계적으로 회전합니다. 이 지점에서 절단 시퀀스가 시작됩니다.
로봇은 과결정 시스템이라고 불립니다. 즉, 같은 지점에 도달하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 즉, 로봇을 움직이는 법을 가르치는 사람이나 다른 사람은 로봇 동작을 이해하거나 플라스마 절단의 가공 요구 사항을 이해하는 등 일정 수준의 전문 지식이 있어야 합니다.
티치 펜던트가 진화했지만, 일부 작업은 티치 펜던트 프로그래밍에 본질적으로 적합하지 않습니다. 특히 다수의 혼합된 저용량 부품과 관련된 작업이 그렇습니다. 로봇은 교육을 받으면 생산하지 않으며, 교육 자체에 몇 시간, 복잡한 부품의 경우 며칠이 걸릴 수 있습니다.
플라스마 절단 모듈로 설계된 오프라인 로봇 프로그래밍 소프트웨어에는 이러한 전문 지식이 포함됩니다(그림 7 참조). 여기에는 플라스마 가스 절단 방향, 초기 높이 감지, 피어싱 시퀀싱, 토치 및 플라스마 공정을 위한 절단 속도 최적화가 포함됩니다.
그림 2. 날카로운("뾰족한") 토치는 로봇 플라즈마 절단에 더 적합합니다. 하지만 이러한 토치 형상을 사용하더라도 충돌 가능성을 최소화하기 위해 절단 높이를 높이는 것이 가장 좋습니다.
이 소프트웨어는 과도하게 결정된 시스템을 프로그래밍하는 데 필요한 로봇 전문 지식을 제공합니다. 이 소프트웨어는 특이점, 즉 로봇 엔드 이펙터(이 경우 플라즈마 토치)가 작업물에 도달할 수 없는 상황, 관절 한계, 초과 이동, 손목 롤오버, 충돌 감지, 외부 축, 툴패스 최적화를 관리합니다. 먼저 프로그래머는 완성된 부품의 CAD 파일을 오프라인 로봇 프로그래밍 소프트웨어로 가져온 다음 충돌 및 범위 제약 조건을 고려하여 절단할 모서리, 피어싱 지점 및 기타 매개변수를 정의합니다.
오프라인 로봇 소프트웨어의 최신 버전 중 일부는 소위 작업 기반 오프라인 프로그래밍을 사용합니다. 이 방법을 사용하면 프로그래머가 자동으로 절단 경로를 생성하고 여러 프로필을 한 번에 선택할 수 있습니다. 프로그래머는 절단 경로와 방향을 보여주는 모서리 경로 선택기를 선택한 다음 시작점과 끝점, 플라즈마 토치의 방향과 경사를 변경할 수 있습니다. 프로그래밍은 일반적으로 (로봇 팔이나 플라즈마 시스템의 브랜드와 관계없이) 시작하여 특정 로봇 모델을 포함하는 것으로 진행됩니다.
그 결과 시뮬레이션은 안전 장벽, 고정 장치, 플라즈마 토치와 같은 요소를 포함하여 로봇 셀의 모든 것을 고려할 수 있습니다. 그런 다음 운영자가 문제를 수정할 수 있도록 잠재적인 운동학적 오류와 충돌을 설명합니다. 예를 들어, 시뮬레이션을 통해 압력 용기 헤드의 두 개의 서로 다른 절개 부위 사이의 충돌 문제가 드러날 수 있습니다. 각 절개 부위는 헤드 윤곽을 따라 다른 높이에 있으므로 절개 부위 사이의 빠른 이동은 필요한 간격을 고려해야 합니다. 이는 작업이 바닥에 닿기 전에 해결되는 작은 세부 사항으로, 두통과 낭비를 줄이는 데 도움이 됩니다.
끊임없는 노동력 부족과 증가하는 고객 수요로 인해 더 많은 제조업체가 로봇 플라즈마 절단에 관심을 갖게 되었습니다. 불행히도 많은 사람들이 자동화를 도입하는 사람들이 플라즈마 절단 공정에 대한 지식이 부족한 경우, 단지 더 많은 복잡성을 발견하기 위해 물속으로 뛰어듭니다. 이러한 길은 좌절로만 이어질 뿐입니다.
처음부터 플라즈마 절단 지식을 통합하면 상황이 달라집니다. 플라즈마 공정 인텔리전스를 통해 로봇은 필요에 따라 회전하고 이동하여 가장 효율적인 피어싱을 수행하여 소모품의 수명을 연장할 수 있습니다. 올바른 방향으로 절단하고 작업물 충돌을 피하기 위해 기동합니다. 이러한 자동화 경로를 따르면 제조업체는 보상을 받을 수 있습니다.
본 논문은 2021년 FABTECH 컨퍼런스에서 발표된 "3D 로봇 플라즈마 절단의 발전"을 바탕으로 작성되었습니다.
FABRICATOR는 북미 최고의 금속 성형 및 제작 산업 잡지입니다. 이 잡지는 제조업체가 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 뉴스, 기술 기사 및 사례 연구를 제공합니다. FABRICATOR는 1970년부터 이 산업에 서비스를 제공해 왔습니다.
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게시일: 2022년 5월 25일
