Kunstmatige Intelligentie Blog 2023
Is stofvrij robotgraveren echt mogelijk? Een universiteitsstudent gebruikte RoboDK en een aangepaste eindeffector voor robotfrezen zonder de hele werkplaats houtsnippers te bezorgen. Hier is hoe ze het deden.
Graveren is een steeds populairdere taak in de productie. Aanpassing wordt de norm voor veel verschillende producten en door te graveren kunnen fabrikanten eenvoudig aangepaste logo’s en ontwerpen aan hun producten toevoegen. Robotgraveren is een gemakkelijke manier om de waarde van het product te verhogen met heel weinig extra werk.
Een student aan een Duitse universiteit heeft een systeem ontworpen om hout te graveren met behulp van robotfrezen en een collaboratieve robot in RoboDK. Wat vooral interessant is aan dit project, is dat het een gespecialiseerde eindeffector bevat om te voorkomen dat er te veel stof en houtsnippers worden gegenereerd.
Even voorstellen… Jan Gosedopp
Het project is een paar jaar geleden ontwikkeld door student Jan Gosedopp als onderdeel van zijn Bachelor of Engineering aan de University of Applied Sciences Hamm-Lippstadt in Duitsland.
We schrijven nu over zijn project omdat robotgraveren in de nabije toekomst erg populair lijkt te worden. Zo zei iemand van fabrikant Universal Robots onlangs dat ze erover denken om houtgravure toe te voegen aan hun steeds groter wordende lijst van collaboratieve robottoepassingen.
Het project van Gosedopp omvatte het programmeren van een universele robot en het ontwikkelen van een aangepaste eindeffector voor gravures die het stof zou kunnen verwijderen.
Hoe houtgraveren meestal wordt gedaan
Zoals het geval is met veel machinale bewerkingen, is de traditionele manier om autonoom te graveren met een speciale CNC-machine.
Deze machines zijn gemakkelijk te vinden en er zijn veel concurrerende opties op de markt. Ze zijn echter over het algemeen niet flexibel – elk model is alleen geschikt voor één bepaald type gravure. Als u wilt overstappen op een ander graveerproces, kan het zijn dat u een geheel andere machine moet aanschaffen.
Programmeren van een CNC-graveur
Een van de uitdagingen van dit traditionele type gravure is het programmeren. Zoals CNC-expert James Hamilton zegt “Een CNC-machine is zo goed als zijn software. En niet alle software is gelijk gemaakt.” Hij legt uit dat de software die u gebruikt de mogelijkheden van uw machine echt kan beperken.
Sommige CNC-software kan bijvoorbeeld alleen 2,5D-frezen realiseren. Dit is prima voor graveren, waarbij je meestal alleen een 2-dimensionale vorm in het materiaaloppervlak wilt frezen. Het wordt echter beperkend als u ooit wilt doorgaan naar meer driedimensionale vormen.
Gosedopp gebruikte 2.5D roterende gravure, waarbij een draaiend frees- of freesgereedschap wordt gebruikt om dunne groeven in het hout te snijden.
Wat is robotgraveren?
De aanpak die Jan Gosedopp volgde, was om helemaal geen CNC-machine te gebruiken. In plaats daarvan koos hij ervoor om een robot te gebruiken, met name de UR10 van Universal Robots.
In vergelijking met CNC-machines zijn robots zeer flexibel. In feite kan een enkele robot worden gebruikt voor bijna elk type graveerproces… en nog veel meer. Het enige wat je hoeft te doen is de robot een ander gereedschap te geven, wat heel eenvoudig te doen is met de juiste robotprogrammeersoftware.
Robotgraveren programmeren
Voor het programmeren koos Gosedopp ervoor om RoboDK te gebruiken. Deze keuze hielp hem veel van de potentiële programmeerproblemen te vermijden die zich voordoen bij traditionele CNC-machines.
Met de speciale robotfreeswizard van RoboDK is het gemakkelijk om zowel de 2.5D-gravure te maken die hij nodig had als hem de mogelijkheid te geven om 3D-frezen te gebruiken met exact dezelfde opstelling als hij die ooit nodig heeft.
Het gereedschap op maat voor stofvrij graveren
Een van de kernontwikkelingen van het project van Jan Gosedopp was een op maat gemaakte eindeffector voor robotgraveren.
Een interessant kenmerk van dit gereedschap was dat het elementen bevatte om stof en houtsnippers van het werkstuk te verwijderen tijdens de bewerking, wat een schone werkomgeving mogelijk maakte.
Belangrijke factoren voor een robotgraveergereedschap
Als onderdeel van zijn bachelorscriptie evalueerde hij 2 verschillende eindeffectorontwerpen en koos hij de beste uit op basis van zijn geschiktheid voor de taak.
Hij beoordeelde zijn twee ontwerpen op de volgende categorieën:
- Compatibiliteit met de UR3/UR10
- Mogelijkheid om de freesspil vast te klemmen
- Compatibiliteit met de extractie
- Nauwkeurige centrering en uitlijning
- Freesspindel vlak met robotflens
- Zijdraden voor bevestiging
- Kleine gereedschapsvoetafdruk
- Lage productiekosten
De twee ontwerpen leken erg op elkaar en scoorden in de meeste van deze categorieën precies hetzelfde. De enige twee verschillen tussen de ontwerpen waren de bevestigingsmethode van de freesspindel en de positionering van het gereedschap op de robotflens.
De twee factoren die uiteindelijk zijn ontwerpkeuze bepaalden, waren lagere productiekosten en de toevoeging van zijdelingse schroefdraad voor extra bevestigingen.
Beveiliging
Een belangrijk punt van zorg voor dit type tool is beveiliging. De gebruikte robot was een collaboratieve robot, dus hij had zijn eigen veiligheidsvoorzieningen. Aangepaste tools kunnen echter extra veiligheidsproblemen met zich meebrengen.
Gosedopp richtte zich op twee aspecten van beveiliging:
- Gevaar door rondvliegende voorwerpen — Houtsnippers en stof kunnen gemakkelijk wegvliegen van de graveerbewerking en mensen schade toebrengen. Om dit tegen te gaan, plaatste hij een borstel rond het gereedschap om rondvliegende houtsnippers op te vangen en een stofzuiger om het stof op te zuigen.
- Gevaar door personen die de werkruimte van de freesspindel betreden — Hoewel collaboratieve robots zelf over het algemeen veilig zijn, betekent dit niet dat hun tools ook veilig zijn. Het ronddraaiende graveergereedschap kan een mens schade toebrengen als zijn hand bijvoorbeeld in de weg zit. De borstel rond het gereedschap zou dit tot op zekere hoogte helpen voorkomen. Gosedopp vond echter dat er meer beveiliging nodig was, dus voegde hij een ruit van veiligheidsglas en een laserscanner toe.
Het definitieve ontwerp
Na beoordeling van de twee ontwerpen kwam Gosedopp tot het definitieve ontwerp van de eindeffector voor robotgraveren. Het bevatte de volgende onderdelen:
- Frees hoofd — het “zakelijke einde” van het gereedschap voor het frezen van werkstukken.
- Robotarm — de UR10 collaboratieve robot.
- PC — het programma is gegenereerd in RoboDK en geëxporteerd naar een robotprogramma.
- Controller doos – voerde signaalverwerking uit en voerde het robotprogramma uit dat was geproduceerd door RoboDK.
- Vacuüm — uitgevoerde afzuiging van stof en spaanders.
- Beveiligingssysteem — een laserscanner werd gebruikt om te detecteren of iemand de werkruimte betrad en de robot te stoppen.
