جوشکاری فرایند سخت و پیچیده‌ای است که هرچه با ابزارهای پیشرفته‌تری انجام شود، زحمت و هزینه کمتری بر روی دوش صاحبان یک صنعت خواهد گذاشت. ربات جوشکاری لیزر یکی از آن دستگاه‌هایی است که انقلابی در بخش تولید صنایع مختلف به وجود آورده است. در این ابزار دقت لیزر با انعطاف‌پذیری اتوماسیون رباتیک ترکیب شده است تا فرایند جوشکاری به بهترین شکل ممکن انجام شود.
پارس ربات به عنوان یکی از باسابقه‌ترین شرکت‌های طراحی و ساخت انواع ربات‌ها در این مقاله همراهتان است تا شما را با سیر تا پیاز این ربات صنعتی آشنا کند.
ربات جوشکاری لیزر چیست؟
ربات جوشکاری لیزر یک ربات جوشکاری مدرن و بسیار دقیق است که از پرتوهای لیزر پرانرژی به عنوان منبع گرما استفاده می‌کند. یک سیستم رباتیک این پرتو را کنترل می‌کند تا صفحه کار برای دستیابی به اتصالات سریع و دقیق، بیشتر در معرض اشعه قرار بگیرد. از آنجایی که نیازی به تماس مستقیم با صفحه جوشکاری نیست، فشار فیزیکی و تغییر شکل حرارتی به حداقل می‌رسد. کیفیت و تکرارپذیری جوشکاری هم با این ابزار تضمین شده است.
سیر تکاملی ربات جوشکاری لیزر
فناوری جوشکاری رباتیک از زمان اولین ظهور خود، چندین مرحله را پشت سر گذاشته است. این فناوری از زمانی که تجهیزات خودکار ساده اولیه‌ای داشت تا وقتی که سیستم‌های بسیار پیچیده و هوشمند امروزی روی کار آمدند، به طور مداوم در حال پیشرفت است. شما می‌توانید سیر تکاملی دقیق فناوری ربات‌های جوشکاری لیزر را در 4 مرحله زیر با هم مقایسه کنید.
اولین ظهور اولیه (دهه 1960-1970)
اولین تاریخ ظهور این ربات‌ها به دهه 1960 برمی‌گردد. در آن زمان، کاربردهای اصلی این ربات‌ها برای جوشکاری قوس الکتریکی و جوشکاری نقطه‌ای بود. در سال 1961، جنرال موتورز در ایالات متحده اولین ربات صنعتی جهان به نام Unimate را در خط تولید راه‌اندازی کرد. این ربات در ابتدا برای کارهای ساده حمل و نقل و مونتاژ استفاده می‌شد؛ اما به تدریج برای انجام عملیات جوشکاری تغییر کاربری داد. این رویداد، گام مهمی در جهت جوشکاری خودکار بود.
نوآوری‌های تکنولوژیکی و جوشکاری لیزر (دهه 1980)
در دهه 1980، جوشکاری لیزری به سیستم‌های جوشکاری رباتیک راه پیدا کرد. در این دوره، ربات‌های جوشکاری لیزری هنوز محبوبیتی نداشتند. اما در حال حاضر جوشکاری لیزری به دلیل قابلیت‌های فوق‌العاده‌ای که دارد، در برخی صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. ربات‌های جوشکاری لیزری توانایی کنترل مناطق پیچیده‌تر و کوچک‌تر را دارند. این ویژگی باعث شده است این ربات‌ها به ابزاری بسیار بادقت تبدیل شوند.
انقلاب میکرو کامپیوتر و ادغام فناوری حسگر (دهه 1990-2000)
از دهه 1990 تا اوایل دهه 2000، فناوری میکرو کامپیوتر و فناوری حسگر به پیشرفت خود ادامه داد. فناوری جوشکاری ربات هم در این مدت به طور قابل توجهی بهبود یافت طوری که ربات‌های جوشکاری به سیستم‌های کنترل پیچیده‌تر، سیستم‌های تشخیص بصری و مکانیسم‌های بازخورد بلادرنگ مجهز شدند. به دلیل وجود این ویژگی‌ها ربات‌ها دیگر می‌توانستند کارهای جوشکاری پیچیده‌تری را انجام دهند و در عین حال راندمان بالایی داشته باشند.
تکامل و محبوبیت ربات‌های جوشکاری لیزری (دهه 2000 تاکنون)
در آغاز قرن بیست و یکم، فناوری لیزر فیبر به این نوع از جوشکاری اضافه و باعث پیشرفت و محبوب‌تر شدن آن شد. لیزرهای فیبر کارایی بیشتر، کیفیت بهتر و به نگهداری کمتری نیاز داشتند. اضافه شدن این ویژگی‌ها به جوشکاری رباتیک باعث شد هزینه‌ها کمتر و رابط عملیاتی ساده‌تر شود.
کاربردهای ربات جوشکاری لیزری
ربات‌های جوشکاری لیزری نه تنها نقش کلیدی در تولیدات سنتی دارند؛ بلکه در بسیاری از زمینه‌های نوظهور هم نقش مهمی ایفا می‌کنند. چند نمونه از کاربردهای این ربات صنعتی را با هم بررسی خواهیم کرد.
اتوماسیون و یکپارچه سازی دیجیتال
سیستم‌های ربات جوشکاری مدرن را می‌توان به راحتی در محیط‌های کارخانه دیجیتال گنجاند. آن‌ها می‌توانند به خوبی با سایر سیستم‌های تولید مثل سیستم‌های بینایی رباتیک، تجهیزات جابه‌جایی خودکار مواد و پلتفرم‌های تجزیه و تحلیل داده‌های تولید همکاری کنند. این ادغام، کیفیت و کارایی را بهبود می‌بخشد و فرآیند تولید را انعطاف‌پذیرتر می‌کند.
فناوری هوشمند و تطبیقی
ربات‌های جوشکاری قابلیت ادغام با سنسورهای پیشرفته و فناوری بازخورد در لحظه را هم دارند. این ربات‌ها قادر هستند خود را برای انطباق با شرایط و مواد مختلف جوشکاری اصلاح کنند. این دستگاه‌ها همچنین می‌توانند از الگوریتم‌های یادگیری ماشین استفاده کنند. آن‌ها می‌توانند از داده‌های عملیات گذشته یاد بگیرند و به طور مداوم پارامترها و استراتژی‌های جوشکاری را بهینه کنند. دقت و کارایی عملیات به دلیل استفاده از فناوری هوشمند باعث بهبود این ربات صنعتی جوشکاری شده است.
استفاده در صنایع گسترده‌تر
پیشرفت‌های تکنولوژیکی و کاهش هزینه، کاربرد ربات جوشکاری لیزر را گسترده‌تر کرده است. این روزها شرکت‌های جوشکاری زیادی اقدام به رباتیک کردن خط تولید در کارگاه‌هایشان کرده‌اند. یکی از دلایل این استقبال هم وجود شرکت‌های عرضه‌کننده این ابزار مثل پارس ربات است که برای هر صنعتی مخصوصا جوشکاری، ربات‌های متنوعی دارد. مجموعه پارس، با طراحی انواع ربات‌های جوشکاری آرگون، لیزر رباتیک و… به تسریع و ساده‌سازی فرایند تولید قطعات در کارگاه‌ها و کارخانه‌ها، کمک زیادی کرده است.
پایداری و حفاظت از محیط زیست
در آینده، فناوری‌های هوش مصنوعی و اتوماسیون بیشتر با هم ادغام خواهند شد که این پدیده به رباتیک شدن فرایند‌های جوشکاری کمک زیادی خواهد کرد. ربات‌های جوشکاری مدرن با بهینه‌سازی عملیات جوش و کاهش استفاده از متریال جوشکاری اضافی، تاثیر زیادی روی بهره‌وری انرژی و حفاظت از محیط زیست خواهند داشت.
جزئیات فنی و اصول عملیاتی
کار اصلی ربات جوشکاری لیزر، کنترل دقیق پرتو لیزر برای تکمیل عملیات جوش است. البته این ربات این دقت را مدیون همکاری دقیق بین فناوری‌های کلیدی و اجزا است که در ادامه شما را با اجزای اصلی و اصول عملکرد آن‌ها بیشتر آشنا خواهیم کرد.
منبع لیزر
منبع لیزر قلب سیستم ربات جوشکاری لیزر است که تولید یک پرتو لیزر پرانرژی را انجام می‌دهد. انواع رایج لیزرها شامل لیزرهای حالت جامد (مثل لیزرهای Nd) و لیزرهای فیبر است. البته دومی به دلیل راندمان بالا، کیفیت پرتو خوب و نیاز به نگهداری کمتر، مورد توجه‌تر است.
سیستم تحویل پرتو
سیستم تحویل پرتو انتقال لیزر از ژنراتور به سر جوش را کنترل می‌کند. در اکثر سیستم‌ها، این کار توسط کابل‌های فیبر نوری انجام می‌شود. کابل‌های فیبر نوری انتقال انرژی کارآمد و قابلیت‌های کنترل انعطاف پذیر را فراهم می‌کنند و به سر لیزر اجازه می‌دهند تا به راحتی به موقعیت‌های مختلف قطعه کار برسد.
بازوی ربات
بازوی ربات یک وسیله متحرک برای سر جوش لیزری است که می‌تواند دقیقاً در بسیاری از درجات آزادی حرکت کند تا صفحاتی با هندسه‌های پیچیده را به طور دقیق به هم جوش دهد. بازوهای ربات مدرن مجهز به سروو موتورهای پیشرفته و سیستم‌های بازخورد هستند. این امر دقت و تکرارپذیری بالا را در طول فرآیند جوشکاری تضمین می‌کند.
سر جوش و سیستم فوکوس نوری
سر جوش قطعه‌ای مجهز به سیستم فوکوس نوری است که نقش آن متمرکز کردن لیزر روی یک نقطه برای رسیدن به یک جوش دقیق است. سیستم فوکوس نوری می‌تواند فاصله کانونی و اندازه نقطه را با توجه به نیازهای مختلف در فرایند جوشکاری، تنظیم کند. این قابلیت امکان جوشکاری مواد با ضخامت‌های مختلف را فراهم می‌کند.
سیستم کنترل و نرم افزار
خودکار بودن ربات جوشکاری لیزر به دلیل وجود سیستم‌ها و نرم‌افزارهای کنترل پیشرفته است. سیستم کنترل برنامه‌ریزی مسیر جوشکاری، کنترل پارامترهای لیزر و نظارت بر فرآیند جوشکاری را انجام می‌دهد. همچنین با تنظیم پارامترها در لحظه می‌تواند کیفیت جوشکاری را بهینه کند و عیوب را کاهش دهد.
سیستم ایمنی و نظارت
با توجه به استفاده از لیزرهای پرانرژی، سیستم باید مجهز به وسایل ایمنی از جمله سپرهای ایمنی، عینک محافظ و… باشد. سیستم‌های جوشکاری مدرن هم ممکن است به سیستم‌های نظارت تصویربرداری بصری یا حرارتی مجهز شوند. به طور کلی وجود سیستم ایمنی در کنار یک سیستم نظارتی، کیفیت جوشکاری و امنیت محیط کار را بالاتر خواهد برد.
مزایای استفاده از ربات جوشکاری لیزر در مقایسه با دستگاه‌های جوشکاری لیزری معمولی
قبلا (و البته در حال حاضر) از دستگاه‌های جوش لیزری معمولی برای انجام جوش‌های صنعتی استفاده می‌شد اما ربات‌های جوش در دهه‌های اخیر پا به کارگاه‌های تولید گذاشتند. هر کدام از این دستگاه‌های لیزر چه به صورت معمولی و چه مدرن، مزایای خاص خودشان را دارند اما متخصصان تیم پارس ربات بنا به دلایل زیر توصیه می‌کنند از نوع رباتی آن استفاده کنید.
انعطاف پذیری و دسترسی
ربات جوشکاری لیزری به دلیل وجود بازوهای رباتیک، دسترسی بسیار خوبی را بر روی قطعه برای اوپراتور فراهم می‌کند. یک جوشکار به راحتی می‌تواند به قسمت‌های پیچیده قطعه کار مسلط شود. این در حالی است که تجهیزات جوشکاری لیزری سنتی، هنگام کار با قطعات بزرگ یا پیچیده، دسترسی محدودی دارند.
اتوماسیون و دقت
سیستم جوشکاری رباتیک به کمک نرم‌افزارهای برنامه‌نویسی و کنترل پیشرفته به صورت کاملا خودکار درآمده است. مسیرهای پیچیده جوشکاری و کارهای تکراری را می‌توان با خودکارسازی فرایند جوش با دقت بیشتری انجام داد. این اتوماسیون دقیق نه تنها کیفیت جوشکاری را بهبود می‌بخشد، بلکه راندمان تولید را هم بالا می‌برد.
صرفه جویی در فضا
طراحی سیستم ربات جوشکاری لیزر معمولاً جمع و جورتر از تجهیزات جوشکاری لیزری سنتی است. این امر گنجاندن دستگاه در خطوط تولید موجود را آسان‌تر می‌کند. بنابراین می‌توان ظرفیت تولید را بدون گسترش مساحت کارخانه افزایش داد. اهمیت وجود این ویژگی به‌ویژه برای کارخانه‌هایی با فضای محدود بیشتر حس می‌شود.
صرفه جویی در انرژی و مقرون به صرفه بودن
ربات جوشکاری لیزر کارایی استفاده از لیزر را بهینه می‌کند. در مقایسه با جوشکاری لیزری سنتی، جوشکاری لیزری باربات با کاهش مواد جوشکاری اضافی و بهینه‌سازی زمان عملیات، هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد.
سازگاری و مقیاس پذیری
ربات جوشکاری لیزر می‌تواند متریال و ضخامت‌های مختلف سازگار شود. از طرفی می‌توان هم نرم‌افزار و هم سخت‌افزار آن را با توجه به نیازهای خاص تولید تنظیم کرد و ارتقا داد. این سازگاری و انعطاف‌پذیری این ربات‌ها را قادر می‌سازد تا با توسعه فناوری و تغییر نیازها، به‌روز شوند.
ایمنی بهبود یافته
سیستم‌های ربات جوشکاری لیزر از سیستم ایمنی پیشرفته‌تری مثل مکانیسم‌های خاموش شدن خودکار و تجهیزات حفاظت از اپراتور برخوردارند. این سطح از ایمنی خطرات عملیاتی و دغدغه‌های ایمنی شغلی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.
به طور خلاصه، ربات جوشکاری لیزر می‌تواند کیفیت جوشکاری که با جوشکاری لیزری سنتی به دست می‌آید را ارائه دهد. به همین دلیل هم به یک ابزار جوشکاری ضروری در محیط‌های تولیدی مدرن تبدیل شده است.
ربات جوشکاری لیزر در چه صنایعی کاربرد دارد؟
این فناوری برای محیط‌هایی که نیاز به جوشکاری با کیفیت بالا و تولید مکرر دارند، مناسب است. در ادامه چند صنعت اصلی که از این ربات استفاده می‌شود را معرفی خواهیم کرد.
خودروسازی
استفاده ربات جوش لیزری در صنعت خودرو بسیار رایج است. می‌توان از این دستگاه برای جوشکاری اجزای بدنه، اجزای موتور و سایر سازه‌های کلیدی استفاده کرد. این فناوری به تولید با سرعت بالا کمک می کند و قوام و کیفیت جوش‌ها که برای رعایت استانداردهای سختگیرانه ایمنی و دوام خودرو ضروری است را تضمین می‌کند.
هوافضا
ربات جوشکاری لیزر برای ساخت اجزای حیاتی مثل اجزای ساختاری هواپیما، موتورها و محفظه‌های احتراق استفاده می‌شود. این فناوری قادر به جوش دادن متریال آلیاژی با استحکام بالا است و این اطمینان را می‌دهد اتصالات جوش داده شده از دقت و استحکام بسیار بالایی برخوردار هستند.
ساخت الکترونیک
محصولات الکترونیکی به سمت کوچک‌سازی پیش می‌روند. ربات جوشکاری لیزر همان ابزاری است که از پس جوشکاری دقیق قطعات الکترونیکی ظریفی مثل باتری‌ها، سنسورها و بردها در مقیاس‌های مختلف برمی‌آید.
ساخت تجهیزات پزشکی
از آنجایی که این ربات از سیستم کنترل جوشکاری خوبی برخوردار است، می‌توان از آن برای ساخت دستگاه‌های پزشکی و ایمپلنت‌ها مثل ضربان ساز و ایمپلنت‌های ارتوپدی استفاده کرد.
صنعت انرژی
برای ساخت پنل‌های خورشیدی و تولید قطعات توربین بادی به منظور تامین انرژی‌های جدید و نوظهور هم می‌توان روی ربات‌های جوشکاری لیزر حساب کرد.
آیا این ربات مقرون به صرفه است یا خیر؟
در بخش مزایای استفاده از این ربات نسبت به ربات‌های معمولی گفتیم که یکی از برتری‌های ربات لیزری، مقرون به صرفه بودن آن است. اما در این بخش به صورت دقیق‌تر می‌گوییم که چرا این ربات جوشکاری مقرون به صرفه است.
افزایش راندمان تولید
ربات جوشکاری لیزر دارای سرعت و توانایی اتوماسیون بالایی است. این ویژگی‌ها به طور قابل توجهی راندمان تولید را بهبود می‌بخشد و زمان چرخه تولید را کاهش می‌دهد. در نتیجه شرکت‌ها را قادر می‌سازد تا محصولات بیشتری را در مدت زمان کوتاه‌تری تولید کنند.
کاهش هزینه‌های نیروی کار
افزایش درجه اتوماسیون باعث کاهش اتکا به جوشکاران بسیار ماهر می‌شود و در نتیجه هزینه‌های نیروی کار را کاهش می‌دهد. همچنین قابلیت برنامه‌ریزی و تکرارپذیری آن، خطاهای انسانی و نرخ دوباره کاری یا ضایعات مرتبط را کاهش می‌دهد.
صرفه جویی در هزینه‌های متریال
گاهی متریال بخش اعظم هزینه تولید را به خود اختصاص می‌دهند که در صورت داشتن ضایعات، هزینه سنگینی را بر روی دوش تولیدکننده می‌گذارد. کنترل دقیق ربات جوشکاری لیزری، ضایعات مواد به خصوص در مواد گرانبهایی مثل فلزات خاص کاهش می‌دهد.
هزینه‌های نگهداری و عمر تجهیزات
تجهیزات ربات جوشکاری لیزر مدرن بسیار مطمئن هستند و هزینه‌های نگهداری کمی دارند. در واقع عمر مفید تجهیزات طولانی است که همین باعث می‌شود اصل سرمایه‌ای که برای این ربات صنعتی جوشکاری صرف می‌کنید، خیلی زود به شما بازگردد. در ایران شرکت‌های زیادی هستند که ربات‌های صنعتی را وارد می‌کنند؛ اما شرکت‌های معدودی مثل پارس ربات هستند که در طراحی انواع تجهیزات رباتیک نیازهای یک صنعت خاص را در نظر می‌گیرند و متناسب با بودجه هر شرکت برای آن ربات تولید می‌کنند.
جمع بندی
خوشبختانه در ایران فناوری جوشکاری لیزر رباتیک باعث نوسازی و نوآوری صنعت تولید شده است. در آینده هم کاربردهای استفاده از ربات‌ها در صنایع بسیار بیشتر خواهد شد و صنعتگران بیشتری به جمع استفاده‌کنندگان از ربات‌ها می‌پیوندند و از امکانات و مزایای اقتصادی این دستگاه‌ها بهره می‌برند.