Un ingénieur réalise une gravure robotique propre et sans poussière avec RoboDK

Peut-on vraiment réaliser une gravure robotique sans poussière ? Un étudiant universitaire a utilisé RoboDK et un effecteur final personnalisé pour le fraisage robotique sans remplir l'atelier de copeaux de bois. Voici comment il a fait.

La gravure est une tâche de plus en plus populaire en fabrication. La personnalisation devient la norme pour de nombreux produits différents et la gravure permet aux fabricants d'ajouter facilement des logos et designs personnalisés sur leurs produits. La gravure robotique est un moyen facile d'augmenter la valeur du produit avec très peu de travail supplémentaire.

Un étudiant d'une université allemande a conçu un système pour graver le bois en utilisant le fraisage robotique et un robot collaboratif dans RoboDK. Ce qui est particulièrement intéressant dans ce projet, c'est qu'il inclut un effecteur final spécialisé pour éviter de générer trop de poussière et de copeaux de bois.

Présentation de… Jan Gosedopp

Le projet a été développé il y a quelques années par l'étudiant Jan Gosedopp dans le cadre de son Bachelor en ingénierie à l'Université des Sciences Appliquées Hamm-Lippstadt en Allemagne.

Nous écrivons sur son projet maintenant car la gravure robotique semble appelée à devenir très populaire dans un avenir proche. Par exemple, quelqu'un chez le fabricant Universal Robots a mentionné récemment qu'ils pensent à ajouter la gravure sur bois à leur liste croissante d'applications de robots collaboratifs.

Le projet de Gosedopp impliquait la programmation d'un robot Universal Robot et le développement d'un effecteur final de gravure personnalisé capable d'éliminer la poussière.

Comment la gravure sur bois est généralement faite

Comme c'est le cas pour de nombreuses opérations d'usinage, la façon traditionnelle de réaliser une gravure autonome est avec une machine CNC dédiée.

Ces machines sont faciles à trouver et il y a de nombreuses options concurrentes sur le marché. Cependant, elles sont généralement inflexibles — chaque modèle n'est adapté qu'à un type particulier de gravure. Si vous voulez passer à un autre processus de gravure, vous devrez peut-être acheter une machine entièrement différente.

Programmation d'un graveur CNC

L'un des défis de ce type traditionnel de gravure est la programmation. Comme le dit l'expert CNC James Hamilton : « Une machine CNC n'est aussi bonne que son logiciel. Et tous les logiciels ne se valent pas. » Il explique que le logiciel que vous utilisez peut vraiment restreindre les capacités de votre machine.

Certains logiciels CNC, par exemple, ne peuvent réaliser que du fraisage 2,5D. C'est bien pour la gravure, où vous voulez généralement fraiser une forme 2D dans la surface du matériau. Cependant, cela devient restrictif si vous voulez un jour progresser vers des formes plus 3D.

Gosedopp utilisait de la gravure rotative 2,5D, qui implique l'utilisation d'un outil de routage ou de fraisage rotatif pour couper de fines rainures dans le bois.

Qu'est-ce que la gravure robotique ?

L'approche qu'a prise Jan Gosedopp était d'éviter complètement d'utiliser une machine CNC. Au lieu de cela, il a choisi d'utiliser un robot, spécifiquement le UR10 de Universal Robots.

Comparés aux machines CNC, les robots sont très flexibles. En fait, un seul robot pourrait être utilisé pour presque n'importe quel type de processus de gravure… et plus de tâches encore. Tout ce que vous avez à faire est de donner au robot un outil différent, ce qui est très facile à faire avec le bon logiciel de programmation robotique.

Programmation de la gravure robotique

Pour la programmation, Gosedopp a choisi d'utiliser RoboDK. Ce choix l'a aidé à éviter de nombreux problèmes de programmation potentiels qui surviennent avec les machines CNC traditionnelles.

Avec l'assistant dédié au fraisage robotique de RoboDK, il est facile de réaliser à la fois la gravure 2,5D dont il avait besoin et lui donne l'option d'utiliser le fraisage 3D avec exactement la même configuration si jamais il en a besoin.

Pour générer le trajet de gravure, il a utilisé SolidWorks avec son add-on gratuit HSMXpress qui produit des trajets CAM. À l'époque où il a fait ce projet, la barre d'outils RoboDK pour SolidWorks que nous avons publiée cette année n'était pas encore disponible. Par conséquent, le trajet de fraisage a été importé dans RoboDK via des fichiers G-code.

L'outil personnalisé pour une gravure sans poussière

L'un des développements principaux du projet de Jan Gosedopp était un effecteur final personnalisé pour la gravure robotique.

Une caractéristique intéressante de cet outil était qu'il incluait des éléments pour éliminer la poussière et les copeaux de bois de la pièce pendant l'opération, ce qui permettait un environnement de travail propre.

Facteurs importants pour un outil de gravure robotique

Dans le cadre de sa thèse de Bachelor, il a évalué 2 designs d'effecteur final différents et a choisi le meilleur en fonction de son adéquation à la tâche.

Il a évalué ses deux designs selon les catégories suivantes :

1. Compatibilité avec le UR3/UR10
2. Capacité à serrer la broche de fraisage
3. Compatibilité avec l'extraction
4. Centrage et alignement précis
5. Broche de fraisage affleurante avec la bride du robot
6. Filetages latéraux pour la fixation
7. Faible encombrement de l'outil
8. Faibles coûts de production

Les deux designs étaient assez similaires et notés exactement de la même manière dans la plupart de ces catégories. Les deux seules différences entre les designs étaient dans la méthode de fixation de la broche de fraisage et le positionnement de l'outil sur la bride du robot.

Finalement, les deux facteurs qui ont déterminé son choix de design étaient les coûts de production plus bas et l'ajout de filetages latéraux pour des fixations supplémentaires.

Sécurité

Une préoccupation clé pour ce type d'outil est la sécurité. Le robot utilisé était un robot collaboratif, donc il avait ses propres fonctions de sécurité. Cependant, les outils personnalisés peuvent introduire des problèmes de sécurité supplémentaires.

Gosedopp s'est concentré sur deux aspects de la sécurité :

1. Danger des objets volants — Les copeaux de bois et la poussière pouvaient facilement s'envoler de l'opération de gravure et blesser des humains. Pour contrer cela, il a introduit une brosse autour de l'outil pour attraper les copeaux volants et un aspirateur pour extraire la poussière.
2. Danger des personnes entrant dans l'espace de travail de la broche de fraisage — Bien que les robots collaboratifs soient généralement sûrs, cela ne signifie pas que leurs outils le sont. L'outil de gravure rotatif pourrait causer des dommages à un humain si, par exemple, leur main se mettait en travers. La brosse autour de l'outil aiderait à éviter cela dans une certaine mesure. Cependant, Gosedopp a estimé qu'une sécurité supplémentaire était nécessaire, alors il a ajouté une vitre de sécurité et un scanner laser.

Le design final

Après avoir évalué les deux designs, Gosedopp est arrivé au design final de l'effecteur final de gravure robotique. Il contenait les composants suivants :

• Tête de fraisage — le « bout actif » de l'outil pour fraiser les pièces.
• Bras robot — le robot collaboratif UR10.
• PC — le programme a été généré dans RoboDK et exporté vers un programme robot.
• Boîtier de contrôle — effectuait le traitement du signal et exécutait le programme robot produit par RoboDK.
• Aspirateur — effectuait l'extraction de la poussière et des copeaux.
• Système de sécurité — un scanner laser était utilisé pour détecter si quelqu'un entrait dans l'espace de travail et arrêter le robot.

Finalement, Gosedopp a pu réaliser l'application de gravure sur bois suivante, comme montré dans cette vidéo :

Que pourriez-vous faire avec un robot de gravure sans poussière ? Dites-le-nous dans les commentaires ci-dessous ou rejoignez la discussion sur LinkedIn, Twitter, Facebook, Instagram ou sur le Forum RoboDK.