Comment un ingénieur a réussi à graver un robot sans poussière avec RoboDK

Pouvez-vous vraiment obtenir une gravure robotisée sans poussière ? Un étudiant universitaire a utilisé RoboDK et un effecteur final personnalisé pour le fraisage robotisé sans obtenir de copeaux de bois dans tout l'atelier. Voici comment ils l'ont fait.

La gravure est une tâche de plus en plus populaire dans la fabrication. La personnalisation devient la norme pour de nombreux produits différents et la gravure permet aux fabricants d'ajouter facilement des logos et des dessins personnalisés sur leurs produits. La gravure robotisée 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 du bois à l'aide d'un fraisage robotisé et d'un robot collaboratif dans RoboDK. Ce qui est particulièrement intéressant dans ce projet, c'est qu'il comprend 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 baccalauréat en ingénierie à l'Université des sciences appliquées de Hamm-Lippstadt en Allemagne.

Nous écrivons maintenant sur son projet car la gravure robotisée devrait devenir très populaire dans un avenir proche. Par exemple, quelqu'un du fabricant Universal Robots a récemment mentionné qu'il envisageait d'ajouter la gravure sur bois à sa liste sans cesse croissante d'applications de robots collaboratifs.

Le projet de Gosedopp impliquait la programmation d'un robot universel et le développement d'un effecteur final de gravure personnalisé qui pourrait éliminer la poussière.

Comment se fait habituellement la gravure sur bois

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

Ces machines sont faciles à trouver et il existe de nombreuses options concurrentes sur le marché. Cependant, ils sont généralement inflexibles - chaque modèle ne convient qu'à un type de gravure particulier. Si vous souhaitez passer à un autre processus de gravure, vous devrez peut-être acheter une machine entièrement différente.

Programmer un graveur CNC

L'un des défis de ce type de gravure traditionnel est la programmation. Comme le dit l'expert CNC James Hamilton, "une machine CNC est seulement aussi bonne que son logiciel. Et tous les logiciels ne sont pas créés égaux.” 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 le fraisage 2,5D. C'est parfait pour la gravure, où vous ne voulez généralement fraiser qu'une forme bidimensionnelle dans la surface du matériau. Cependant, cela devient contraignant si jamais vous souhaitez passer à des formes plus tridimensionnelles.

Gosedopp utilisait la gravure rotative 2,5D, qui consiste à utiliser un outil de routage ou de fraisage rotatif pour découper de fines rainures dans le bois.

Qu'est-ce que la gravure robotisée ?

L'approche adoptée par Jan Gosedopp consistait à éviter complètement d'utiliser une machine CNC. Au lieu de cela, il a choisi d'utiliser un robot, en particulier l'UR10 d'Universal Robots.

Comparés aux machines CNC, les robots sont très flexibles. En fait, un seul robot pourrait être utilisé pour presque tous les types de processus de gravure… et bien plus 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 de robot.

Gravure robotique de programmation

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 de fraisage robotisé dédié de RoboDK, il est facile de réaliser à la fois la gravure 2,5D dont il avait besoin et lui donne la possibilité d'utiliser le fraisage 3D avec exactement la même configuration s'il en a besoin.

Pour générer le chemin de gravure, il a utilisé Solid Works avec son module complémentaire gratuit HSMXpress qui produit des chemins CAM. À l'époque où il a réalisé ce projet, la barre d'outils RoboDK pour SolidWorks que nous avons publiée cette année n'était pas encore disponible. Par conséquent, le chemin de fraisage a été importé dans RoboDK à l'aide de fichiers G-code.

L'outil personnalisé pour une gravure sans poussière

L'un des principaux développements du projet de Jan Gosedopp était un effecteur final sur mesure pour la gravure robotisée.

Une caractéristique intéressante de cet outil était qu'il comprenait 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 robot

Dans le cadre de sa thèse de licence, il a évalué 2 conceptions différentes d'effecteurs finaux et a choisi la meilleure en fonction de son adéquation à la tâche.

Il a évalué ses deux conceptions en fonction des catégories suivantes :

1. Compatibilité avec l'UR3/UR10
2. Possibilité de serrer la broche de fraisage
3. Compatibilité avec l'extraction
4. Centrage et alignement précis
5. Broche de fraisage au ras de la bride du robot
6. Fillets latéraux pour la fixation
7. Encombrement réduit de l'outil
8. Faibles coûts de production

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

Au final, les deux facteurs qui ont déterminé son choix de conception ont été la baisse des coûts de production et l'ajout de filetages latéraux pour des fixations supplémentaires.

Sécurité

La sécurité est l'une des principales préoccupations de ce type d'outil. Le robot utilisé était un robot collaboratif, il avait donc 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 pourraient facilement s'envoler de l'opération de gravure et nuire aux humains. Pour lutter contre cela, il a introduit une brosse autour de l'outil pour attraper les copeaux de bois 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 eux-mêmes soient généralement sûrs, cela ne signifie pas que leurs outils sont sûrs. L'outil de gravure en rotation pourrait causer des dommages à un humain si, par exemple, sa main se mettait en travers du chemin. La brosse autour de l'outil aiderait à éviter cela dans une certaine mesure. Cependant, Gosedopp a estimé qu'une sécurité supplémentaire était nécessaire, il a donc ajouté une vitre de sécurité et un scanner laser.

La conception finale

Après avoir évalué les deux conceptions, Gosedopp est arrivé à la conception finale de l'effecteur final de gravure du robot. Il contenait les composants suivants :

• Tête de fraisage — la « partie métier » de l'outil pour le fraisage des pièces.
• Bras robotisé — le robot collaboratif UR10.
• PC — le programme a été généré dans RoboDK et exporté vers un programme robot.
• Boîtier contrôleur — effectué le traitement du signal et exécuté le programme de robot produit par RoboDK.
• Vide — effectué l'extraction de la poussière et des copeaux.
• Système de sécurité — un scanner laser a été utilisé pour détecter si quelqu'un est entré dans l'espace de travail et a arrêté le robot.

Enfin, Gosedopp a pu réaliser l'application de gravure sur bois suivante, comme le montre 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 en le forum RoboDK .