Come ridurre i tempi di messa in produzione nella saldatura laser?

Nella saldatura laser robotizzata è fondamentale ridurre i tempi di set-up per produrre in modo efficiente, specialmente per i terzisti o per chi produce lotti piccoli e fortemente variabili.

Per aumentare la produttività del taglio laser è possibile agire opportunamente sui parametri di taglio e sulle dinamiche della testa per ridurre il tempo ciclo. Nella saldatura laser questo approccio è limitato dal processo tecnologico che è essenzialmente diverso.

Nella saldatura laser, infatti, il materiale fuso non viene espulso dal gas di assistenza in pressione ma deve avere il tempo per tornare a solidificarsi in modo controllato e protetto, di conseguenza il margine di aumento della velocità di lavorazione è molto più limitato.

Nella saldatura laser, per aumentare la produttività, diventa quindi fondamentale agire sull’efficienza della preparazione alla saldatura, andando a semplificare tutte le operazioni coinvolte in questa fase preliminare.

Tra le attività che impattano maggiormente sul tempo di preparazione alla saldatura laser troviamo:

• il posizionamento dei pezzi nelle maschere di saldatura;
• l’azzeramento del TCP* sul pezzo, sia esso relativo ad una programmazione del processo di saldatura in autoapprendimento che ad una correzione al programma generato off-line;
• la ricerca dei parametri di saldatura più adeguati.

*TCP Tool Center Point nella saldatura laser corrisponde al fuoco del laser.

Per aumentare la produttività nella saldatura laser, è fondamentale massimizzare l’efficienza della fase di preparazione.

Come posizionare la quota del fuoco della testa di saldatura laser sul pezzo?

Dopo che il pezzo è stato collocato in maschera ci sono due strade possibili: programmare una traiettoria in autoapprendimento oppure allineare il modello teorico sviluppato in ufficio con il software CAM per la programmazione della cella di saldatura alla traiettoria reale del giunto di saldatura sul pezzo.

Per eseguire questa operazione, l’operatore deve posizionare correttamente TCP (Tool Center Point) nei punti del giunto da saldare.

Nel taglio laser, il fuoco si trova in prossimità della punta dell’ugello e la sua posizione rispetto al pezzo può essere determinata con precisione sfruttando il sensore capacitivo integrato nella testa di taglio.

Nella saldatura laser però, questo approccio non è sempre applicabile (a meno di non programmare con un ugello coassiale che tuttavia ne vincola il successivo utilizzo). In generale infatti, nella saldatura laser, il fuoco si trova ad una distanza molto maggiore (fino a 200-250 mm di distanza a seconda della configurazione ottica).

Questa distanza costringe spesso gli operatori a riferire la posizione del fuoco sul pezzo utilizzando tastatori da montare sulla testa, o, nei casi peggiori misurando manualmente la distanza fra uno specifico punto di riferimento sulla testa e la superficie del pezzo.

Entrambi questi metodi sono imprecisi e soggetti a errori, poiché dipendono fortemente dall’esperienza dell’operatore. Inoltre, in assenza di un riscontro visivo diretto, non è possibile verificare se la posizione del fuoco del laser sulla superficie del pezzo sia corretta, con conseguente rischio di difetti nel cordone di saldatura.

Saldatura su un elemento in acciaio inox. Il fuoco del laser si mantiene in prossimità della superficie del pezzo, a circa 200-250 mm dalle ottiche della testa.

Focus Assistant assiste l’operatore nel settaggio della quota del fuoco sul pezzo

Focus Assistant è il sistema integrato sulle soluzioni di saldatura laser di BLM GROUP che consente di settare la quota zero del fuoco sul pezzo in modo semplice, preciso e ripetibile.

Il sistema è composto da tre elementi principali: un proiettore che emette una linea laser inclinata rispetto al raggio laser di saldatura, una telecamera coassiale al raggio laser e il puntatore al centro dell’inquadratura.

Il settaggio avviene tramite una procedura di triangolazione laser estremamente intuitiva.

L’operatore attiva il proiettore della linea laser e, regolando l’altezza della testa dal teach pendant, identifica facilmente il punto in cui lama laser e il centro della camera si incontrano; quando questo avviene, il fuoco è a quota zero rispetto al pezzo.

Focus Assistant utilizzato per triangolare la quota zero del TCP sul pezzo.

Come settare la posizione della testa rispetto al giunto

Uno dei principali vantaggi nell’utilizzo di un robot di saldatura laser è l’elevata ripetibilità del processo. Tuttavia, questo è un effettivo vantaggio solo se la saldatura viene eseguita nella posizione prevista sulla superficie del pezzo (il giunto).

Per questo motivo, la definizione delle coordinate di saldatura sulla superficie reale del componente deve essere effettuata in modo estremamente preciso.

In assenza di strumentazioni dedicate al posizionamento del laser, gli operatori sono spesso costretti a ricorrere a metodi manuali e approssimativi, il cui esito dipende in larga misura dalla loro esperienza e risulta facilmente soggetto a errori casuali.

Process viewer assiste l’operatore nel puntamento del giunto sul pezzo

Anche in questo caso disporre di una telecamera con inquadratura coassiale al raggio laser fa la differenza. Attraverso di essa l’operatore può osservare il giunto da saldare con un livello di dettaglio molto elevato. Come avere la punta di un microscopio puntata costantemente sul pezzo.

Process Viewer permette di individuare agevolmente la posizione del giunto da saldare sul pezzo.

Per eseguire l’azzeramento del laser sul giunto da saldare, l’operatore avvicina la testa di saldatura al pezzo e la orienta in modo perpendicolare al giunto, quindi, con l’ausilio di un puntatore posizionato al centro dell’inquadratura della camera, muove il laser finché non si posiziona esattamente sul giunto.

Grazie al fattore di ingrandimento della telecamera, questa operazione può essere eseguita in modo preciso e ripetibile da qualsiasi operatore, con margini di errore estremamente ridotti.

È però importante fare una precisazione: in molti casi i pezzi possono essere affetti da deformazioni o errori che portano la traiettoria del giunto reale a discostarsi da quella teorica in modo del tutto imprevedibile. In questi casi per garantire la qualità e la continuità della saldatura, oltre a Process viewer è consigliato l’uso di un sistema di inseguimento automatico del giunto di saldatura reale. Sulle celle di saldatura laser di BLM GROUP, questa funzione è disponibile e si chiama Active Tracker.

Come impostare i parametri tecnologici nella saldatura laser

La corretta impostazione dei parametri tecnologici consente la buona riuscita del processo di saldatura. Questi parametri includono i parametri propri del laser, la pressione del gas di assistenza, la velocità di adduzione dell’eventuale filo d’apporto, la velocità di avanzamento della saldatura e il tipo di oscillazione del raggio laser in presenza di testa wobbling.

Il settaggio di questi parametri richiedete tempo ed esperienza e, specialmente nella lavorazione di piccoli lotti o prototipi, può far lievitare in modo consistente i costi di produzione.

LW-S, la cella di saldatura laser di BLM GROUP dispone già di un database di parametri tecnologici ben dettagliato e sviluppato nei molti anni di ricerca e sviluppo dedicati a questa tecnologia.

Attraverso il database, la messa in macchina di un nuovo pezzo è molto più rapida e l’esperienza richiesta all’operatore nettamente inferiore.

Perché scegliere la cella di saldatura laser LW-S

LW-S è la soluzione chiavi in mano di BLM GROUP per la saldatura laser robotizzata: una cella integrata e flessibile composta da un robot antropomorfo con testa di saldatura laser disponibile sia in modalità wobbling che ad ottica fissa.

LW-S è configurabile secondo le esigenze con svariati sistemi di manipolazione automatica del pezzo, con il sistema di adduzione automatica del filo d’apporto ed è equipaggiata con un ampio database tecnologico che consente di affrontare con facilità la lavorazione dei principali materiali metallici.

La testa di saldatura può essere equipaggiata con Focus Assistant e Process viewer per eseguire in modo veloce, semplice e preciso le principali operazioni di preparazione alla saldatura: settaggio di quota e posizione del fuoco del laser sul giunto da saldare.

Inoltre, LW-S dispone di speciali funzionalità avanzate: Active Tools, come Active Tracker e Active Monitoring che migliorano precisione, affidabilità e robustezza del processo anche nelle condizioni di lavoro più impegnative.