8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym
8.3 Analiza przemieszczeń biegunowego aparatu ruchowego podczas
Aby uzyskać pełniejszy opis koncepcji biegunowego układu pozycjonują-cego wiązkę obróbczą i element obrabiany, należy przeanalizować sposób wyko-nywania kolejnych punktów struktury formowanego odwzorowania. Formowa-nie kolejnych punktów może przebiegać, według założonych przeze mFormowa-nie dwóch scenariuszy.
W pierwszym zakładam, że ramię obróbcze wykonuje główny ruch kie-runkując wiązkę obróbczą w przestrzeń obiektu obrabianego (rys. 63) [63]. Pręd-kość i przyspieszenie ramienia obróbczego powinny być dobrane tak, aby można było wykorzystać generowane impulsy laserowe do stworzenia równooddalo-nych od siebie defektów. Defekty rozmieszczane są wtedy po obwodzie okręgu, zakreślanego przez ramię o stałej długości r1. Zapełnienie defektami obszaru ob-rabianego obiektu następuję dzięki przesunięciu obiektu przez stół pozycjonujący o zadaną wartość kątową. Wartość ta ma gwarantować spełnienie warunku jed-nakowej odległości między sąsiadującymi punktami struktury, warstwami for-mowanego odwzorowania. Przejście do kolejnej, wyżej położonej warstwy na-stępuje przez zmianę ogniskowej w osi Z. Dlatego obróbkę trójwymiarowego odwzorowania można sprowadzić do wypełniania kolejnych płaszczyzn przez punkty.
Zastosowanie przedstawionego scenariusza pozwala zmniejszyć siły bez-władności, powstające podczas przemieszczania obiektu obrabianego przez stół pozycjonujący [63]. Przemieszczenie ramienia obróbczego odbywa się tylko w założonym zakresie ruchu, pozwalającym pokryć obszar obróbki. Ramię w ta-kim wypadku przemieszcza tylko własną masę, bez dźwigania dodatkowo masy obiektu obrabianego. Kolejny obiekt umieszczony na stole obróbczym może być obrabiany po wykonaniu całej warstwy w obiekcie poprzedzającym. Po wyko-naniu tej samej warstwy w kilku kolejnych obiektach, można zmienić ogniskową w osi Z i przejść do wykonania warstwy kolejnej.
W drugim zakładanym przeze mnie scenariuszu (rys. 64) obróbka przebie-ga następująco. Obiekty obrabiane umieszczone są na stole obróbczym, który obraca się ze stałą prędkością. Prędkość ta dobrana jest w taki sposób, aby można było zapewnić równą, założoną przez operatora urządzenia, odległość pomiędzy
kolejno formowanymi punktami struktury. Ramię obróbcze wykonuje punkty struktury po określonym torze, zakreślanym w płaszczyźnie obróbki.
Rys. 63. Pierwszy scenariusz zapełniania obiektu punktami tworzącymi strukturę formowanego odwzorowania
To samo działanie podejmowane jest w stosunku do wszystkich kolejno umieszczonym obiektów. Następnie ramię jest przemieszczane o zadany kąt umożliwiający stworzenie kolejnej „ścieżki”. W tym przypadku siły bezwładno-ści eliminowane są przez zapewnienie stałej prędkobezwładno-ści obrotowej stołu obróbcze-go. Natomiast ramię obróbcze przemieszczane jest o nieznaczną wartość kątową, po przejściu nad kolejnymi obiektami. Trzeci wymiar formowanego odwzoro-wania, tworzony jest podobnie jak w przedstawionym wyżej scenariuszu pierw-szym.
Przedstawione scenariusze przemieszczania ramienia i stołu obróbczego umożliwiają otrzymanie punktów struktury formowanego trójwymiarowego odwzorowania. Istnieje jednak pewna różnica w sposobie otrzymywania tych punktów (rys. 65) [60]. W przypadku scenariusza pierwszego punkty formowane w pierwszym cyklu, na danym torze, będą od ciebie równoodległe. Kiedy nato-miast przejdziemy do następnego cyklu obróbki okaże się, że nie jesteśmy w sta-nie zapewnić w jednym przejściu równych odległości pomiędzy kolejno formo-wanymi punktami na torach obróbki. W jednym skrajnym położeniu odległość
8. Koncepcja urządzenia z pozycjonerem biegunowym
pomiędzy torami będzie inna niż w drugim położeniu. Przypadek ten wskazuje, że pomimo korzystniejszego z punktu widzenia dynamiki urządzenia układu i ograniczeń związanych z obróbką sił bezwładności, konieczne byłoby tu zapew-nienie odpowiedniego oprogramowania sterującego. Pozwoliłoby to wybierać punkty na możliwych do realizacji torach obróbki obiektu. Nie koniecznie jed-nak wiązałoby się to z polepszeniem wydajności samego urządzenia.
Rys. 64. Drugi scenariusz zapełniania obiektu punktami tworzącymi strukturę formowanego odwzorowania W przypadku scenariusza drugiego łatwiej jest zapewnić równe odległości pomiędzy punktami, tworzonymi w kolejnych przejściach wiązki obróbczej. W drugim przypadku można wskazać analogię do przytaczanego wcześniej przy-kładu dysku twardego. Stała jest prędkość obrotowa stołu obróbczego (w dysku twardym talerza obrotowego), natomiast przemieszczane jest nieznacznie ramię obróbcze (w dysku twardym głowica magnetyczna). Układ taki zapewnia nie-zmienność sił bezwładności (po osiągnięciu zakładanej prędkości obrotowej), po-wstałych od stołu obróbczego.
Analizując otrzymane wyniki, można zadanie tworzenia pojedynczego ele-mentu struktury formowanego obiektu, porównać z zadaniem spotykanym przy programowaniu robota. A mianowicie, mamy zadanie zdefiniowane w płasz-czyźnie, z zachowaniem współrzędnych kartezjańskich (X, Y,α ), natomiast
ste-rowanie robotem mamy w układzie biegunowym (r,θ). Konieczne jest w związ-ku z powyższym zapewnienie przejścia pomiędzy tymi układami i skonstruowa-nie odpowiednich algorytmów generujących optymalną trajektorię obróbki, za-pewniającą wydajną laserową obróbkę.
Rys. 65. Porównanie otrzymanych torów obróbki punktów w proponowanych scenariuszach z punktami w układzie kartezjańskim
W biegunowym aparacie ruchowym ważny jest sposób załadunku materia-łu poddawanego obróbce [63]. Analogię można znaleźć w zrobotyzowanych gniazdach obróbczych, ze stołem indeksującym. Obiekty mogą być załadowy-wane do obróbki, przez kolejny obrót stołu pozycjonującego o stały kąt. W tym czasie ramię obróbcze może zajmować skrajne położenie, zwiększając tym sa-mym przestrzeń do operowania przez operatora urządzenia grawerującego, co nie wydaje się już tak oczywiste w przypadku układów kartezjańskich.