4️⃣ Как заставить робота правильно двигаться?

Движение робота — это перемещение с заданной скоростью и ускорением из одной точки в другую. При этом каждая точка описывается шестью координатами: тремя линейными и тремя угловыми (X Y Z A B C).

Чтобы с пульта «нарисовать» квадрат, мне понадобится минут десять. Чтобы заполнить квадрат змейкой — пара часов. Если повторить это для нескольких слоёв, чтобы создать кубик, — несколько рабочих дней. А если речь о детали со сложной геометрией, с кривыми поверхностями в разных плоскостях — то и несколько лет. И это я ещё не учёл, что угол наклона горелки нужно менять, чтобы снизить скатывание расплавленного металла с краёв детали. В общем, руками писать программу под поворотный кулак никто не будет.

Для генерации траектории существуют разные CAD/CAM‑модули и слайсеры. Инженеры Политеха рассказали о долгом и сложном пути использования «костылей» в попытках заставить работать имеющийся на рынке софт. В итоге они выпустили свой продукт — TrifCam.

Это ПО позволяет сгенерировать траекторию движения робота и вращателя так, чтобы:

-получить сложную деталь без поддержек;
-иметь возможность менять углы;
-учесть все тонкости технологии WAAM.

Но "волшебной" кнопки тут тоже нет. Конструктор должен правильно подготовить модель - разбить ее на правильные части.

5️⃣ А причём тут сканер?

Основной недостаток технологии WAAM — низкая точность. На видео заметно, насколько кривая получается поверхность (если не учитывать фрезерованные участки).

Чтобы добиться лучшего результата, требуется послойный контроль. Это необходимо для внесения корректировок в управляющую программу: нужно компенсировать:
-температурные деформации;
-неоднородность сварочных валиков.

Инженерам Политеха удалось довести эту идею до рабочей технологии. Процесс выглядит так:
1. Печатается один слой.
2. Результат сканируется.
3. В траекторию вносятся поправки.
4. Печатается следующий слой.

Всё это выполняется в автоматическом режиме.

6️⃣ Зачем вешать сканер на робота?
На первый взгляд может показаться, что человеку проще обойти деталь с ручным сканером. Однако здесь нужно разобраться в принципах сканирования.

Как работает сканирование
Основа — метод триангуляции:
-две камеры «смотрят» на одну точку;
-измеряется отклонение углов;
-вычисляется координата объекта.

В человеческом зрении это работает отлично: 3D‑картинка строится относительно положения головы. В технике задача определения положения сложнее — требуются дополнительные технологии:
-структурный подсвет (проектор между камерами);
-маркерные точки на объекте измерения;
-внешнее слежение (маркеры на сканере и отдельная камера для их отслеживания).

Человек легко справляется с таким оборудованием: проводит калибровку, наносит метки, обрабатывает скан и получает STL‑модель. При этом перемещение сканера относительно детали — самый простой этап, где использование робота нерационально.

А зачем тогда нужен робот?
Нам необходимо:
-получить результат очень быстро (пока деталь не остыла);
-использовать компактный, простой прибор, который можно разместить на том же роботе, что переносит сварочную горелку;
-обеспечить работу в условиях сварочного участка.

Обычные сканеры не подходят:
-невозможно оперативно нанести маркеры на каждый слой раскалённой детали;
-громоздкие сканеры с проектором или внешним слежением нельзя поднести близко к зоне сварки.

Решение от Политеха: использование простого, дешёвого и надёжного лазерного 2D‑профилометра и сложного математического обеспечения.

Технология работает так:
- в каждый момент времени фиксируются 6 координат положения робота (3 линейные и 3 угловые),
- профилометр предоставляет координаты точек линии,
- данные объединяются в одну систему координат
- генерируется 3D‑скан,
- 3D‑скан накладывается на исходную 3D‑модель
- вносятся поправки для продолжения печати.

7️⃣ Зачем сканировать готовую деталь?
Ни одна технология металлической аддитивки не даёт машиностроительной точности. Поэтому деталь после печати нужно поместить во фрезерный станок. И необходимо совместить систему координат станка и детали. А если у детали нет ни одной правильной поверхности — это практически невозможно. Тут рационально использовать сканирование. И по скану уже подправить траектории движения ЧПУ‑станка. Или понять, что в "выращенной" заготовке слишком мало "мяса", до того как это всплывет после многих часов работы станка.

И да, тут можно вспомнить про Renishaw (система автоматического поиска заготовки станков с ЧПУ). Но для такой сложной геометрии эта система работает не очень хорошо.