Novel laser texturing robot and defect assessment of aesthetic textures

The present work took its origin due to increasing demand of texturized components in the western market. One of the most promising techniques to perform this operation is laser texturing: the common choice is to use five axis milling machines installing lasers on them, this does not exploit one of the intrinsic advantages of the technology, the absence of reaction forces, and implies very slow displacements of the machining unit. The demand of higher flexibility and motion speed, with the aim to reduce the total processing time, oriented the work to the selection of a six axis anthropomorphic robot and the design of a dedicated machining cell. An innovative laser scanning head was designed to fit the new use as robot end effector, featuring an inclined laser inlet and the possibility to integrate vision and touch probe systems to guarantee the correct positioning with respect to the workpiece. As said, the most common use of textures is an aesthetic improvement, thus the specific defects related to this function were identified: depth errors, sputter redeposition, increased surface roughness and the presence of patch junction zones. Two texture patterns were designed to evidence them and were realised with the prototype robot and with a state of the art machine. A new measurement procedure was defined to permit the quantitative assessment of such defects and to guarantee a comparison technique for the results of the two machines, after the full development of the robot prototype.

Il presente lavoro trae la sua origine dalla crescente domanda di componenti texturizzati nel mercato occidentale. Una delle tecniche più promettenti per compiere questa lavorazione e la texturizzazione laser: la scelta comune è l’utilizzo di machine per fresatura a cinque assi modificati installandovi dei laser, ciò però non sfrutta uno dei vantaggi intrinseci della tecnologia, l’assenza di forze di reazione, e implica spostamenti molto lenti dell’unità di lavorazione. La necessità di maggiore flessibilità e velocità di movimento, con lo scopo di ridurre la durata totale del processo, hanno orientate il lavoro verso la scelta di un robot antropomorfo a sei assi e verso la progettazione di una cella di lavorazione dedicata. Una testa di scansione laser innovativa è stata progettata per essere utilizzata come organo finale del robot. Essa è caratterizzata da un ingresso inclinato per il laser e dalla possibilità di integrare un sistema di misurazione tattile e di visione per garantire il corretto posizionamento rispetto al pezzo da lavorare. Come detto, l’uso più comune delle texture è il miglioramento estetico, pertanto sono stati individuate degli specifici difetti relative a questa funzione: errori di profondità, accumuli di materiale rifuso, aumento della rugosità superficiale e la visibilità delle zone di giunzione della lavorazione. Due tipi di texture sono stati definiti per rendere tali difetti evidenti e sono stati realizzati sia con il robot prototipo che con un macchinario industriale. É stata progettata una nuova procedura di misura che permettesse una valutazione quantitative di suddetti difetti e che potesse garantire una tecnica di confronto per i risultati ottenuti dai due sistemi, una volta completato lo sviluppo del prototipo robotico.