基于机器人的自动激光焊接系统的开发图文精.docx
《基于机器人的自动激光焊接系统的开发图文精.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于机器人的自动激光焊接系统的开发图文精.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于机器人的自动激光焊接系统的开发图文精
激光加I技术基于机器人的自动激光焊接系统的开发
DevelopmentofAutomaticLaserWeldingSystemBasedonRobot
高能束流加工技术国防科技重点实验室白凤民巴瑞章
[摘要]激光焊接作为一种高质量、高效率的焊接方法近年来得到了广泛的应用。
机器人作为自动化技术与先进制造技术的典型代表和主要技术手段,在自动化焊接中发挥着重要的作用。
本文介绍了在原有设备基础上,针对原有激光焊接设备存在的参数更改困难、时序控制精度低以及浪费人力、工作效率低等问题,利用激光器与机器人现有接口,进行了系统集成的软硬件设计,从而开发出一套基于机器人的自动激光焊接系统。
实践表明,该系统操作方便,极大地提高了工作效率;完全可以控制机器人与激光器联动以及焊接过程中功率的调整,为激光焊接工艺的改进提供了有利的条件。
关键词:
激光焊接机器人系统集成
[ABSTRACT]Laserweldingiswidelyusedre—centlyduetoitshighqualityandhighefficiency.Asatypicalrepresentativeandmaintechnology,robotplaysanimportantroleinautomaticwelding.onthebasisofformerequipment,whichisdifficulttochangepa珀me—tersandwithlowtime.wastedand10wefficiencyopera—tion,anautomaticlaserweldingsystembasedonrobotisdevelopedbymeansoftheexistinginterfaceofthelaserandtherobotandthedesignofhardwareandsoft—wareforsystemintegration.Thesystemisefficientandeasytooperate.Therobotand1aserworksynchronouslyandthepowerinweldingcanbeadjusted.ItishelpfulforimproVingweldingtechn0109y.
Keywords:
LaserweldingR0botSysteminte-gratiOn
机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段,它在提升企业技术水平、稳定产品质量、提高生产效率等方面具有重要作用。
工业机器人作为现代制造业主要的自动化装备,已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电、化工等行业,主要用于完成焊接、装配、搬运、加工、喷涂等复杂作业。
据统计,目前全世界已有近100万台机器人投入使用,其中用于完成各种焊接作业的焊接机器人占全部机器人总数的45%以上。
发展自动化、智能化焊接技术是提高航空制造技术机械制造业整体水平的重要环节。
焊接自动化和焊接机器人能提供稳定的焊接质量,减轻工人劳动强度,提高生产率,降低生产成本…。
激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法,日益受到人们的关注,在航空、航天、汽车、家电及电子信息产业中获得了广泛的应用幢J。
我们配合使用AM356型YAG激光器与ABB公司的IRB2400型机器人,在激光焊接的课题研究和加工生产中取得了一定的成果,但由于机器人、激光器以及供气装置独立工作,存在着如下一些缺点:
（1焊接参数一经设定,在整个焊接过程中不能改动,无法实现过程中的功率调整;
（2很难控制机器人动作与激光器出光的时序;
（3机器人、激光器和供气装置各需要一个人操纵,浪费人力,影响工作效率。
为克服以上缺点,在原有的基础上,自主开发出一套基于机器人的自动激光焊接系统,实现整个焊接过程的自动化。
1系统的总体构成
系统构成如图1所示,主要由机器人、激光器和供气装置组成,此外还包括固定于机器手上与激光器相连的激光焊接头。
图1自动焊接系统总体构成
Fig.1Thegeneralconstitution
ofautomaticweldingsystem
系统改进前,激光器负责设定及控制焊接过程中激光的功率、功率的上升与下降时间、光闸的打开与关闭等参数;机器人利用示教器进行编程,拖动焊接头按135
万方数据
激光翻I技术
程序设定的路径移动;供气装置提供相应的保护气体。
而改进后的系统中,机器人作为整个系统的控制核心,由它来决定激光器的开光/关光时刻、设定功率等参数以及控制供气装置的工作状态。
对于焊接自动化单元,关键是解决机器人和其他设备之间的信息互联与协调问题L3j。
机器人与激光器都提供了大量的数字I/O接口,为二者的互联提供了可能。
2系统硬件
硬件部分是整个系统的基础。
机器人和激光器的互联,关键是确定I/O口的连接方式。
机器人自身配有多块I/O卡,PLl08是对激光器进行外部控制的接口卡。
根据设备自身【/0口的设置和系统工作的需要,确定如图2、3所示的硬件连接方式（R是机器人接口,L是激光器接口。
图2和图3中PLl08接口的相关信号的意义如表1所示。
在系统的供气装置中,气路中串接了电磁阀。
电磁阀利用电路开关所产生的电磁力进行开和关,结构简单、价格低廉。
通常形式的电磁阀线圈通电时,吸住可动铁芯而打开导阀口,便可形成通路。
本设计中,通过采用机器人数字输出（DO控制串接在气路中的电磁阀来实现对供气装置的控制。
136
图2机器人输出/激光器输入
Fig.2Robotoutput/1aserinput
图3机器人输入/激光器输出
Fig.3Robotinput/1aseroutput
表1PLl08接口信号配置
PLl08输入像出描述
58输出内部电源+24V
59输入激光器输入公共端
60输出内部电源OV
70输入接口电源+24V
71输入输出sinking/sourcing选择72输入接口电源OV
3系统软件
要实现系统联动,关键是机器人对激光器的外部控制。
要实现这一功能,需要由机器人向激光器发送一外部控制请求信号,激光器在接收到该信号后,如果满足外部控制条件将返回应答信号,证明通信成功,如图4所
示。
外部控制请求j∥——————]{
外部控制应答ji./’——————弋图4控制请求应签信号时序图
Fig.4Timesequencediagramfor
controllingrequest—responsesignal
激光器的功率输出控制,如图5所示（A为上升时间,B为下降时间;P为程序设定的功率,S为基准功率。
…关j_厂=二二=一上升/下降j—J\卜门控信号:
——1f1几r——-蔼。
忙蛤山P
i/一nf1厂—弋.激光输出暑———√luuui\『一V
:
A!
:
B:
图5激光器功率输出时序图
Fig.5Timesequencediagram
oflaserpoweroutput
激光器有功率输出,如果相应的光闸没有打开,此时激光器还不能出光。
只有将相应的光闸打开,激光器才可以出光而进入工作状态,如图6所示。
如暂不考虑激光参数的更改,激光焊接的流程图如图7所示。
2004年增刊万方数据
激光拥I技术
激光输出!
U
光闸使能j
光闸选择卜厂]厂]厂]
工作输出i——J_—-L—j———Ljl一一工作状态”——焊接——焊接一焊接—一
图7激光焊接流程图
Fig.7Flowchartoflaserwelding
生产中如果功率保持不变,起弧和收弧时,往往形成很大的弧坑。
如果该弧坑在工件上将影响其性能,且焊缝成形不美观。
有些工件可采用引弧板和收弧板来避免这种情况,而有些工件（例如环焊缝不方便添加引弧板,这时,可在焊接开始和结束时适当减小功率来保证焊缝的成形。
这就需要在焊接过程中功率参数可调,本系统参数更新的控制时序如图8所示。
参数选择j二:
×二二二二二二二二二二二二汇
参数黼oj二><二二二二二=<二参数更新j/—————]参数改变j/—————]
图8参数更新时序
Fig.8Timesequenceofparameterrefresh
航空制造技术4结束语
系统在实践中的应用表明,其操作方便,供气、功率输出及机械人动作实现了自动化,极大地提高了工作效率;焊接过程中的功率可以调整,为激光焊接工艺的改进提供了帮助。
参考文献
l刘大胜.焊接机器人的现状与发展.机器人,2001,56（5:
17,18
2张凯,张风传,刘成良,等.汽车横梁多机器人自动焊接单元及其控制.机械与电子,2003,56（4:
60~62
3Koichi.Nowandfutureoflaserweldingrobots一印plicationinautomotiveindustry.Robot,1997,114（1:
42~48
（责编根山
（上接第63页
度。
若加热温度处于该温度区间的上限,则有利于提高铝熔体的流动性及其对钢的润湿性,同时铝铁界面的金属间化合物区层厚度也会增加。
对厚度为30肚m的试样进行观察未发现结合层裂纹。
（3若激光对钢板的加热温度过高,使之在与铝熔体的结合处被熔化,则结合层有明显产生裂纹的倾向。
（4激光束斑在两种材料上的能量分配可根据不同的板厚、不同的材质在一个较宽的工艺温度调节范围内进行调整。
参考文献
1SunZ,KarppiR.Theapplicationofelectronbeamwekl—ing
forthejoiningofdisSimilarmetals.JoumalofMaterialsPro—cessingTechnology,1996,59（3:
257~267
2BrockmannR.DickmannK.Methodforthelaserbeamjoiningofaluminiumandsteelinthethinsheetrange.WeldingandCutting,1996,48（3:
46~47
3WagnerF,ZemerI,KreimeyerM.CharacterizationandpmpertiesofdiSsimilarmetalcombinationsofFe/AJandTi/Al—sheetmaterials.20thICALE02001,2001,92/93:
365~3744ReadyJF,FarsonDF.LIAHandbookofLaserMateri—alsProcessing.0rlando,FL:
LaserInstitute0fAmerica,20015WuJ,LiL.ResearchoftheinfIuenceoflaserweldingproceSsparameters
on~一Fejoiningquality.WeldingTechnoIogy（inChineSe,2000,29（5:
19~20
6KreimeyerM,sepoldG.Joiningofdissimilarmaterials.PrOceedings
升级会员 