CN105479022B - 激光焊机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光焊机控制系统，包括行走装置、焊接装置、控制装置，行走装置包括伺服电机、滚珠丝杠副、编码器，滚珠丝杠副的螺母与焊接装置固定连接，滚珠丝杆副的丝杠与伺服电机连接，伺服电机驱动焊接装置移动，编码器记录焊接装置的位置信息及移动的距离；焊接装置包括光电开关、激光焊头，光电开关检测带钢的焊接边界并将边界信息传输给控制装置，编码器将位置信息及移动的距离传输给控制装置，由控制装置控制焊接作业。

Description

激光焊机控制系统

技术领域

本发明属于带钢激光焊接技术领域，具体地说，涉及激光焊机控制系统。

背景技术

激光焊接过程中激光束的启停控制非常重要。激光束开启太晚或关闭太早，就会造成带钢的边部焊接不完整；激光束开启太早或关闭太晚，激光束未接触带钢时，容易照射在其他设备上，造成设备损伤。

目前，在没有精确定位的焊机中，往往根据机组输入的带钢宽度规格来确定激光束的启停位置。但是，实际带钢的宽度与输入的数据具有一定的偏差，因此，为保证带钢接头焊接的完整性，常留有一定的余量，使激光束提前开启、滞后关闭。这样就要在激光束下边设置保护垫板，以免激光束对其他设备造成损伤。由于保护垫板更换比较频繁，会极大的增加生产费用。

另一种方法是在焊机前后设置带钢宽度测量装置，宽度测量装置将前后带宽传给焊机PLC，焊机PLC比较得出窄带钢宽度，根据窄带钢宽度和需投入设备距剪子中心线的距离计算设备开始工作和结束工作的距离。该种方法需要两套测宽装置，且电控系统算法复杂。

针对带钢的激光焊接过程中，激光焊机的定位不精确、激光束的启停不及时、控制系统复杂，还未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种激光焊机控制系统，以至少解决相关技术中激光焊机的定位不精确、激光束的启停不及时、控制系统复杂等问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种激光焊机控制系统，包括行走装置、焊接装置、控制装置，所述行走装置包括伺服电机、滚珠丝杠副、编码器，所述滚珠丝杠副的螺母与所述焊接装置固定连接，所述滚珠丝杠副的丝杠与所述伺服电机连接，所述伺服电机驱动所述焊接装置移动，所述编码器记录焊接装置的位置信息及移动的距离；所述焊接装置包括光电开关、激光焊头，所述光电开关检测带钢的焊接边界并将边界信息传输给控制装置，所述编码器将位置信息及移动的距离传输给控制装置，由控制装置控制焊接作业。

优选地，光电开关采用光纤光电开关，用于检测待被焊接的两根带钢在焊接边界处的宽度，并且根据宽度较窄的带钢的宽度来进行焊接。

优选地，所述焊接装置还包括预热装置。

优选地，所述焊接装置还包括退火装置。

优选地，所述焊接装置还包括焊缝平整部件。

优选地，所述控制系统还包括能够设定移动参数的人机界面HMI。

通过本发明的激光焊机控制系统，能够一体化完成预热、焊接、热处理、焊缝平整操作，根据带钢的实际宽度，精确控制激光焊接时激光束的启停，系统结构简单，方法可靠实用，电控系统算法简易，便于维护。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是根据本发明实施例的激光焊机控制系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的激光焊机控制系统的焊接工艺图一；

图3是根据本发明实施例的激光焊机控制系统的焊接工艺图二；

图4是根据本发明实施例的焊接不同宽度的带钢的焊接边界的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的激光焊机控制系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

根据本发明的一个方面，提供一种激光焊机控制系统，该激光焊机控制系统，设置有光电开关检测带钢的边部位置，即检测带钢的焊接边界，从而根据带钢的实际宽度精确控制焊接过程中相关动作的启停。激光焊机控制系统包括行走装置、焊接装置、控制装置，行走装置包括伺服电机、滚珠丝杠、螺母、编码器，焊接装置与螺母固定连接，滚珠丝杠与伺服电机连接，由伺服电机带动滚珠丝杠转动，进而带动焊接装置移动，而编码器用于记录行走过程中的位置信息。焊接装置包括光电开关、激光焊头，该光电开关检测带钢的焊接边界并将边界信息传输给控制装置，控制装置控制编码器进行位置记录，编码器将位置记录传输给控制装置，控制装置控制行走装置行走到各工作位置，激光焊头完成焊接作业。

以下结合实施实例及附图1至4对本发明作进一步说明，如图1所示，光电开关1、激光焊头2安装在焊接装置10上，光电开关1位于激光焊头2的左侧，焊接时，焊接装置10从右侧向左侧移动，完成焊接过程。焊接装置10与滚珠丝杠7上的螺母11固定连接，滚珠丝杠7与伺服电机8相连，伺服电机8的左面安装有编码器9。S1是当光电开关1检测到焊接起点边界时，激光焊头2再行走多少距离启动焊接作业，通常情况是将激光焊头2距离光电开关1的距离设定为S1。焊接开始前，将激光焊头2调整到合适的焊接高度。由伺服电机带动滚珠丝杠7旋转，进而驱动螺母11移动，和螺母11固定连接的焊接装置10由右侧向左侧移动。光电开关1分为投射部分和接收部分，投射部分设置在带钢的上部，接收部分设置在带钢的下部，如图2所示，当光电开关到达带钢焊接起点边界的位置时，光电开关1发送信号给PLC，设置在伺服电机8左边的编码器9记录当前位置a，并开始记录焊接装置10的行走长度。焊接装置10继续向左侧移动，由于激光焊头2距离光电开关1的距离是S1，所以当焊接装置10从记录位置a移动距离S1时，激光焊头2到达带钢6的焊接起点边界，此时，激光束开启，开始焊接作业。焊接装置10继续向左侧移动，激光焊头2继续进行焊接，当光电开关1到达带钢6的焊接终点边界时，如附图3所示，光电开关1发送信号给PLC，设置在伺服电机8左边的编码器9记录当前位置b，并开始记录焊接装置的行走长度。焊接装置10从记录位置b移动距离S1，激光焊头2到达带钢6的焊接终点边界，激光束关闭，焊接头2抬起，焊接结束。

通过本发明的激光焊机控制系统，可以根据带钢的实际宽度，精确控制激光焊接时激光束的启停，系统结构简单，方法可靠实用，电控系统算法简易，便于维护。

如图2所示，S1至S6是当光电开关检测到焊接起点边界或焊接终点边界时，从检测的位置再移动多少距离启动或结束焊接、预热、平整、退火等作业。通常情况下，S1至S6设定为各运行部件距离光电开关1的实际距离，例如，激光焊头2距离光电开关1的距离是S1，则控制装置设定当光电开关1检测到焊接起点边界时，激光焊头2再移动S1进行焊接作业。在一个可选实施例中，激光焊机控制系统还包括HMI画面。激光焊头、退火装置、平整部件、预热装置距离光电开关的实际距离是不变的，但在具体焊接作业中，可以在HMI画面中对各个位移参数S1至S6进行调整，以达到理想工作状态或其他焊接目的。例如，可以在HMI画面中设置，当光电开关1检测到焊接起点边界时，激光焊头2再移动大于或小于S1的距离进行焊接作业，也就是说，激光焊头2可以在移动距离大于或小于S1的时候启动焊接作业。以上仅是以激光焊头2为例对位移参数S1至S6的调整进行说明，当然，激光焊头2、退火装置4、预热装置5、平整部件3都可以按此方法进行合理的工艺调整。

在一个可选实施例中，焊接装置还包括预热装置，如图2、图3所示，S3是预热装置5的头部距离光电开关1的距离；S5是预热装置5的尾部距离光电开关1的距离。在焊接装置10向左侧移动的过程中，当光电开关到达带钢焊接起点边界的位置时，光电开关1发送信号给PLC，设置在伺服电机8左边的编码器9记录当前位置a，并开始记录焊接装置10的行走长度。当焊接装置10从记录位置a向左侧移动距离S3时，预热装置5的头部到达带钢6的焊接起点边界，预热装置5开始对带钢6进行预加热，在激光焊头2进行焊接之前，预热装置5一直在左侧对带钢进行预热。如图3所示，当光电开关1到达带钢6的焊接终点边界时，光电开关1发送信号给PLC，设置在伺服电机8左边的编码器9记录当前位置b，并开始记录焊接装置的行走长度。当焊接小车10从记录位置b移动距离S5时，预热装置5的尾部到达带钢6的焊接终点边界，预热装置5停止作业。

在一个可选实施例中，焊接装置还包括退火装置，如图2、图3所示，S6是退火装置4的尾部距离光电开关1的距离；S4是退火装置4的头部距离光电开关1的距离。在焊接装置向左侧移动的过程中，当光电开关到达带钢焊接起点边界的位置时，光电开关1发送信号给PLC，设置在伺服电机8左边的编码器9记录当前位置a，并开始记录焊接装置10的行走长度。焊接装置10继续向左侧移动，移动期间，预热装置5、激光焊头2保持作业状态。当焊接装置10从记录位置a向左侧移动距离S4，退火装置4的头部到达带钢6的焊接起点边界，退火装置4开始对带钢6进行退火处理，在激光焊头2对带钢进行焊接之后，退火装置4一直对带钢进行退火处理。如图3所示，当光电开关1到达带钢6的焊接终点边界时，光电开关1发送信号给PLC，设置在伺服电机8左边的编码器9记录当前位置b，并开始记录焊接装置的行走长度。当焊接小车10从记录位置b移动距离S6时，退火装置4的尾部到达带钢6的焊接终点边界，退火装置4停止热处理。

在一个可选实施例中，如图2、图3所示，焊接装置还包括平整部件3，该平整部件3用于对焊接部位进行平整处理，消除焊接残渣，使带钢焊接表面平整光滑。焊接开始前，如附图1所示，将激光焊头2调整到合适的焊接高度，将平整部件3调整到合适的平整高度。在焊接过程中，平整部件3一直对焊接表面进行平整处理。如图3所示，当光电开关1到达带钢6的焊接终点边界时，光电开关1发送信号给PLC，设置在伺服电机8左边的编码器9记录当前位置b，并开始记录焊接装置的行走长度。当焊接装置10从记录位置b移动距离S2时，平整部件3到达带钢6的焊接终点边界，平整结束，将平整部件3抬起，焊接过程结束。

在一个可选实施例中，光电开关采用光纤光电开关，光纤光电开关具有耐高温的特性，适应带钢焊接的高温环境。并且光电开关可以检测带钢宽度的变化，并根据窄带钢的宽度选择焊接范围。如图4所示，左侧带钢12比右侧带钢13的宽度宽，当光电开关移动到其接合部位的时候，由于左侧带钢12遮挡了光电开关部分光线，使得光电开关能够检测到其左侧带钢12和右侧带钢13的宽度不同，而此时，光电开关不会向PLC发送焊接信号，而是继续移动，当光电开关移动到左侧带钢12和右侧带钢13的宽度一致的位置时，光电开关才向PLC发送信号，PLC才控制编码器记录位置信息。

综上所述，通过本发明的激光焊机控制系统，实现了以下技术效果：

1.该激光焊机控制系统可以根据带钢的实际宽度，精确控制激光焊接时激光束的启停，系统结构简单，方法可靠实用，电控系统算法简易，便于维护。

2.该激光焊机控制系统可以一体化完成预热、焊接、热处理、焊缝平整操作。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光焊机控制系统，其特征在于，包括行走装置、焊接装置、控制装置，

所述行走装置包括伺服电机、滚珠丝杠副、编码器，所述滚珠丝杠副的螺母与所述焊接装置固定连接，所述滚珠丝杠副的丝杠与所述伺服电机连接，所述伺服电机驱动所述焊接装置移动，所述编码器记录焊接装置的位置信息及移动的距离；

所述焊接装置包括光纤光电开关、激光焊头，光纤光电开关、激光焊头安装在焊接装置上，光纤光电开关位于激光焊头的一侧，

所述光纤光电开关检测带钢的焊接边界并将边界信息传输给控制装置，所述编码器将位置信息及移动的距离传输给控制装置，由控制装置控制焊接作业，

其中，光纤光电开关用于检测待被焊接的两根带钢在焊接边界处的宽度变化，并且根据宽度较窄的带钢的宽度来进行焊接，

其中，所述控制系统还包括能够显示移动参数和对行走装置、焊接装置进行操作的人机界面HMI，在人机界面HMI中显示带钢的宽度、带钢与激光焊头的距离来控制激光焊接作业，人机界面HMI能显示和修改参数，对行走装置、焊接装置进行参数化操作控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述焊接装置还包括预热装置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述焊接装置还包括退火装置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述焊接装置还包括焊缝平整部件。