CN106003247A - 一种超高压水射流机器人切割系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高压水射流机器人切割系统控制方法，主要包括：启动油泵电机；对水压气压进行检测；启动增压泵，增压泵进行工作；吸入低压水压缩空气；左侧缸开始工作；排除高压水；排水达到设定时间后，右侧缸进行工作，排除高压水；机器人控制割头工作；进行安全检测，若检测为安全则开始进行切割工作，否则系统断电；吸附装置吸附磨料和废水，同时吸收水射流的剩余能量。从而可以克服现有技术中装置控制结构复杂，使用水锤，造成噪音很大，设备寿命短，实现简化机械和控制结构，增加使用寿命，使用相位式增压器，使得产生的压力信号很平稳，装置更加可靠，增加设备寿命等优点。

Description

一种超高压水射流机器人切割系统控制方法

技术领域

本发明涉及切割自动化控制领域技术领域，具体地，涉及一种超高压水射流机器人切割系统控制方法。

背景技术

超高压压水射流己经被工业领域看作标准的切割工具。许多非金属材料都可以采用水射流迅速而有效地切割。在造纸、服装、建材、塑料、玻璃纤维和中等硬度岩石采矿都使用水射流切割。它的巨大潜力和前景一经发现，就引起各国的高度重视。工业发达国家不惜投入巨额资金，资助开发这项技术。

水射流技术之所以能得到这样高速的发展，主要是这种技术与其它加工方法相比具有一系列优点。水射流技术主要有以下优点：

1．工作介质低廉。水射流工作介质是水，不仅易取而且成本低廉。工作机件易于实现自动控制。由于水射流机构体积小、后坐力小、移动方便，便于实现光控、数控或机械手控制。

2．体积小，安全性高。水射流整套装置体积小，工作中不产生有害人体健康的有毒气体和粉尘等。另外，对那些严禁明火作业的区域，如海洋石油钻井和采油平台、炼油厂、大型油气存储区以及油气输送管道等场合也可安全使用。

3．当水射流用于切割时优越性更是显著。由于它是非热源的高能量射流束加工，切割中无热过程，不产生热变形和热影响区，故可切割几乎所有的金属和非金属材料，特别是各种热切割方法难以加工或不能加工的材料。另外，切口整齐，没有毛刺，切口宽度也小。还可以从材料上任意一点开始和中止切割。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在装置控制结构复杂，使用水锤，造成噪音很大，设备寿命短。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种超高压水射流机器人切割系统控制方法，以实现简化机械和控制结构，减少噪音，增加使用寿命优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超高压水射流机器人切割系统控制方法，主要包括以下步骤：

a． 系统初始化；

b． 启动油泵电机；

c． 对水压气压进行检测，若压强达到设定值，进行步骤d，否则继续检测水压气压；

d． 启动增压泵，增压泵进行工作；

e． 吸入低压水压缩空气；

f． 左侧缸开始工作；

g． 排除高压水；

h． 排水达到设定时间后，右侧缸进行工作，若未达到设定时间，进行步骤j

i． 排除高压水；

j． 机器人控制割头工作；

k． 进行安全检测，若检测为安全则开始进行切割工作，否则系统断电；

l．吸附装置吸附磨料和废水，同时吸收水射流的剩余能量。

进一步地，所述增压泵为相位式增压泵，采用316号不锈钢，表层使用钛金属，所述增压泵的动力源为轴向柱塞变量泵。

进一步地，所述机器人为IR-500框架式工业机器人。

本发明各实施例的，由于主要包括：启动油泵电机；对水压气压进行检测；启动增压泵，增压泵进行工作；吸入低压水压缩空气；左侧缸开始工作；排除高压水；排水达到设定时间后，右侧缸进行工作，排除高压水；机器人控制割头工作；进行安全检测，若检测为安全则开始进行切割工作，否则系统断电；吸附装置吸附磨料和废水，同时吸收水射流的剩余能量。从而可以克服现有技术中装置控制结构复杂，使用水锤，造成噪音很大，设备寿命短，实现简化机械和控制结构，增加使用寿命，使用相位式增压器，使得产生的压力信号很平稳，装置更加可靠，增加设备寿命等优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

具体地，一种超高压水射流机器人切割系统控制方法，主要包括以下步骤：

a． 系统初始化；

b． 启动油泵电机；

c． 对水压气压进行检测，若压强达到设定值，进行步骤d，否则继续检测水压气压；

d． 启动增压泵，增压泵进行工作；

e． 吸入低压水压缩空气；

f． 左侧缸开始工作；

g． 排除高压水；

h． 排水达到设定时间后，右侧缸进行工作，若未达到设定时间，进行步骤j

i． 排除高压水；

j． 机器人控制割头工作；

k． 进行安全检测，若检测为安全则开始进行切割工作，否则系统断电；

l．吸附装置吸附磨料和废水，同时吸收水射流的剩余能量。

所述增压泵为相位式增压泵，采用316号不锈钢，表层使用钛金属，所述增压泵的动力源为轴向柱塞变量泵。

所述机器人为IR-500框架式工业机器人。

系统工作时，柱塞泵把油箱里的油经换向阀压入增压泵的低压腔推动活塞运动，由控制系统控制换向阀的通路，使增压泵中的活塞在液压油和压缩空气的推动下左右往复运动，增压泵的两个高压缸在单向阀的控制下不停地交替进行吸入低压水和排出高压水的动作，从而把水加压至超高压。在相位式增压泵中，两个缸体中活塞的运动是完全独立的，由PLC控制系统产生协调的时序运动以便正确地产生不间断压力信号。系统中使用电涡流式接近传感器A和B测出两个增压泵活塞位置。当传感器A将检测信号输入PLC时，PLC发出控制信号驱动电磁换向阀使右侧增压泵液压油腔与油泵导通，液压油推动泵活塞向右运动将低压水加压至高压，在单向阀的控制下输出至切割头。与此同时左侧增压泵活塞仍然向左运动输出高压水，程序经延时后发出控制信号驱动电磁换向阀，使左侧增压泵液压油腔与油箱导通，泵活塞在压缩空气的推动下向右运动，完成吸入低压水排出液压油动作。由于吸水时间小于压水时间，左侧泵活塞在吸水行程终点停止运动，直到检测到B传感器信号进入到下一个循环。

控制系统的核心是GEFANUC90-30PLC,它完成两个增压泵的协调控制，并通过传感器实时监测液压油、高压水和压缩空推回，由机械结构确定活塞回程终点，节省了位置传感器数气的压力，当系统压力出现异常时进行相应处理及故障显示。该系统使用压缩空气将活塞量并简化了增压泵机械 和控制系统结构。由于增压泵采用了相位控制方式，无“水锤”现象，从而削减了噪音，延长了设备寿命。增压泵实体增压缸采用了316号不锈钢，同时局部使用钛金属作为其外层，延长了缸体寿命且允许采用空气冷却，降低了设备制造及维修成本。实践证明该系统压力稳定，性明显优于传统的双向往复式增压泵。

由于轴向柱塞变量泵输出功率大、工况合理且能量利用率高，因而选择它作为增压泵的动力源。恒压轴向柱塞变量泵系统主要由泵体、变量缸、恒压阀、高速开关阀及其控制系统组成。高速开关阀3作为先导控制阀，通过Parker公司的数字放大板VRD355产生的PWM信号控制其输出压力，该压力信号直接作用于恒压变量泵的恒压阀4左侧，根据高速开关阀输出压力的不同来调节泵的输出压力。由于高速开关阀压力控制回路具有比例控制的功能，通过该电液数字控制系统能够实现其压力的比例控制，因此应用它作为接口元件，可以直接控制恒压变量泵的输出压力，实现对其输出压力的无级变化调节来满足不同工况的工作要求。该控制系统是一开环系统，VRD355即可以根据增压泵控制面板上的旋钮进行压力值设定，也可以由上位机（机器人控制柜）输出的0-10V的模拟信号进行压力控制。

液压系统工作时系统压力作用于滑阀4右端，与其左端的弹簧力和高速开关阀控制压力之和相平衡，当压力因负载变化使平衡破坏时，若压力作用大于左侧的调定力，便使滑阀向左偏离平衡位置，压力油液进入变量缸的大端，移动泵的斜盘机构，减少泵的输出流量，因而使负载压力即系统压力降低，该压力反馈至滑阀右端，直至达到重新平衡，即阀口关闭。反之，如果压力作用小于滑阀4左侧的调定力，则滑阀右移，将液压缸大端泄压，由小端压力作用使泵的斜盘机构反向移动，增加泵的输出流量，因而系统压力上升，直至使滑阀平衡为止。这种自动调压过程会使系统压力不随负载变化而保持一恒定值（即调定值）

相位式增压器与双动是增压器相比,从设计原理上消除了压力信号的波动问题,输出压力的波动大为减小。相位增压器比仅仅是减少了压力的波动，同时还带来了很多其它的好处。下面是总结了相位式增压器的优点：1．由于压力波动大大减小，用于稳压的畜能器就可以省去。这不仅大大减小了系统的知造成本，同时也减小了维护的费用。

2．更平稳的压力信号延长了高压作用下的各个部件的寿命。相位式增压器的行程更长，产生的压力波动频率降低，这也使系统疲劳寿命大大增加。平稳的压力信号可以直接提高切割质量，特别是在精密加工中。3．相位式增压器系统具有更大的灵活性，可以方便的用控制系统进行控制。前面讲的相位式增压器是由两个缸体并联组成，根据需要，也可以设计由三个甚至更多的缸体并联，而这样的扩充是非常方便的。相位式增压器占用的空间更小，质量更轻。这样给水射流切割机的集成设计以及安装、维护都带来了很大的方便。

IRB2400是世界上最大受欢迎的工业机器人，在世界范围内销售总数已达到14,000台。它构成了完善的、最优化的应用机器人家族，最大地提高了机器人在弧焊接、上下料和加工应用领域效能。IRB2400可为您提供日益递增的生产率，降低产品订货至交货间的时间，因此大大加快了您所制造商品的交货时间。弧焊型号操作范围为1.8米，承载能力7公斤，工作范围大，机器人手臂和腕部细。其它型号可提供抓持力最大可达16公斤，1.5–1.8米抓伸范围，杰出的运动控制，大装载偏移量和无限六轴运动。这就意味着一台IRB2400

机器人在材料处理、机器上下料和加工应用领域可以提供给您杰出的性能。所有型号都将提供给您反向装配能力。IRB2400的紧凑设计保证安装的简便性。坚固的结构小零件的使用保证了机器人的高可靠性，并延长了设备维护周期。铸造增强型可以通过高压蒸汽进行清洗，并且完全符合环保IP67标准。IRB2400工业机器人技术数据

至少可以达到以下有益效果：克服现有技术中装置控制结构复杂，使用水锤，造成噪音很大，设备寿命短，实现简化机械和控制结构，增加使用寿命，使用相位式增压器，使得产生的压力信号很平稳，装置更加可靠，增加设备寿命等优点。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (3)

1.超高压水射流机器人切割系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

系统初始化；

启动油泵电机；

对水压气压进行检测，若压强达到设定值，进行步骤d，否则继续检测水压气压；

启动增压泵，增压泵进行工作；

吸入低压水压缩空气；

左侧缸开始工作；

排除高压水；

排水达到设定时间后，右侧缸进行工作，若未达到设定时间，进行步骤j

排除高压水；

机器人控制割头工作；

进行安全检测，若检测为安全则开始进行切割工作，否则系统断电；

吸附装置吸附磨料和废水，同时吸收水射流的剩余能量。

2.根据权利要求1所述的超高压水射流机器人切割系统控制方法，其特征在于，所述增压泵为相位式增压泵，采用316号不锈钢，表层使用钛金属，所述增压泵的动力源为轴向柱塞变量泵。

3.根据权利要求2所述的超高压水射流机器人切割系统控制方法，其特征在于所述机器人为IR-500框架式工业机器人。