CN106862738A - 一种基于mfc的厚大件机器人等离子切割系统及切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统及切割方法，所述系统包括MFC控制面板、等离子切割电源、机器人控制系统、等离子切割割炬及夹具、气路装置、冷却装置、起弧装置和连接线路，MFC控制面板一端与等离子切割电源连接，一端与机器人控制系统连接，等离子切割电源控制气路装置、冷却装置和起弧装置工作，并通过连接线路连接至等离子切割割炬，等离子切割割炬通过夹具连接到机器人控制系统的机械臂。所述方法包括以下步骤：选择切割参数、切割路径设定、进行切割作业。本发明通过MFC程序与数字化电路的结合，利用CAN通讯总线实现了自动化厚大件材料等离子切割，通过电源均流并联技术实现了多台等离子电源并联切割。

Description

一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统及切割方法

技术领域

本发明涉及等离子切割领域，具体涉及一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统及切割方法。

背景技术

近年来，在海洋工程、核电、航空航天、船舶、石油化工等装备制造业，其设备日趋大型化，对厚大型结构件的需求日益增加，迫切需要大量优质高效的厚板热切割技术和装备。等离子切割具有切割成本低、切割效率高、切割质量好等优点，得到了广泛应用。

随着机器人技术的发展，机器人技术和等离子切割技术的结合成为必然趋势，通过对机器人的编程和控制，实现切割路径的规划，显著提高了等离子切割的加工能力和切割效率，对厚大件和复杂形状的切割具有重要意义。在厚大件等离子切割时，受限于等离子电源的功率，普遍采取的是多台电源简单并联切割来提高切割功率。由于每台电源输出特性的不同，容易造成输出电流不均，从而导致切割质量不稳定和切割效率较差。因此，结合机器人技术、等离子切割技术、自动控制技术和逆变电源技术的机器人等离子切割系统将成为厚板切割领域的未来发展方向。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，在切割厚大件时，利用MFC控制面板及程序实现等离子电源、机器人、配套设备的自动化协同工作，完成高质量等离子切割，并能够实现多台等离子电源的均流并联，提供更大工作功率和工作效率，满足厚大件材料的切割要求。

本发明的另一目的在于提供一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，包括用于用户给定切割方案和切割参数，设定机器人运动轨迹，控制切割流程，显示和处理故障信息并对设备进行调试的MFC控制面板、接收MFC控制面板给定信息并反馈切割信息及故障信息，控制气路装置，冷却装置及起弧装置工作的数字化等离子切割电源、接收和反馈机器人运动信息及故障信息并实现机器人稳定运动的机器人控制系统、用于实现对切割对象切割作业的等离子切割割炬及夹具、提供等离子切割过程中所用气体的气路装置、对等离子电源及等离子切割割炬进行冷却的冷却装置、为等离子切割提供起弧的起弧装置以及连接线路，所述MFC控制面板一端与数字化等离子切割电源依靠14芯通讯总线连接，另一端与机器人控制系统通过CAN通信总线连接，所述数字化等离子切割电源通过电源内部的继电器模块控制气路装置、冷却装置和起弧装置工作，并通过连接线路连接至等离子切割割炬，所述等离子切割割炬通过夹具连接到机器人控制系统的机械臂上。

进一步地，所述CAN通信总线包括CAN通信线、开关线和电流电压采集线路。

进一步地，所述机器人控制系统包括机器人控制柜和机械臂。

进一步地，所述MFC控制面板能够针对等离子切割具体的工况，采用MFC程序编写出相应的控制面板。

进一步地，所述数字化等离子切割电源的主电路采用全桥逆变电路拓扑，能够根据MFC控制面板给定的切割具体工况要求，采用电源均流并联算法，利用均流并联控制电路，以多台并联输出或单台输出的形式，满足切割要求。

进一步地，所述数字化等离子切割电源的均流并联控制电路包括STM32系统、逆变驱动电路、三相整流电路、全桥逆变电路、整流滤波电路和电流检测电路，所述三相整流电路、全桥逆变电路和整流滤波电路依次连接；三相整流电路与三相电源输入端连接；整流滤波电路与等离子切割割炬连接；电流检测电路分别连接整流滤波电路与STM32系统的ADC模块；逆变驱动电路分别连接STM32系统的PWM输出模块和全桥逆变电路。

进一步地，所述均流并联通过如下步骤实现：用户通过MFC控制面板设置切割参数，先由程序判断设置的切割电流是否大于设定数值，如果大于设定数值，则通过CAN通讯设置两台数字化等离子切割电源并联输出，否则单台进行工作；若两台数字化等离子切割电源并联输出，则STM32系统通过调节PWM输出模块控制逆变驱动电路的占空比，来控制全桥逆变电路的工作，从而调节输出电流；而输出电流又经整流滤波电路后，通过电流检测电路反馈到STM32系统中，实现闭环电流调节；数字化等离子切割电源与数字化等离子切割电源之间通过CAN通讯实时通讯，使两台数字化等离子切割电源输出的电流保证均流，实现均流并联输出。

本发明的另一目的可以通过如下技术方案实现：

一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、选择切割参数：用户在MFC控制面板上选择切割材料及切割厚度，MFC控制面板自动生成推荐的切割参数，包括：切割电流、切割速度和切割气体流量；用户判断推荐的切割参数是否符合要求，如果符合要求就将切割参数发送到数字化等离子切割电源，如果不符合要求就对切割参数进行修改后再将切割参数发送到数字化等离子切割电源；

步骤2、切割路径设定：用户通过MFC控制面板对切割路径进行规划，MFC控制面板对切割线路进行示教，用户判断切割线路是否符合要求，若符合要求则将切割路径发送到机器人控制系统；若不符合要求，则重新对路径进行规划；

步骤3、进行切割作业：机器人控制系统的机械臂首先到达切割起始位置，数字化等离子切割电源给起弧装置发送起弧信号，等离子电源进行空载输出，并令气路装置开始送气；起弧装置输出高频电压起弧，数字化等离子切割电源判断起弧是否成功，若不成功则重复起弧步骤，若成功则关闭起弧装置，机械臂开始运动，数字化等离子切割电源按照MFC控制面板给定的数值进行恒流输出并沿切割路径开始切割，如果连接多台数字化等离子切割电源则进行多台并联均流输出；在切割过程中一并进行故障判断操作，如果未发生故障则继续切割工作，直至机械臂达到终点位置，数字化等离子切割电源停止输出，断开气路装置的送气，结束切割，等待下次切割命令；如果发生故障，将故障信息发送到MFC控制面板上处理并显示，数字化等离子切割电源停止输出，断开气路装置的送气，结束切割。

进一步地，步骤2中，用户对切割路径设定时，能够根据要求自行选择机器人参考运动坐标系，空间坐标系或轴坐标系，并能够自行选择机械臂运动路径的起点和终点。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明采用基于MFC程序的控制面板，拥有良好的人机互动、内置参数功能，操作简单、界面直观易懂，能够实现控制机器人按照指定路线对材料进行切割作业的目的，而且设置了推荐参数，让人工操作更为方便。

2、本发明采用机器人与等离子电源协同工作的等离子切割技术，切割过程全自动化操作，只需人为设定切割参数和切割路径，适合要求加工精度高、加工条件复杂的厚大件切割，具有切割位置精确、操控简单、自动化程度高、切割质量好，稳定性高的优点。

3、本发明中的数字化等离子切割电源，采用高频逆变技术，利用设计的电源均流并联算法，实时调控电流输出，且可以并联多台电源同时稳定切割，具有输出稳定、效率高、寿命长的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统的结构模块示意框图。

图2为本发明实施例1的均流并联控制电路的原理图。

图3为本发明实施例2的基于MFC的厚大件机器人等离子切割方法的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，包括用于用户给定切割方案和切割参数，设定机器人运动轨迹，控制切割流程，显示和处理故障信息并对设备进行调试的MFC控制面板、接收MFC控制面板给定信息并反馈切割信息及故障信息，控制气路装置，冷却装置及起弧装置工作的数字化等离子切割电源、接收和反馈机器人运动信息及故障信息并实现机器人稳定运动的机器人控制系统(包括机器人控制柜和机械臂)、用于实现对切割对象切割作业的等离子切割割炬及夹具、提供等离子切割过程中所用气体的气路装置、对等离子电源及等离子切割割炬进行冷却的冷却装置、为等离子切割提供起弧的起弧装置以及连接线路，所述MFC控制面板一端与数字化等离子切割电源依靠14芯通讯总线连接，另一端与机器人控制系统通过CAN通信总线(包括CAN通信线、开关线和电流电压采集线路)连接，所述数字化等离子切割电源通过电源内部的继电器模块控制气路装置、冷却装置和起弧装置工作，并通过连接线路连接至等离子切割割炬，所述等离子切割割炬通过夹具连接到机器人控制系统的机械臂上。图1中的①表示：MFC控制面板通过CAN通信，将切割参数、切割状态控制命令、切割故障处理信息等发送到数字化等离子切割电源；②表示：数字化等离子切割电源通过CAN通信，将实时切割状态信息和切割故障信息发送到MFC控制面板进行处理和显示；③表示：MFC控制面板通过CAN通讯，将机器人运动控制命令、机器人运动位置命令和机器人故障处理信息发送到机器人控制柜；④表示：机器人控制柜通过CAN通讯，将机器人的位置信息、运动状态信息和故障信息发送到MFC控制面板；⑤表示：数字化等离子切割电源将开关信号发送到气路装置，控制气路装置的开关；⑥表示：数字化等离子切割电源将开关信号发送到冷却装置，控制冷却装置的运作；⑦表示：数字化等离子切割电源将开关信号发送到起弧装置，控制起弧装置的开关；⑧表示：等离子切割电源与等离子切割割炬之间的开关信号；⑨表示：机器人控制柜驱动机械臂进行运动；⑩表示：等离子切割割炬机械固定在夹具上，夹具机械固定在机械臂上。

其中，所述MFC控制面板能够针对等离子切割具体的工况，采用MFC程序编写出相应的控制面板。所述数字化等离子切割电源的主电路采用全桥逆变电路拓扑，能够根据MFC控制面板给定的切割具体工况要求，采用电源均流并联算法，利用均流并联控制电路，以多台并联输出或单台输出的形式，满足切割要求。所述数字化等离子切割电源的均流并联控制电路的原理图如图2所示，等离子切割电源通过STM32系统的CAN通讯模块与MFC控制面板相连，所述数字化等离子切割电源通过均流并联控制电路实现多电源均流并联，其中包括STM32系统、逆变驱动电路、三相整流电路、全桥逆变电路、整流滤波电路和电流检测电路，所述三相整流电路、全桥逆变电路和整流滤波电路依次连接；三相整流电路与三相电源输入端连接；整流滤波电路与等离子切割割炬连接；电流检测电路分别连接整流滤波电路与STM32系统的ADC模块；逆变驱动电路分别连接STM32系统的PWM输出模块和全桥逆变电路。

用户通过MFC控制面板设置切割参数，先由程序判断设置的切割电流是否大于设定数值，如果大于设定数值，则通过CAN通讯设置两台数字化等离子切割电源并联输出，否则单台进行工作；若两台数字化等离子切割电源并联输出，则STM32系统通过调节PWM输出模块控制逆变驱动电路的占空比，来控制全桥逆变电路的工作，从而调节输出电流；而输出电流又经整流滤波电路后，通过电流检测电路反馈到STM32系统中，实现闭环电流调节；数字化等离子切割电源与数字化等离子切割电源之间通过CAN通讯实时通讯，使两台数字化等离子切割电源输出的电流保证均流，实现均流并联输出。

实施例2：

本实施例提供了一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割方法，工作流程示意图如图3所示，包括以下步骤：

步骤S10、选择切割参数；

本步骤具体包括以下步骤：在MFC控制面板上，通过步骤S11选择切割材料及切割厚度，步骤S12会自动生成推荐的切割参数，切割参数包括：切割电流、切割速度和切割气体流量；步骤S13，用户判断推荐的切割参数是否符合要求，如果符合要求就进行步骤S15将切割参数发送到数字化等离子切割电源，如果不符合要求就进行步骤S14对切割参数进行修改，再进行步骤S15。

步骤S20、切割路径设定；

本步骤具体包括以下步骤：在MFC控制面板上对切割路径进行规划，首先进行步骤S21选择参考坐标系，然后进行步骤S22对切割起点进行设定，再进行步骤S23对切割终点进行设定，步骤S24是对切割线路进行示教，判断切割线路是否符合要求，若符合要求则进行步骤S25将切割路径发送到机器人控制系统；若不符合要求，则重新对路径进行规划，返回步骤S22。

步骤S30、进行切割作业。

本步骤具体包括以下步骤：步骤S31开始切割，步骤S32机械臂到达切割起始位置，步骤S33数字化等离子切割电源给起弧装置发送起弧信号，之后步骤S34等离子电源进行空载输出，并让气路装置开始送气；步骤S35起弧装置开始输出高频电压起弧，步骤S36为判断起弧是否成功，若不成功则重复步骤S35，若成功则进行步骤S37关闭起弧装置；关闭起弧装置后，步骤S38机械臂开始运动，步骤S39数字化等离子切割电源按照MFC控制面板给定的数值进行恒流输出并开始切割，如果连接多台数字化等离子切割电源则进行多台并联均流输出；步骤S40判断是否发生故障，如果未发生故障则继续工作，到步骤S41判断机械臂是否达到终点位置，到达终点位置则进行步骤S43数字化等离子切割电源停止输出；如果发生故障，则进行步骤S42进行故障处理，将故障信息发送到MFC控制面板上处理并显示，之后进行步骤S43数字化等离子切割电源停止输出；等步骤S43结束之后，步骤S44将滞后断开气路装置的送气，最后步骤S45结束切割，等待下次切割命令。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，其特征在于：包括用于用户给定切割方案和切割参数，设定机器人运动轨迹，控制切割流程，显示和处理故障信息并对设备进行调试的MFC控制面板、接收MFC控制面板给定信息并反馈切割信息及故障信息，控制气路装置，冷却装置及起弧装置工作的数字化等离子切割电源、接收和反馈机器人运动信息及故障信息并实现机器人稳定运动的机器人控制系统、用于实现对切割对象切割作业的等离子切割割炬及夹具、提供等离子切割过程中所用气体的气路装置、对等离子电源及等离子切割割炬进行冷却的冷却装置、为等离子切割提供起弧的起弧装置以及连接线路，所述MFC控制面板一端与数字化等离子切割电源依靠14芯通讯总线连接，另一端与机器人控制系统通过CAN通信总线连接，所述数字化等离子切割电源通过电源内部的继电器模块控制气路装置、冷却装置和起弧装置工作，并通过连接线路连接至等离子切割割炬，所述等离子切割割炬通过夹具连接到机器人控制系统的机械臂上。

2.根据权利要求1所述的一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，其特征在于：所述CAN通信总线包括CAN通信线、开关线和电流电压采集线路。

3.根据权利要求1所述的一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，其特征在于：所述机器人控制系统包括机器人控制柜和机械臂。

4.根据权利要求1所述的一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，其特征在于：所述MFC控制面板能够针对等离子切割具体的工况，采用MFC程序编写出相应的控制面板。

5.根据权利要求1所述的一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，其特征在于：所述数字化等离子切割电源的主电路采用全桥逆变电路拓扑，能够根据MFC控制面板给定的切割具体工况要求，采用电源均流并联算法，利用均流并联控制电路，以多台并联输出或单台输出的形式，满足切割要求。

6.根据权利要求5所述的一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，其特征在于：所述数字化等离子切割电源的均流并联控制电路包括STM32系统、逆变驱动电路、三相整流电路、全桥逆变电路、整流滤波电路和电流检测电路，所述三相整流电路、全桥逆变电路和整流滤波电路依次连接；三相整流电路与三相电源输入端连接；整流滤波电路与等离子切割割炬连接；电流检测电路分别连接整流滤波电路与STM32系统的ADC模块；逆变驱动电路分别连接STM32系统的PWM输出模块和全桥逆变电路。

7.根据权利要求5或6所述的一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统，其特征在于：所述均流并联控制电路通过如下步骤实现：用户通过MFC控制面板设置切割参数，先由程序判断设置的切割电流是否大于设定数值，如果大于设定数值，则通过CAN通讯设置两台数字化等离子切割电源并联输出，否则单台进行工作；若两台数字化等离子切割电源并联输出，则STM32系统通过调节PWM输出模块控制逆变驱动电路的占空比，来控制全桥逆变电路的工作，从而调节输出电流；而输出电流又经整流滤波电路后，通过电流检测电路反馈到STM32系统中，实现闭环电流调节；数字化等离子切割电源与数字化等离子切割电源之间通过CAN通讯实时通讯，使两台数字化等离子切割电源输出的电流保证均流，实现均流并联输出。

8.使用权利要求1所述一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统的切割方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1、选择切割参数：用户在MFC控制面板上选择切割材料及切割厚度，MFC控制面板自动生成推荐的切割参数，包括：切割电流、切割速度和切割气体流量；用户判断推荐的切割参数是否符合要求，如果符合要求就将切割参数发送到数字化等离子切割电源，如果不符合要求就对切割参数进行修改后再将切割参数发送到数字化等离子切割电源；

步骤2、切割路径设定：用户通过MFC控制面板对切割路径进行规划，MFC控制面板对切割线路进行示教，用户判断切割线路是否符合要求，若符合要求则将切割路径发送到机器人控制系统；若不符合要求，则重新对路径进行规划；

步骤3、进行切割作业：机器人控制系统的机械臂首先到达切割起始位置，数字化等离子切割电源给起弧装置发送起弧信号，等离子电源进行空载输出，并令气路装置开始送气；起弧装置输出高频电压起弧，数字化等离子切割电源判断起弧是否成功，若不成功则重复起弧步骤，若成功则关闭起弧装置，机械臂开始运动，数字化等离子切割电源按照MFC控制面板给定的数值进行恒流输出并沿切割路径开始切割，如果连接多台数字化等离子切割电源则进行多台并联均流输出；在切割过程中一并进行故障判断操作，如果未发生故障则继续切割工作，直至机械臂达到终点位置，数字化等离子切割电源停止输出，断开气路装置的送气，结束切割，等待下次切割命令；如果发生故障，将故障信息发送到MFC控制面板上处理并显示，数字化等离子切割电源停止输出，断开气路装置的送气，结束切割。

9.根据权利要求8所述的使用权利要求1所述一种基于MFC的厚大件机器人等离子切割系统的切割方法，其特征在于：步骤2中，用户对切割路径设定时，能够根据要求自行选择机器人参考运动坐标系，空间坐标系或轴坐标系，并能够自行选择机械臂运动路径的起点和终点。