CN107577166A - 一种激光器焊接功率缓升缓降的控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光器焊接功率缓升缓降的控制方法，包括以下步骤：设定激光器开始开光的时间段为功率缓升时间，激光器开始关光的时间段为功率缓降时间；功率缓升调整步骤：当检测到激光器开始开光时，开始计时并实时检测第一计时时间，以及根据第一计时时间与功率缓升时间控制调节激光器功率值缓慢上升；功率缓降调整步骤：当检测到激光器开始关光时，开始计时并实时检测第二计时时间，以及根据第二计时时间与功率缓降时间控制调节激光器功率值缓慢下降。本发明还公开了一种电子设备、计算机可读存储介质、激光器焊接功率缓升缓降的控制装置及系统。本发明具有响应速度快、操作方便、耗费时间短等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光器焊接领域，尤其涉及一种激光器焊接功率缓升缓降的控制方法、装置及系统。
背景技术
目前，采用光纤激光器进行金属焊接时，激光器出光(开光)瞬间，由于激光器功率从零瞬间升高时，焊缝起点出的材料蒸发形成小孔，导致孔壁外的熔融金属在热应力的作用下向上涌出堆积在起点位置而形成焊瘤。而焊接完成时激光器关光瞬间时，激光器功率瞬间降为零，熔池温度骤然降低，熔池周围的金属逐渐凝固，导致没有足够的熔融金属回填进入小孔，从而导致焊缝终点处表面下榻甚至严重时形成凹坑。
然而现有技术在机器人焊接设备时，是首先在触摸屏人机界面上设置激光器功率及对应的缓冲时间，通过触摸屏将数据发送给PLC控制系统，然后通过机器人将开光信号发送给PLC控制系统，当PLC控制系统接收到开光信号后依次触发对应的计时器，当每次计时器的计时时间达到预设时间后就设置激光器功率占空比为预设值(比如依次为10％、20％、30％等等)，直到激光器功率占空比为100％，这样就达到了激光器功率的缓升的目的；同样的采用类似的方法来调节激光器功率缓降的目的。但是这种方法需要机器人焊接设备配置触摸屏、PLC控制系统、通讯软件以及总线，并且相应地整加了设备成本；另外，由于涉及到多个控制端，造成操作不便；同时由于多个控制端之间的通讯必然会耗费时间，从而造成激光器功率变响应慢，调节效果不显著等问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种激光器焊接功率缓升缓降的控制方法，其能够解决现有技术中对于激光器焊接功率控制耗费时间长、响应慢、设备复杂、操作不便等问题。
本发明的目的之二在于提供一种电子设备，其能够解决现有技术中对于激光器焊接功率控制耗费时间长、响应慢、设备复杂、操作不便等问题。
本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，其能够解决现有技术中对于激光器焊接功率控制耗费时间长、响应慢、设备复杂、操作不便等问题。
本发明的目的之四在于提供一种激光器焊接功率缓升缓降的控制装置，其能够解决现有技术中对于激光器焊接功率控制耗费时间长、响应慢、设备复杂、操作不便等问题。
本发明的目的之五在于提供一种激光器焊接功率缓升缓降的控制系统，其能够解决现有技术中对于激光器焊接功率控制耗费时间长、响应慢、设备复杂、操作不便等问题。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种激光器焊接功率缓升缓降的控制方法，包括以下步骤：
设定激光器开始开光的时间段为功率缓升时间，激光器开始关光的时间段为功率缓降时间；
功率缓升调整步骤：当检测到激光器开始开光时，开始计时并实时检测第一计时时间，以及根据第一计时时间与功率缓升时间控制调节激光器的焊接功率依次上升；
功率缓降调整步骤：当检测到激光器开始关光时，开始计时并实时检测第二计时时间，以及根据第二计时时间与功率缓降时间控制调节激光器的焊接功率依次下降。
进一步地，定义功率缓升时间为T1、功率缓降时间为T2；
所述功率缓升调整步骤具体包括：
检测步骤：当到达第一预设位置时，向激光器输出开光信号，并开始计时以及实时检测第一计时时间T；
功率调节步骤：当第一计时时间T小于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为P1；当第一计时时间T大于或等于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为预设功率值P0；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
所述功率缓降调整步骤具体包括：
检测步骤：当到达第二预设位置时，开始计时并实时检测第二计时时间t；
功率调节步骤：当第二计时时间t小于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为P2；当第二计时时间t大于或等于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为零，并向激光器发送关光信号；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
其中P1是由P0、T以及T1计算得到；P2是由P0、t以及T2计算得到。
进一步地，所述第一预设位置为焊缝起点，第二预设位置为到达焊缝终点的时间为功率缓降时间T2的焊缝位置。
进一步地，P1＝(P0/T1)×T；P2＝P0-(P0/T2)×t。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如前所述的激光器焊接功率缓升缓降的控制方法的步骤。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的激光器焊接功率缓升缓降的控制方法的步骤。
本发明的目的之四采用如下技术方案实现：
一种激光器焊接功率缓升缓降的控制装置，包括：
设定激光器开始开光的时间段为功率缓升时间，激光器开始关光的时间段为功率缓降时间；
功率缓升调整模块，用于当检测到激光器开始开光时，开始计时并实时检测第一计时时间，以及根据第一计时时间与功率缓升时间控制调节激光器功率值缓慢上升；
功率缓降调整模块，用于当检测到激光器开始关光时，开始计时并实时检测第二计时时间，以及根据第二计时时间与功率缓降时间控制调节激光器功率值缓慢下降。
进一步地，定义功率缓升时间为T1、功率缓降时间为T2；
所述功率缓升调整模块具体包括：
检测模块，用于当到达第一预设位置时，向激光器输出开光信号，并开始计时以及实时检测第一计时时间T；
功率调节模块，用于当第一计时时间T小于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为P1；当第一计时时间T大于或等于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为预设功率值P0；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
所述功率缓降调整模块具体包括：
检测模块，用于当到达第二预设位置时，开始计时并实时检测第二计时时间t；
功率调节模块，用于当第二计时时间t小于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为P2；当第二计时时间t大于或等于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为零，并向激光器发送关光信号；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
其中P1是由P0、T以及T1计算得到；P2是由P0、t以及T2计算得到。
进一步地，所述第一预设位置为焊缝起点，第二预设位置为到达焊缝终点的时间为功率缓降时间T2的焊缝位置。
本发明的目的之五采用如下技术方案实现：
一种激光器焊接功率缓升缓降的控制系统，包括：机器人、数字量输出模块、模拟量输出模块和激光器，所述机器人通过对应总线与数字量输出模块、模拟量输出模块连接；所述机器人用于通过数字量输出模块向激光器发送激光器的开光信号和关光信号，从而控制激光器的开光和关光；所述机器人还用于通过模拟量输出模块向激光器发送激光器功率控制信号，控制激光器的焊接功率大小；所述机器人还用于执行如前所述的激光器焊接功率缓升缓降的控制方法的步骤。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过在激光器的开光和关光的一定时间段内，对激光器的焊接功率进行调整，使其焊接功率缓慢上升、下降，从而解决了由于激光器功率瞬间上升或下降而对设备造成的影响。本发明还通过使用机器人与激光器直接通讯，控制激光器的工作状态以及激光器的焊接功率大小，取消了现有技术中所配备的PLC控制系统、触摸屏人机界面、通讯软件以及总线等硬件设备，不仅降低了成本，而且减化了设备的操作流程，提高了系统响应时间、改善了焊接质量。
附图说明
图1为本发明提供的激光器焊接功率缓升缓降的控制系统的系统模块图；
图2为本发明提供的激光器焊接功率缓升缓降的控制方法的流程图之一；
图3为本发明提供的激光器焊接功率缓升缓降的控制方法的流程图之二；
图4为本发明提供的激光器焊接功率变化示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例
本发明采用将机器人直接与激光器进行通讯，通过机器人来控制激光器功率的变化，从而实现激光器的缓升缓降的目的。由于本发明中采用的是机器人直接与激光器进行通讯，涉及到的终端少，通讯时间少、速度快、操作也比较方便。
如图1所示，一种激光器焊接功率缓升缓降的控制系统，包括机器人、输出模块和激光器，其中输出模块包括数字量输出模块和模拟量输出模块。其中机器人是通过对应的总线与数字量输出模块、模拟量输出模块连接。也即是，机器人通过数字量输出模块向激光器发送激光器的开、关光信号，从而来控制激光器的开、关光。机器人通过模拟量输出模块向激光器发送激光器功率控制信号，来控制激光器的焊接功率大小。另外，系统还可通过执行焊缝轨迹程序可以检测机器人到达焊缝的哪一位置。
也即是说，在机器人内部对激光器的功率大小的计算，然后通过模拟量输出模块以及数字量输出模块向激光器输出对应的电信号来控制激光器的工作状态。
本发明通过采用机器人与激光器直接进行通讯的方式，取消了现有技术中还需要配置PLC控制系统、触摸屏人机界面、通讯软件等硬件设备，不仅降低了设备成本，还简化了设备操作流程。
如图2-3所示，一种激光器焊接功率缓升缓降的控制方法，运行于机器人，本发明中设定激光器开光时的一段时间为功率缓升时间，激光器出光时的一段时间为功率缓降时间，这样通过预设功率缓升时间以及功率缓降时间的大小来实现对激光器在开关或关光时的焊接功率的变化。其具体包括以下步骤：
S11、当到达第一预设位置时，生成激光器开光信号并发送给激光器，同时开始计时以及实时检测第一计时时间T。其中，第一预设位置为焊缝起点，也即是机器人达到焊缝起点时，则说明开始对焊缝进行焊接操作。由于激光器的焊接头是安装在机器人上面的，因此，当机器人到达焊缝起点时，就说明激光器开始焊接操作。为了解决现有技术中激光器功率值瞬间增大而带来的不良后果，设置对应的功率缓升时间来控制调节激光器的焊接功率缓慢上升，也即是激光器焊接功率值的计算过程如下：
当第一计时时间T小于预设的功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为P1；当第一计时时间T大于或等于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为预设功率值P0。其中，P1＝(P0/T1)×T。
如图4所示，从激光器开始开光时，触发定时器1开始计时，然后当计时在功率缓升时间T1内，激光器功率值P一直是程线性增加，(即是图中的P＝(P0/T1)*T)；而计时达到功率缓升时间T1后，将激光器功率值P设为稳定焊接功率值P0，此时就可以进行正常的焊接操作。这样就实现了激光器在开光时，激光器功率值缓慢增加，解决了激光器由于功率值瞬间增大而导致焊缝起点处的材料蒸发形成小孔，导致孔壁外的熔融金属在热应力的作用下向上涌出堆积在起点位置形成焊瘤。
S2、根据激光器功率值生成激光器功率控制信号并实时发送给激光器。
激光器的焊接功率的调整，通过机器人等控制设备根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号直接发送给激光器，中间不会经过其他的设备或装置，从而使得响应时间快、延迟短、耗费时间短的特点，同时设备也比较简单，便于操作。当激光器开始开光时，机器人就会根据激光器功率值生成激光器功率控制信号并实时发送给激光器，从而控制激光器的焊接功率大小。比如在功率缓升时间以内，激光器的焊接功率大小随着时间的整加呈线性增加，而到达功率缓升时间以及以后时，激光器的焊接功率大小为额定焊接功率。
本发明通过在激光器开光的时间段设定功率缓升时间，使得激光器在开光时，来控制激光器功率值缓慢增加的效果。
同理，在激光器关光时，设定功率缓降时间，来控制激光器功率值缓降的效果，其具体如下：
S12、当到达第二预设位置时，开始计时并实时检测第二计时时间t。第二预设位置为焊缝终点的时间为功率缓降时间T2的焊缝位置。也即是机器人到达该第二预设位置时就开始控制激光器的焊接功率的下降。
同样的，在激光器关光时，对激光器的焊接功率缓降调整过程中，激光器焊接功率的计算过程如下：
当第二计时时间t小于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为P2；当第二计时时间t大于或等于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为零，并发送激光器关光信号给激光器。
其中，P2＝P0-(P0/T2)×t。
同样的道理，如图4所示，从激光器开始关光时，触发定时器2开始计时，然后当计时在功率缓降时间T2内，激光器功率值P一直是呈线性减少(也即是图中的P＝P0-(P0/T2)*t)；而计时达到功率缓升时间T2，即激光器达到焊缝终点后，将激光器功率值P设为零，发送激光器关光信号给激光器即可，此时激光器不执行焊接操作。这样就实现了激光器在关光的一段时间内，激光器功率值缓慢降低，解决了激光器由于功率值瞬间降低而导致熔池温度骤然降低，熔池周围的金属逐渐凝固，导致没有足够的熔融金属回填进入小孔，从而导致焊缝终点处表面塌陷，严重时形成凹坑。
S2、根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号并实时发送给激光器。
同样的道理，在激光器将要光关时，设置对应的功率缓降时间，从而来实时将激光器焊接功率从额定焊接功率缓慢下降到零，避免了焊接功率瞬间为零时造成的不良后果。比如，当机器人达到第二预设位置时，开始计时，当计时在功率缓降时间以内时，根据计算得出的激光器焊接功率值生成对应的激光焊接功率信号实时发送给激光器，从而使得激光器的焊接功率大小随着时间的增加呈线性减少，这样当计时到达功率缓降时间后，激光器的焊接功率值就变为零，机器人发送激光器关光信号给激光器，从而使得激光器关光，避免在激光器关光时，激光器焊接功率瞬间下降而造成不良后果。
另外，在使用时，需要将上述控制方法制作成对应的程序代码，置于机器人内部，这样机器人就可以通过触发对应的程序代码来实现对激光器功率的控制。
通过以上控制方法将实现激光器功率缓升缓降的基础上，通过机器人等控制设备直接与激光器进行通讯，取消了原有所配置PLC控制系统、触摸屏人机界面、通讯软件以及总线等硬件设备，不仅降低了设备成本，而且还简化了设备操作流程，提高了功率响应时间，改善了焊接质量。
本发明还提供了一种电子设备，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如前所述的激光器焊机功率缓升缓降的控制方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现激光器焊机功率缓升缓降的控制方法的步骤。
本发明还提供了一种激光器焊接功率缓升缓降的控制装置，包括：
设定激光器开始开光的时间段为功率缓升时间，激光器开始关光的时间段为功率缓降时间；
功率缓升调整模块，用于当检测到激光器开始开光时，开始计时并实时检测第一计时时间，以及根据第一计时时间与功率缓升时间控制调节激光器功率值缓慢上升；
功率缓降调整模块，用于当检测到激光器开始关光时，开始计时并实时检测第二计时时间，以及根据第二计时时间与功率缓降时间控制调节激光器功率值缓慢下降。
进一步地，定义功率缓升时间为T1、功率缓降时间为T2；
所述功率缓升调整模块具体包括：
检测模块，用于当检测到激光器到达第一预设位置时，向激光器输出开光信号，并开始计时以及实时检测第一计时时间T；
功率调节模块，用于当第一计时时间T小于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为P1；当第一计时时间T大于或等于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为预设功率值P0；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
所述功率缓降调整模块具体包括：
检测模块，用于当检测到激光器到达第二预设位置时，开始计时并实时检测第二计时时间t；
功率调节模块，用于当第二计时时间t小于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为P2；当第二计时时间t大于或等于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为零，并向激光器发送关光信号；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
其中P1是由P0、T以及T1计算得到；P2是由P0、t以及T2计算得到。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种激光器焊接功率缓升缓降的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
设定激光器开始开光的时间段为功率缓升时间，激光器开始关光的时间段为功率缓降时间；
功率缓升调整步骤：当检测到激光器开始开光时，开始计时并实时检测第一计时时间，以及根据第一计时时间与功率缓升时间控制调节激光器的焊接功率依次上升；
功率缓降调整步骤：当检测到激光器开始关光时，开始计时并实时检测第二计时时间，以及根据第二计时时间与功率缓降时间控制调节激光器的焊接功率依次下降。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于：定义功率缓升时间为T1、功率缓降时间为T2；
所述功率缓升调整步骤具体包括：
检测步骤：当到达第一预设位置时，向激光器输出开光信号，并开始计时以及实时检测第一计时时间T；
功率调节步骤：当第一计时时间T小于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为P1；当第一计时时间T大于或等于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为预设功率值P0；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
所述功率缓降调整步骤具体包括：
检测步骤：当到达第二预设位置时，开始计时并实时检测第二计时时间t；
功率调节步骤：当第二计时时间t小于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为P2；当第二计时时间t大于或等于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为零，并向激光器发送关光信号；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
其中P1是由P0、T以及T1计算得到；P2是由P0、t以及T2计算得到。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述第一预设位置为焊缝起点，第二预设位置为到达焊缝终点的时间为功率缓降时间T2的焊缝位置。
4.如权利要求2-3中任一项所述的控制方法，其特征在于：P1＝(P0/T1)×T；P2＝P0-(P0/T2)×t。
5.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的激光器焊接功率缓升缓降的控制方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的激光器焊接功率缓升缓降的控制方法的步骤。
7.一种激光器焊接功率缓升缓降的控制装置，其特征在于包括：
设定激光器开始开光的时间段为功率缓升时间，激光器开始关光的时间段为功率缓降时间；
功率缓升调整模块，用于当检测到激光器开始开光时，开始计时并实时检测第一计时时间，以及根据第一计时时间与功率缓升时间控制调节激光器功率值缓慢上升；
功率缓降调整模块，用于当检测到激光器开始关光时，开始计时并实时检测第二计时时间，以及根据第二计时时间与功率缓降时间控制调节激光器功率值缓慢下降。
8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于：定义功率缓升时间为T1、功率缓降时间为T2；
所述功率缓升调整模块具体包括：
检测模块，用于当到达第一预设位置时，向激光器输出开光信号，并开始计时以及实时检测第一计时时间T；
功率调节模块，用于当第一计时时间T小于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为P1；当第一计时时间T大于或等于功率缓升时间T1时，将激光器功率值设为预设功率值P0；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
所述功率缓降调整模块具体包括：
检测模块，用于当到达第二预设位置时，开始计时并实时检测第二计时时间t；
功率调节模块，用于当第二计时时间t小于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为P2；当第二计时时间t大于或等于功率缓降时间T2时，将激光器功率值设为零，并向激光器发送关光信号；以及实时根据激光器功率值生成对应的激光器功率控制信号发送给激光器；
其中P1是由P0、T以及T1计算得到；P2是由P0、t以及T2计算得到。
9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于：所述第一预设位置为焊缝起点，第二预设位置为到达焊缝终点的时间为功率缓降时间T2的焊缝位置。
10.一种激光器焊接功率缓升缓降的控制系统，其特征在于包括：机器人、数字量输出模块、模拟量输出模块和激光器，所述机器人通过对应总线与数字量输出模块、模拟量输出模块连接；所述机器人用于通过数字量输出模块向激光器发送激光器的开光信号和关光信号，从而控制激光器的开光和关光；所述机器人还用于通过模拟量输出模块向激光器发送激光器功率控制信号，控制激光器的焊接功率大小；所述机器人还用于执行如权利要求1-4中任一项所述的激光器焊接功率缓升缓降的控制方法的步骤。
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