CN201979219U - 一种激光焊接机床 - Google Patents

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韩国春
杨松
徐皓
李峰
张怀仁
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Abstract

本实用新型涉及一种激光焊接机床，具有焊接机器人和数控系统，其中焊接机器人为两台，采用龙门式机床结构，分别吊挂在龙门结构的横梁两侧，数控系统为主站，两台焊接机器人为从站，三者通过总线连接在一起；焊接机器人外部轴位置数据与数控系统通过光栅尺联系在一起，即光栅尺安装于机器人外部轴控制的平台上，光栅尺采集机器人的位置信号传送到数控系统的PLC中进行处理。本实用新型焊接机床中激光焊接头与焊接工件相对位置控制灵活，能够完成复杂曲线的加工，充分发挥了数控系统的高精度与机器人系统的高度灵活性，提高了焊接的质量。

Description

一种激光焊接机床
技术领域
本实用新型涉及到一种焊接机床控制技术，具体的说是一种激光焊接机床。
背景技术
随着科技的更新，激光焊接事业的发展，激光焊接技术已在越来越多领域中得到了应用。为了满足越来越多的需求，激光焊接机床也正在向高精度、高复合化、高可靠性、高自动化方向发展，这就需要对原有的设计技术不断的加以改进。目前在一般的焊接机床中激光焊接头与焊接工件的相对位置与移动受到较多的局限，难以实现复杂的轨迹。
实用新型内容
针对现有技术中焊接机床存在的激光焊接头与焊接工件的相对位置与移动受到较多的局限，难以实现复杂的轨迹等不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种激光焊接头与焊接工件相对位置控制灵活，能够完成复杂曲线的加工的激光焊接机床。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型一种激光焊接机床，具有焊接机器人和数控系统，其中焊接机器人为两台，采用龙门式机床结构，分别吊挂在龙门结构的横梁两侧，数控系统为主站，两台焊接机器人为从站，三者通过总线连接在一起。
焊接机器人外部轴位置数据与数控系统通过光栅尺联系在一起，即光栅尺安装于机器人外部轴控制的平台上，光栅尺采集机器人的位置信号传送到数控系统的PLC中进行处理。
所述焊接机器人集成有激光器、焊缝跟踪系统及送丝机，通过硬线连接的方式进行控制，其中一台焊接机器人具有双驱的外部轴，另外一台不带外部轴，具有双驱外部轴的焊接机器人与另一台焊接机器人在一个工作平台上，两台机器人一起在横梁上运动。
在机器人上集成有激光器、焊缝跟踪系统及送丝机。
焊接机器人上安装模拟量扩展板卡和数字量扩展板卡，通过模拟量扩展板卡和数字量扩展板卡与激光器、跟踪系统、送丝机的相应控制端相连，通过在焊接机器人上编写程序来对这些设备进行控制。本实用新型具有以下有益效果及优点：
1.本实用新型焊接机床中激光焊接头与焊接工件相对位置控制灵活，能够完成复杂曲线的加工。
2.充分发挥了数控系统的高精度与机器人系统的高度灵活性，提高了焊接的质量。
附图说明
图1为本实用新型控制系统体系结构图。
具体实施方式
本实用新型激光焊接机床具有焊接机器人和数控系统，其中焊接机器人为两台，采用龙门式机床结构，分别吊挂在龙门结构的横梁两侧，数控系统为主站，两台焊接机器人为从站，三者通过总线连接在一起。
如图1所示，左侧是数控系统(CNC)，右侧为两套焊接机器人系统，其中一台焊接机器人的外部轴的位置信号通过光栅尺传递到数控系统，数控系统与焊接机器人系统通过现场总线进行通讯。
机器人外部轴同光栅尺相关联，光栅尺的信号传送到数控系统，软件方面要在数控端进行设置，还要编写PLC程序，以便采集机器人的位置信号进行处理。
本实施例中焊接机器人使用德国高端精密机器人系统——KUKAKR30HA，数控系统采用德国高端数控(CNC)系统——西门子840D，通过虚拟轴数据与光栅尺检测参数进行数据结合，把机器人系统与数控系统的运动在终端联系在了一起。
两台焊接机器人中，一台带有双驱的外部轴，另外一台不带外部轴，具有双驱外部轴的焊接机器人带动另一台焊接机器人在横梁上同步运动，焊接工件定位头具有X、Y、Z、A、C共5个轴，由CNC系统控制。X、Y、Z三轴用于将工件定位头直线坐标确定，A、C两轴用于调整定位头的空间角度。
本实施例中，数控系统(CNC)包括机床控制面板、计算机单元、数控单元、可编程控制器扩展单元以及伺服驱动单元，数控系统西门子840D，操作面板型号为OP010，MCP型号为483P，PCU采用50.3版本，配有512M内存并安装XP PROFESSIONAL操作系统；NCU使用572.5版本，最多可以支持12个轴；驱动电源采用SIMODRIVE611，配有相应的驱动模块和1FK系列的电机。
在NCU单元上内置有PLC，配有PROFIBUS-DP接口，可以用来扩展连接外部设备，使用组态软件STEP 7可以完成PROFIBUS-DP的扩展组态与PLC的编程。
由于在NCU572.5内部已经内置了PLC317-2DP，所以可以用来外接PROFIBUS设备。PROFIBUS-DP是现场总线类型的一种，采用RS485双绞线或光缆作为传输介质，传输速率最高可达12Mbit/s，可以形成单主站或多主站结构，各主站之间采用令牌交换的规则，按顺序交换令牌，主站和它的从站的通信顺序按地址号从小到大进行。
在本实施例中，数控系统是主站，焊接机器人作为从站使用。使用STEP7组态完成后每台焊接机器人都被分配一个地址，在设置好通信缓冲区或者叫映射区之后，利用编写PLC程序来实现数控系统与焊接机器人之间双向传送数据。
为从站使用的焊接机器人系统，既要实现加工头的运动控制，又要完成激光器、焊接头、送丝机的控制，这些控制可以采用总线形式和硬线连接形式来完成，本例中采用硬线连接来完成。硬线控制的原理是在焊接机器人上安装模拟量和数字量的扩展板卡，把这些接口与激光器、跟踪系统、送丝机的相应控制端相连，通过在焊接机器人上编写程序来对这些设备进行控制。在本实施例中，采用的激光器为YLR-4000，跟踪系统为LPF，送丝机为YD-400GE2。
X轴为虚轴，该轴实际上是焊接机器人的外部轴，但在CNC系统内仍然设置该轴的存在，只是不进行数据的输出。该轴由光栅尺返回信号，读入到CNC系统中。当焊接机器人控制器的驱动与数控系统的驱动同时触发时，产生两个互相比较的量，即该轴的理论输出量与光栅尺测量的焊接机器人外轴位置值，数控系统获得的光栅尺返回的虚轴X数值将在系统内与理论期望值进行比较，如果超出公差范围，则进行报警、停机，需要重新调整各项参数；如果没有超出，则机器人系统与数控系统继续同时工作。
在数控系统内把轴设为模拟输出，可以通过修改该轴机床参数MD30130(CTRLOUT TYPE)来完成(把该值改为0)。
CNC程序一般是通过事先编写G代码程序来完成，在OP上进入编程界面即可进行程序的编写；焊接机器人有自己的编程语言，一般是通过示教编程盒来进行。无论是CNC程序还是焊接机器人程序，都可以通过离线编程来实现，即事先把程序编好，然后通过通讯线把程序下载到CNC或者焊接机器人之中执行。对于复杂的运动轨迹，还要先行用三维软件来建模，再把模型转化成CNC或者焊接机器人能够识别的程序进行下载，省去了繁杂的编程工作。
CNC为5个轴，其中4个实轴，1个虚轴。焊接机器人及外部轴共13轴，整个系统为18轴。

Claims (3)

1.一种激光焊接机床，其特征在于：具有焊接机器人和数控系统，其中焊接机器人为两台，采用龙门式机床结构，分别吊挂在龙门结构的横梁两侧，数控系统为主站，两台焊接机器人为从站，三者通过总线连接在一起。
2.按权利要求1所述的激光焊接机床，其特征在于：焊接机器人外部轴位置数据与数控系统通过光栅尺联系在一起，即光栅尺安装于机器人外部轴控制的平台上，光栅尺采集机器人的位置信号传送到数控系统的PLC中进行处理。
3.按权利要求1所述的激光焊接机床，其特征在于：所述焊接机器人集成有激光器、焊缝跟踪系统及送丝机，通过硬线连接的方式进行控制，其中一台焊接机器人具有双驱的外部轴，另外一台不带外部轴，具有双驱外部轴的焊接机器人与另一台焊接机器人在一个工作平台上，两台机器人一起在横梁上运动。 
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