CN103955164B - 双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，该系统包括：人机交互设备，接收设定参数并显示系统状态；处理器，根据设定参数生成用于控制激光器参数的第一控制指令和用于控制机器人运动状态的第二控制指令；多个ET200S单元，所有的ET200S单元通过一总线与处理器连接，连接激光器的ET200S单元，用于将第一控制指令发送给激光器，并从激光器获得第一反馈信号；连接机器人的ET200S单元，用于将第二控制指令发送机器人，并从机器人获得第二反馈信号。本发明实施例满足了加工复杂零件时对双光束激光焊接的需求，从而有助于提高双光束激光焊接的质量和效率。

Description

双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统

技术领域

本发明涉及双光束激光焊接技术领域，特别涉及一种双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统。

背景技术

双光束激光焊接是进几年发展起来的一项新型焊接工艺，典型的双光束激光焊接系统一般由两台机器人和两台光纤激光器组成，如图1所示，由于采用两束激光在两边同时进行“T”型接头焊接，使接头两边的热变形相互抵消，有效控制了焊接过程中的变形，改善了零件的性能，使得双光束激光焊接在航空等领域得到广泛的应用。

在双光束激光焊接过程中，激光器的参数通过激光器本身的控制电脑进行设定，机器人通过开关量控制激光器的开光和关光。

IPG(一光纤激光器制造商的简称，可以通过网址(http://www.ipgphotonics.com/)进行查询)光纤激光器具有能量转换效率高、体积小、对环境适应能力强等特点，目前主要应用于激光切割、焊接等工业领域。

随着双光束激光焊接技术在工业上得到愈来愈广泛的应用，为保证双光束激光焊接的效率和可靠性，以及满足对复杂零件的加工需求，要求可以在焊接的过程中根据不同的情况灵活地调整各项激光参数，但是由于以下困难使得在双光束激光焊接的过程中根据不同的情况灵活地调整各项激光参数不容易实现：

1)但由于机器人只能进行一些简单的输入输出控制，无法满足激光器控制的需要；同时各种不同机器人厂家的产品也互不兼容，是一种不开放的系统，无法实现技术的移植。

2)IPG激光器本身提供进行激光器控制的程序语句比较复杂，操作人员掌握上有一定的困难。同时控制程序的调用采用多个I/O点组成的二进制编码方式，给机器人编程带来一定的困难，同时容易造成误操作。

发明内容

本发明实施例提供了一种双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，解决了现有技术中在双光束激光焊接过程中无法灵活地调整各项激光参数的技术问题。

本发明实施例提供了一种双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，该系统包括：人机交互设备，用于接收激光器的设定参数；处理器，与所述人机交互设备连接，用于根据所述设定参数生成用于控制激光器参数的第一控制指令和用于控制机器人运动状态的第二控制指令；多个ET200S单元，每个ET200S单元均通过一总线与所述处理器连接，多个ET200S单元中包括连接激光器的ET200S单元和连接机器人的ET200S单元，其中，连接激光器的ET200S单元，用于对所述第一控制指令进行激光器适应性处理，获得第一控制信号，并将所述第一控制信号发送给所连接的激光器；连接机器人的ET200S单元，用于对所述第二控制指令进行机器人适应性处理，获得第二控制信号，并将所述第二控制信号发送给所连接的机器人。

在一个实施例中，每个ET200S单元包括：适配器，用于解析ET200S单元在所述总线上的地址，所述地址是所述处理器将所述第一控制指令发送给所述连接激光器的ET200S单元和将所述第二控制指令发送给所述连接机器人的ET200S单元的依据。

在一个实施例中，每个ET200S单元还包括：数字量输出模块，用于将数字量的第一控制信号传输给激光器和将数字量的第二控制信号传输给机器人；和/或模拟量输出模块，用于将模拟量的第一控制信号传输给激光器和将模拟量的第二控制信号传输给机器人。

在一个实施例中，还包括：存储设备，通过所述总线与所述处理器连接，用于存储根据不同双光束激光焊接状况预设的激光器参数。

在一个实施例中，所述处理器与所述人机交互设备连接是指所述处理器通过PROFIBUS总线与所述人机交互设备连接；每个ET200S单元均通过一总线与所述处理器连接是指每个ET200S单元均通过PROFIBUS总线与所述处理器连接。

在一个实施例中，所述连接激光器的ET200S单元，还用于采集指示所述激光器当前的状态信息和参数信息的指示信号；所述处理器，还用于将所述指示信号转换成所述激光器当前的状态信息和参数信息，并将所述激光器当前的状态信息和参数信息发送给所述人机交互设备；所述人机交互设备，还用于实时显示所述激光器当前的状态信息和参数信息。

在一个实施例中，所述连接激光器的ET200S单元还包括：数字量输入模块，用于接收数字量的指示信号；和/或模拟量输入模块，用于接收模拟量的指示信号。

在一个实施例中，所述人机交互设备是图形式的人机交互设备。

在一个实施例中，所述人机交互设备是触摸屏。

在本发明实施例中，通过人机交互设备来实时接收激光器的设定参数，该激光器的设定参数可以是在双光束焊接过程中根据不同情况实时设定的，处理器根据所述设定参数生成用于控制激光器参数(例如，功率、脉冲模式等)的第一控制指令和用于控制机器人运动状态(例如，运动速度等)的第二控制指令，多个ET200S单元中每个ET200S单元均通过一总线与所述处理器连接，多个ET200S单元中包括连接激光器的ET200S单元和连接机器人的ET200S单元，再通过连接激光器的ET200S单元，对所述第一控制指令进行激光器适应性处理，获得第一控制信号，并将所述第一控制信号发送给所连接的激光器；连接机器人的ET200S单元，对所述第二控制指令进行机器人适应性处理，获得第二控制信号，并将所述第二控制信号发送给所连接的机器人，来使得机器人当前的运动状态与激光器紧密配合，实现了在双光束激光焊接过程中，可以实时根据不同的情况灵活地调整激光器的参数，并相应地调整机器人的运行状态，满足了加工复杂零件的需求，从而有助于提高双光束激光焊接的质量和效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是现有技术中的一种双光束激光焊接系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明实施例中，提供了一种双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，如图2所示，该系统包括：人机交互设备201，用于接收激光器的设定参数；处理器202，与所述人机交互设备201连接，用于根据所述设定参数生成用于控制激光器参数的第一控制指令和用于控制机器人运动状态的第二控制指令；多个ET200S单元203，每个ET200S单元203均通过一总线与所述处理器连接，多个ET200S单元中包括连接激光器的ET200S单元和连接机器人的ET200S单元，其中，连接激光器的ET200S单元，用于对所述第一控制指令进行激光器适应性处理，获得第一控制信号，并将所述第一控制信号发送给所连接的激光器；连接机器人的ET200S单元，用于对所述第二控制指令进行机器人适应性处理，获得第二控制信号，并将所述第二控制信号发送给所连接的机器人。

由图2所示的结构框图可知，在本发明实施例中，通过人机交互设备来实时接收激光器的设定参数，该激光器的设定参数可以是在双光束焊接过程中根据不同情况实时设定的，处理器根据所述设定参数生成用于控制激光器参数(例如，功率、脉冲模式等)的第一控制指令和用于控制机器人运动状态(例如，运动速度等)的第二控制指令，多个ET200S单元中每个ET200S单元均通过一总线与所述处理器连接，多个ET200S单元中包括连接激光器的ET200S单元和连接机器人的ET200S单元，再通过连接激光器的ET200S单元，对所述第一控制指令进行激光器适应性处理(例如，将第一控制指令生成激光器可识别的控制信号)，获得第一控制信号，并将所述第一控制信号发送给所连接的激光器；连接机器人的ET200S单元，对所述第二控制指令进行机器人适应性处理(例如，将第二控制指令生成机器人可识别的控制信号)，获得第二控制信号，并将所述第二控制信号发送给所连接的机器人，来使得机器人当前的运动状态与激光器紧密配合，实现了在双光束激光焊接过程中，可以实时根据不同的情况灵活地调整激光器的参数，并相应地调整机器人的运行状态，满足了加工复杂零件的需求，从而有助于提高双光束激光焊接的质量和效率。

具体实施时，上述激光器的设定参数可以是双光束激光焊接过程中控制激光器同步出光、关光、功率线性变化、曲线变化、连续模式出光、脉冲模式出光、脉冲模式匹配等功能的参数。

具体实施时，为了准确地将第一控制指令和第二控制指令发送给对应的ET200S单元，在本实施例中，每个ET200S单元包括：适配器，用于解析ET200S单元在所述总线上的地址，所述地址是处理器将所述第一控制指令发送给连接激光器的ET200S单元和将所述第二控制指令发送给连接机器人的ET200S单元的依据。处理器可以根据ET200S单元在总线上的地址，将第一控制指令发送给与激光器连接的ET200S单元，将所述第二控制指令发送给与机器人连接的ET200S单元。

在生成第一控制信号和第二控制信号之后，为了实现ET200S单元分别与激光器和机器人之间的信号传输，在本实施例中，每个ET200S单元203还包括：数字量输出模块，用于将数字量的第一控制信号传输给激光器和将数字量的第二控制信号传输给机器人；和/或模拟量输出模块，用于将模拟量的第一控制信号传输给激光器和将模拟量的第二控制信号传输给机器人。例如，当第一控制信号是数字量信号时，通过数字量输出模块实现ET200S单元与激光器之间的信号传输，当第一控制信号是模拟量信号时，通过模拟量输出模块实现ET200S单元与激光器之间的信号传输，对于第二控制信号，与第一控制信号情况相似。

为了方便操作者对激光器设定参数，在本实施例中，还包括：存储设备，通过所述总线与所述处理器连接，用于存储根据不同双光束激光焊接状况预设的激光器参数，该存储设备可以是S7-300的DB(Data Block，数据块)摸块。例如，该预设的激光器参数可以是针对不同焊接速度、焊接材料设定的焊接效果较佳的激光器参数，当操作者需要设定参数时，可以直接选择当前的焊接速度、焊接材料等情况，便捷地完成与当前的焊接速度、焊接材料等情况对应的激光器参数的设定操作。

在具体实施时，为了提高系统的抗干扰能力和可靠性，所述处理器与所述人机交互设备连接是指所述处理器通过PROFIBUS总线与所述人机交互设备连接；每个ET200S单元均通过一总线与所述处理器连接是指每个ET200S单元均通过PROFIBUS总线与所述处理器连接，还可以大大减少信号电缆的数量和长度。

在双光束激光焊接过程中，为了便于用户实时地监控激光器的工作状态，在本实施例中，所述连接激光器的ET200S单元，还用于采集指示所述激光器当前的状态信息和参数信息的指示信号(即激光器的第一反馈信号)；所述处理器，还用于将所述指示信号转换成所述激光器当前的状态信息和参数信息，并将所述激光器当前的状态信息和参数信息发送给所述人机交互设备，所述人机交互设备还用于实时显示所述激光器当前的状态信息和参数信息，该状态信息可以是指示激光器是否处于报警等状态的信息，该参数信息可以是指示激光器当前的功率、脉冲模式等参数的信息；所述连接机器人的ET200S单元，还用于采集指示所述机器人当前的状态信息和参数信息的指示信号(即机器人的第二反馈信号)；所述处理器，还用于将所述指示信号转换成所述机器人当前的状态信息和参数信息，并将所述机器人当前的状态信息和参数信息发送给所述人机交互设备，所述人机交互设备还用于实时显示所述机器人当前的状态信息和参数信息。

具体实施时，连接激光器的ET200S单元还包括：数字量输入模块，用于接收数字量的指示信号；和/或模拟量输入模块，用于接收模拟量的指示信号。例如，当采集的指示信号是数字量的信号时，采用数字量输入模块接收指示信号；当采集的指示信号是模拟量的信号时，采用模拟量输入模块接收指示信号。

为了降低操作者的操作难度，在本实施例中，所述人机交互设备201是触摸屏，该人机交互设备201还可以是图形界面的触摸屏，可采用多种触发、记时方式，扩展性好，可以与各种机器人系统连接。

具体实施时，上述双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统可以是基于西门子S7-300PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)的控制系统，CPU(Central Processing Unit，中央处理器)单元(即处理器202)可以包括电源模块和CPU模块，负责信号的处理和计算以及参数的存储；ET200S单元203还可以包括电源模块，实现ET200S单元与激光器和机器人之间的信号传输。

在本发明实施例中，通过人机交互设备来实时接收激光器的设定参数并显示系统状态，该激光器的设定参数可以是在双光束焊接过程中根据不同情况实时设定的，处理器根据所述设定参数生成用于控制激光器参数(例如，功率、脉冲模式等)的第一控制指令和用于控制机器人运动状态(例如，运动速度等)的第二控制指令，多个ET200S单元中每个ET200S单元均通过一总线与所述处理器连接，多个ET200S单元中包括连接激光器的ET200S单元和连接机器人的ET200S单元，再通过连接激光器的ET200S单元，对所述第一控制指令进行激光器适应性处理，获得第一控制信号，并将所述第一控制信号发送给所连接的激光器，并从激光器获得第一反馈信号；连接机器人的ET200S单元，对所述第二控制指令进行机器人适应性处理，获得第二控制信号，并将所述第二控制信号发送给所连接的机器人，来使得机器人当前的运动状态与激光器紧密配合，并从机器人获得第二反馈信号，实现了在双光束激光焊接过程中，可以实时根据不同的情况灵活地调整激光器的参数，并相应地调整机器人的运行状态，满足了复杂零件双光束激光焊接的需求，从而有助于提高双光束激光焊接的质量和效率。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例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 (9)

1.一种双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，其特征在于，包括：

人机交互设备，用于接收激光器的设定参数；

处理器，与所述人机交互设备连接，用于根据所述设定参数生成用于控制激光器参数的第一控制指令和用于控制机器人运动状态的第二控制指令；

多个ET200S单元，每个ET200S单元均通过一总线与所述处理器连接，多个ET200S单元中包括连接激光器的ET200S单元和连接机器人的ET200S单元，其中，连接激光器的ET200S单元，用于对所述第一控制指令进行激光器适应性处理，获得第一控制信号，并将所述第一控制信号发送给所连接的激光器；连接机器人的ET200S单元，用于对所述第二控制指令进行机器人适应性处理，获得第二控制信号，并将所述第二控制信号发送给所连接的机器人；

所述连接机器人的ET200S单元，还用于采集指示所述机器人当前的状态信息和参数信息的指示信号；

所述处理器，还用于将所述指示信号转换成所述机器人当前的状态信息和参数信息，并将所述机器人当前的状态信息和参数信息发送给所述人机交互设备；

所述人机交互设备，还用于实时显示所述机器人当前的状态信息和参数信息。

2.如权利要求1所述双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，其特征在于，每个ET200S单元包括：

适配器，用于解析ET200S单元在所述总线上的地址，所述地址是所述处理器将所述第一控制指令发送给所述连接激光器的ET200S单元和将所述第二控制指令发送给所述连接机器人的ET200S单元的依据。

3.如权利要求1所述双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，其特征在于，每个ET200S单元还包括：

数字量输出模块，用于将数字量的第一控制信号传输给激光器和将数字量的第二控制信号传输给机器人；

和/或模拟量输出模块，用于将模拟量的第一控制信号传输给激光器和将模拟量的第二控制信号传输给机器人。

4.如权利要求1所述双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，其特征在于，还包括：

存储设备，通过所述总线与所述处理器连接，用于存储根据不同双光束激光焊接状况预设的激光器参数。

5.如权利要求1至4中任一项所述双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，其特征在于，所述处理器与所述人机交互设备连接是指所述处理器通过PROFIBUS总线与所述人机交互设备连接；

每个ET200S单元均通过一总线与所述处理器连接是指每个ET200S单元均通过PROFIBUS总线与所述处理器连接。

6.如权利要求1至4中任一项所述双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，其特征在于，

所述连接激光器的ET200S单元，还用于采集指示所述激光器当前的状态信息和参数信息的指示信号；

所述处理器，还用于将所述指示信号转换成所述激光器当前的状态信息和参数信息，并将所述激光器当前的状态信息和参数信息发送给所述人机交互设备；

所述人机交互设备，还用于实时显示所述激光器当前的状态信息和参数信息。

7.如权利要求6所述双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，其特征在于，所述连接激光器的ET200S单元还包括：

数字量输入模块，用于接收数字量的指示信号；

和/或模拟量输入模块，用于接收模拟量的指示信号。

8.如权利要求1至4中任一项所述双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，其特征在于，所述人机交互设备是图形式的人机交互设备。

9.如权利要求1至4中任一项所述双光束激光焊接系统中激光器参数的控制系统，其特征在于，所述人机交互设备是触摸屏。