CN1533859A - 一种基于机器人***的激光同步加工的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于机器人***的激光同步加工的方法，该方法根据工控计算机中的加工轨迹数据控制机器人将激光加工头置于加工的起始点后，机器人的控制柜将到位信号反馈给工控计算机，并通过工控计算机启动激光器出光，激光器出光后再通过安装于激光器加工头上的光电检测器发送通讯指令给机器人的控制柜，控制机器人的运动，根据设定的激光器的脉冲宽度、脉冲出光频率以及机器人的运动速度，通过工控计算机实现机器人同激光器之间的同步。本发明方法使该***具有良好的稳定性，对故障等意外事件的反应迅速而且正确；该发明不仅有效地控制了集成化激光加工***的工作，同步的精度高，而且，能够实现多种激光加工。

Description

一种基于机器人***的激光同步加工的方法
技术领域
本发明涉及柔性传输和多轴联动的激光加工方法，特别涉及一种基于机器人***的激光同步加工的方法。
背景技术
在具有柔性传输和多轴联动的激光加工装置中机器人和激光器作为两套独立设备，如中科院力学所的专利号为98101217.5所述的一种柔性传输和多轴联动的激光加工装置，加工过程中由于两台设备时钟不一致，机器人***执行指令有一响应时间，以及激光器开放程度上的限制，很难实现机器人和激光器的协调工作。目前是通过使用示波器观察激光器和机器人的运动状态，并以此为基础来分别设定激光器和机器人的加工参数，以实现激光器和机器人的同步，但是，使用这种方法在实际应用中不仅效率很低，而且，在精度上也不能满足加工的需要。
例如，专利号US4673795，题目为《INTEGRATED ROBOTIC LASER MATERIALPROCESSING AND IMAGING SYSTEM》的美国专利描述了一种将基于机器人***的激光材料加工与图像***结合的***，它采用视觉***及缝隙跟踪***结合图像接收和处理设备来控制机器人手臂的运动及激光器参数.其光纤具有传递高能量激光及图像的功能，该***能够实现机器人手臂的轨迹的正确性，但不能保证时钟上机器人与激光器的同步，虽然可以用于焊接处理，但是不能满足具有柔性传输和多轴联动的激光加工装置的激光同步加工的要求；专利号US5698121，题目为《THREE-DIMENSIONAL LASER BEAN MACHINING APPARATUS USING YAGCUTTING TOOL》的美国专利设计了一台三维YAG激光削割设备，该设备通过一个多任务函数将针对YAG切割机的图表式削割命令转变成一个针对该命令的内部程序，安装与机器人手臂末端的YAG削割工具被施以二维的控制，当YAG削割工具移动经过圆柱形部件的轴时，机器人在z-轴方向的位置被补偿，使得激光头与圆柱体表面的距离保持常值，该设备及其同步方式只适合于三维的分层加工方式；专利号US6509576B2，题目为《METHOD TOR COMPENDATING POSITION OF ROBOTUSING LASER MEASURING INSTRUMENT》的美国专利是一种利用激光测量设备对机器人位置进行补偿的方法，该方法通过示教方式来协调激光器完成对机器人机械***的姿态补偿工作，没有涉及机器人运动同激光器出光的实时性问题。
发明内容
本发明的目的在于：克服上述已有激光加工方法在加工过程中存在的机器人和激光器协调困难，以及低效、低精度的缺陷，从而提供一种基于机器人***的激光同步加工的方法。
本发明目的是这样实现的：本发明的一种基于机器人***的激光同步加工的方法，该方法法根据工控计算机中的加工轨迹数据控制机器人将激光加工头置于加工的起始点后，机器人的控制柜将到位信号反馈给工控计算机，并通过工控计算机启动激光器，激光器输出光后再通过安装于激光器加工头上的光电检测器，并发送通讯指令给机器人的控制柜，控制机器人的运动，根据设定的激光器的脉冲宽度、脉冲输出光频率以及机器人的运动速度，通过工控计算机实现机器人同激光器之间的同步。
该方法包括以下步骤：
(1)工控计算机根据输入的加工轨迹数据，向机器人发出控制指令，将激光加工头置于加工起始点的上方，同时，机器人的控制柜将到位脉冲信号反馈给工控计算机；
(2)工控计算机捕获到该到位脉冲信号后，启动激光器的激励灯进入正常工作状态；
(3)激光器上的光电检测器捕获到激光并转换成光电信号后，发送通讯指令给机器人的控制柜，控制机器人执行缓冲区中的运动指令，指令激光加工头到达加工的起始点，激光加工头到位后由机器人控制柜发出到位脉冲信号反馈给工控计算机，工控计算机捕获到该到位脉冲信号后，打开激光器光闸；
(4)在采用连续加工方式时，激光器连续出光，工控计算机发出连续运动指令，控制机器人作连续运动直到最后一个加工点，在激光加工头到达最后一个加工点后发出到位脉冲信号给工控计算机，当工控计算机捕获到该到位脉冲信号时，关闭光闸；
(5)在采用点对点的非连续加工方式时，工控计算机首先通过通讯指令控制机器人处于静止状态，当激光器完成一个脉冲出光，激光器上的光电检测器捕获到脉冲出光并转换成光电信号后，发送通讯指令给机器人的控制柜，控制机器人执行缓冲区中的运动指令，指令激光加工头在激光器发出下一个脉冲出光时到达下一个加工点；
同时，机器人控制柜将每一个到位信号发送给工控计算机，当该到位信号是最后一个加工点的到位信号时，工控计算机关闭光闸；
(6)关闭激励灯。
本发明的优点：本发明一种基于机器人***的激光同步加工的方法，通过工控计算机根据加工轨迹数据，设定的激光器的脉冲宽度、脉冲出光频率和由此确定的机器人的运动速度，实现了激光加工过程中机器人***同激光器***的同步，使该***具有良好的稳定性，对故障等意外事件的反应迅速而且正确；该发明不仅有效地控制了集成化激光加工***的工作，同步的精度高，而且，能够实现多种激光加工。
附图说明
图1是本发明基于机器人***的激光同步加工的方法中间隔加工的流程示意图
图2是本发明基于机器人***的激光同步加工***的结构示意图
图3是用本发明间隔加工方法对模具进行激光处理的表面形貌
附图标示：
1、激光器        2、工控计算机    3、多轴联动框架式机器人
4、激光加工头    5、光电检测器
具体实施方式
实施例1
本实施例所采用的基于机器人***的激光同步加工装置是中科院力学所的专利号为98101217.5的一种具有柔性传输和多轴联动的激光加工装置，如图2所示，激光加工头4和框架式机器人3手臂固定连接，激光器1的输出端和激光加工头4之间用光纤相连，激光器1的输入端通过现场总线与工控计算机2连接，光电检测器5安装于激光器加工头4上，多轴联动框架式机器人3的控制柜通过串口也与工控计算机2连接，本例采用500W YAG脉冲激光器(峰值功率可达7KW)在厚度2mm的钢板上进行激光打孔，激光器1的参数：脉冲重复率30HZ，脉宽1.5ms，能量为3J，多轴联动框架式机器人3为高精度、大范围五轴机器人，机器人缓冲区半满时大小4k。
在加工过程中，多轴联动框架式机器人3和激光器1通过串口控制，连接速度是9600波特，作为补充，在***中留有I/O控制，对于实时性要求高的信息(如机器人的到位信号等)通过I/O电路直接返回。
本例中，多轴联动框架式机器人3采用连续运动方式加工，具体步骤包括：
1、工控计算机2发出机器人运动指令MOVJPTP，通过串口传到机器人3的控制柜中的缓存区，机器人执行该运动指令，将激光加工头4的末端点到达待加工点上方50cm处；
2、机器人控制柜发出到位脉冲信号，工控计算机2捕获机器人控制柜发出的该到位脉冲信号后，启动激光器1的激励灯进入正常工作状态；
3、激光器1上的光电检测器5捕获到激光并转换成光电信号后，发送通讯指令给机器人3的控制柜，指令机器人3的控制柜中的缓存区发出运动指令将激光加工头4置于加工的起始点，工控计算机2捕获到机器人3控制柜反馈的到位脉冲信号后，打开激光器1光闸；
4、激光器1连续出光，工控计算机2发出连续运动指令指令机器人3处于连续运动状态，当工控计算机2捕获到最后一个加工点的到位信号时，关闭光闸；
5、关闭激励灯。
实施例2
本实施例所采用的基于机器人***的激光同步加工装置是中科院力学所的专利号为98101217.5的一种具有柔性传输和多轴联动的激光加工装置，如图2所示，激光加工头4和框架式机器人3手臂固定连接，激光器1的输出端和激光加工头4之间用光纤相连，激光器1的输入端通过现场总线与工控计算机2连接，框架式机器人3的控制柜通过串口也与工控计算机2连接，本例中采用2000W YAG脉冲激光器对模具进行表面强化，激光器参数：脉宽80ms，脉冲重复率2Hz，功率2000W；框架式机器人3为高精度、大范围五轴机器人，机器人缓冲区半满时大小60k。
在加工过程中，机器人和激光器通过串口控制，连接速度是9600波特，作为补充，在***中留有I/O控制，对于实时性要求高的信息(如机器人的到位信号等)通过I/O电路直接返回。本例中，机器人采用点对点非连续运动方式加工，如图1所示，
具体步骤包括：
1、工控计算机2发出机器人运动指令MOVJPTP，通过串口传到机器人3控制柜中的缓存区，机器人执行运动指令，激光加工头4的末端点到达待加工点上方50cm处；
2、机器人控制柜发出到位脉冲信号，工控计算机2捕获机器人控制柜发出的该到位脉冲信号后，启动激光器1的激励灯进入正常工作状态；
3、通过运动指令将激光加工头4置于加工的起始点，机器人控制柜发出到位脉冲信号反馈到工控计算机2，工控计算机2捕获到到位脉冲信号后，打开激光器光闸；
4、激光器每完成一个脉冲出光到加工式样上，即由光电设备5捕获到的上述光电信号后发出通讯指令到机器人控制柜，控制机器人执行缓冲区中的运动指令，指令机器人到下一个加工点。
当捕获到最后一个加工点的到位信号时，关闭光闸。
5、关闭激励灯。
由串口将机器人指令数据传入机器人控制柜的缓冲区中时，由于缓冲区大小有限制，在发送指令前判断缓冲区是否处于半满状态，如果处于半满状态，工控计算机暂停发送指令数据，否则连续发送一组指令数据。激光器完成一个脉冲出光后，光作用到加工式样上，机器人的运动速度为6mm/s，形成尺寸为3.0×3.0mm2光斑，激光强化效果如图3所示。

Claims (2)

1、一种基于机器人***的激光同步加工的方法，该方法根据工控计算机中的加工轨迹数据控制机器人将激光加工头置于加工的起始点后，机器人的控制柜将到位信号反馈给工控计算机，并通过工控计算机启动激光器，激光器输出光后再通过安装于激光器加工头上的光电检测器，并发送通讯指令给机器人的控制柜，控制机器人的运动，根据设定的激光器的脉冲宽度、脉冲输出光频率以及机器人的运动速度，通过工控计算机实现机器人同激光器之间的同步。
2、按权利要求1所述的基于机器人***的激光同步加工的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)工控计算机根据输入的加工轨迹数据，向机器人发出控制指令，将激光加工头置于加工起始点的上方，同时，机器人的控制柜将到位脉冲信号反馈给工控计算机；
(2)工控计算机捕获到该到位脉冲信号后，启动激光器激励灯进入正常工作状态；
(3)激光器上的光电检测器捕获到激光并转换成光电信号后，发送通讯指令给机器人的控制柜，控制机器人执行缓冲区中的运动指令，指令激光加工头到达加工的起始点，激光加工头到位后由机器人控制柜发出到位脉冲信号反馈给工控计算机，工控计算机捕获到该到位脉冲信号后，打开激光器光闸；
(4)在采用连续加工方式时，激光器连续出光，工控计算机发出连续运动指令，控制机器人作连续运动直到最后一个加工点，在激光加工头到达最后一个加工点后发出到位脉冲信号给工控计算机，当工控计算机捕获到该到位脉冲信号时关闭光闸；
(5)在采用点对点的非连续加工方式时，工控计算机首先通过通讯指令控制机器人处于静止状态，当激光器完成一个脉冲出光，激光器上的光电检测器捕获到脉冲出光并转换成光电信号后，发送通讯指令给机器人的控制柜，控制机器人执行缓冲区中的运动指令，指令激光加工头在激光器发出下一个脉冲出光时到达下一个加工点；
同时，机器人控制柜将每一个到位信号发送给工控计算机，当该到位信号是最后一个加工点的到位信号时，工控计算机关闭光闸；
(6)关闭激励灯。
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