Лазерный мир

Хрульков Владимир Николаевич,Сухоруков Сергей Иванович, // Опубликовано в: В сборнике: МОЛОДЕЖЬ И НАУКА: АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ материалы II Всероссийской национальной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 2019. С. 477-480.

Аннота4ция.

В работе рассматривается вопрос разработки структуры программно-аппаратных средств для реализации системы управления роботизированного комплекса лазерной сварки. Выполнен анализ основного технологического оборудования, реализующего лазерную сварку. Определены программные средства для управления основным технологическим оборудованием. Выполнен подбор оборудования для реализации системы управления комплексом. Разработана структура системы управления с учетом подключения основного технологического оборудования. Summary. The paper discusses the issue of developing the structure of software and hardware for the implementation of the control system of a robotic laser welding complex. The analysis of the main technological equipment that implements laser welding. Defined software for managing the main technological equipment. Completed selection of equipment for the implementation of the complex management system. The structure of the control system has been developed taking into account the connection of the main process equipment.

Введение

В настоящее время для промышленности по всему миру актуален вопрос разработки и внедрения систем лазерной сварки, позволяющих наиболее качественно, точно и с минимальными деформациями обрабатываемого материала осуществлять изготовление конечных изделий.

Наиболее функциональным вариантом построения таких систем является реализация сварочных комплексов на основе промышленных роботов. На базе Комсомольского-на-Амуре государственного университета ведется разработка роботизированного комплекса лазерной сварки тонкостенных конструкций, ориентированного на применение в авиастроительной отрасли.

Анализ основного технологического оборудования В качестве основного технологического оборудования разрабатываемого комплекса планируется использование: — Для генерации лазерного излучения и проведения сварки был выбран иттербиевый волоконный лазер ЛС–2 с мощностью излучения 2 кВт производства компании IPG Photonics. Лазерный источник позволяет работать в непрерывном режиме или с модуляцией, с возможностью регулирования выходной мощности от 10 до 100% от номинальной.

Основными преимуществами данного лазера являются: высокий КПД (около 30%); небольшие габариты; доставка лазерного излучения до сварочной оптической головы с помощью гибкого оптоволокна. Лазерный источник оснащен встроенным контроллером, подключение которого к внешним системам для управления в режиме реального времени осуществляется через три шины: 64-контактный цифровой разъем Hardwiring, 24-контактный разъем системы безопасности и разъем аналогового управления. — В качестве выходной оптики для осуществления процесса сварки применяется оптическая сварочная голова IPG FLW D30 со встроенным набором датчиков для диагностики состояния ее элементов.

Сигналы с датчиков подаются на штатную систему контроля состояния головы, которая генерирует диагностические сигналы для внешней системы управления. — Для перемещения лазерной головы в процессе сварки выбран промышленный робот-манипулятор немецкой фирмы Kuka модели KR-60. Это шестиосевой робот с радиусом действия 2033 мм, грузоподъемностью до 60 кг и повторяемостью позиционирования ±0,06 мм. Разработка структуры аппаратного и программного обеспечения системы управления комплексом

Для управления функционированием и синхронизации действий всех элементов разрабатываемого комплекса необходимо построение системы управления верхнего уровня, к которой будут подключены системы управления основного технологического оборудования. Такие системы управления строятся на промышленных программируемых логических контроллерах (ПЛК). В качестве одного из стандартных подходов при интеграции роботов Kuka в технологический комплекс является использование специализированных программных пакетов для взаимодействия с ПЛК по промышленной сети. Такой подход позволяет резко сократить количество необходимых цифровых и аналоговых входов/выходов при обеспечении широкого набора функциональных возможностей по управлению роботом. У компании Kuka такое решение представлено пакетом mxAutomation, который позволяет организовывать взаимодействие с такими ПЛК как Siemens S7-300, S7-400, S7-1500, AllenBradley, B&R, Schneider-Electric и т.д.

В качестве контроллера для построения системы управления верхнего уровня применяется ПЛК Siemens серии S7-1500. Данный контроллер обладает достаточным быстродействием (время реакции терминал-терминал не превышает 100 мкс) и возможностью подключения необходимого числа модулей расширения. Интерфейс оператора реализуется на промышленной сенсорной панели SIMATIC TP1200 COMFORT. Структура аппаратного обеспечения системы управления роботизированным комплексом приведена на рис.1. Рисунок 1 – Структура аппаратного обеспечения системы управления роботизированного комплекса лазерной сварки

Структура программного обеспечения системы управления реализуются следующим образом: На ПЛК обрабатывается основная управляющая программа, реализующая управление перемещением робота (для этого используются блоки из программного пакета Kuka mxAutomation), управление включением и режимами работы лазера, управление подачей защитного газа, контроль состояния элементов комплекса и мониторинг состояния системы безопасности. Вторая часть программного пакета Kuka mxAutomation установлена на контроллере робота и обеспечивает правильную реакцию робота на команды от ПЛК.

На панели оператора выполняется программа, взаимодействующая с программой в ПЛК и реализующая функции индикации режимов работы комплекса, задание параметров оператором, ведение архива событий и формирование диагностических сообщений. Для подготовки траекторий сварки используются внешние CAD/CAM системы с соответствующими постпроцессорами. В качестве примера возможных CAD/CAM систем можно привести SprutCAM (российская универсальная CAM-система с возможностью работы с роботизированными комплексами) или KUKA SimPro. Заключение В рамках данной работы была разработана структура программного и аппаратного обеспечения для реализации системы управления роботизированным комплексом лазерной сварки.

Источник: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41132271