Лазерный мир

Лысов Николай Андреевич// Комсомольский-на-Амуре государственный университет

Данная работа посвящена исследованию функциональных возможностей системы контроля состояния выходной оптики иттербиевого волоконного лазера и разработке подхода к ее интеграции в систему управления технологическим процессом сварки. Рассмотрены основные параметры выходной оптики, контролируемые в процессе лазерной сварки. Определены выходные сигналы, генерируемые системой контроля состояния сварочной головы. Описано подключение системы к системе управления технологическим процессом и реакция системы управления на выходные сигналы

Введение.

При решении задач автоматизации сварочных процессов, в том числе в авиастроительной отрасли, предъявляются высокие требования к качеству сварки, поэтому в настоящее время в мире разрабатываются новые сварочные технологии и автоматизированные комплексы их реализующие. В качестве одного из вариантов повышения качества сварки металлов применяются системы лазерной сварки. Сварка лазером обеспечивает глубокое и качественное проплавление металла в зоне сварки и минимальные температурные изменения формы свариваемых заготовок, однако такая сварка невозможна в ручном режиме, так как требует применения достаточно высокоточной механики для перемещения выходной оптики лазера и быстродействующей системы управления технологическим процессом и всем комплексом оборудования, реализующего сварку.

В настоящее время на базе Комсомольского-на-Амуре государственного университета осуществляется разработка роботизированного сварочного комплекса для тонкостенных листовых металлов на основе промышленного робота и иттербиевого волоконного лазера ЛС-2 фирмы ООО НТО «ИРЭ- Полюс». На робота устанавливается выходная оптика в виде сварочной головы

FLW-D30 от ООО НТО «ИРЭ́ -По́люс». Для управления всем комплексом используется промышленный контроллер SIEMENS S7-1500 серии.

Функциональные возможности системы контроля состояния сварочной головы

В ходе реализации технического процесса необходимо контролировать состояние выходной оптики сварочной головы, чтобы не допускать перегрева, ухудшения параметров сварки и повреждения оборудования. Потому выходная оптика в виде сварочной головы имеет в своем составе набор датчиков, контролирующих состояние основных элементов головы. Для обработки сигналов с датчиков используется система контроля состояния сварочной головы WHAM.

Задача данного исследования – изучение функциональных возможностей WHAM, сигналов, генерируемых системой и разработка подхода к интеграции WHAM в систему управления технологическим процессом.

Система WHAM имеет 3 разъема для подключения, ручку калибровки степени загрязнения защитного стекла и дублирующую светодиодную индикацию для визуального контроля. Разъем питания служит для питания электроники системы постоянным напряжением 24 В. Альтернативно, питание электроники может осуществляться через 15-ти контактный разъем, но производитель крайне не рекомендует питать систему одновременно из 2- х разъёмов [1].

Разъем для кабеля DB-9 используется для подключения набора датчиков сварочной головы. Разъем для кабеля DB-15 используется для подключения к системе управления верхнего уровня (в нашем случае – к программируемому логическому контроллеру, управляющему работой всей системы) и позволяет осуществлять питание электроники WHAM.

Система WHAM позволяет контролировать следующие параметры выходной оптики:

— температура зеркала сварочной головы;

— наличие защитного стекла;

— температура защитного стекла;

— степень загрязнения защитного стекла.

Информация о состоянии элементов выходной оптики подается в виде логических сигналов на выходы WHAM (разъем DB-15). WHAM генерирует следующие выходные логические сигналы для системы управления верхнего уровня: загрязнение защитного стекла, перегрев защитного стекла сверх 70

°С, отсутствие защитного стекла, перегрев зеркала сверх 70 °С. В случае наступлению любого из описанных событий генерируется логическая единица на контактах 2, 3, 4 и 5 соответственно. При этом, на контакте 6

также генерируется логическая единица, которая означает, что как минимум один из контролируемых параметров находится в недопустимом диапазоне.

Интеграция в систему управления верхнего уровня

Все логические сигналы должны подаются на дискретные входы контроллера, который осуществляет их последующую обработку по следующим правилам:

— в каждом рабочим цикле программы проверяется состояние сигнала 6. Если уровень сигнала равен логической единице, то блокируется подача лазерного излучения, останавливаются перемещения робота и на панели оператора появляется сообщение о выходе параметров сварочной головы за допустимые пределы;

— данные об уровнях сигналов 2…5 передаются на панель оператора, где они интерпретируются в виде подробного диагностического сообщения и заносятся в архив событий;

— автоматическая работа сварочного комплекса блокируется до момента возврата всех диагностических сигналов в состояние логических нулей и подтверждения оператором сброса произошедших ошибок. Допускается только перемещение робота в ручном режиме для обслуживания сварочной оптики.

Вывод

В рамках данной работы была исследована система контроля состояния сварочной головы, определены ее основные функциональные возможности, проведен анализ выходных сигналов. На основании проведенного анализа был разработан подход к интеграции системы контроля состояния выходной оптики лазера в систему управления технологически процессом, для того, чтобы производить диагностику со стороны оператора.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Система контроля состояния головы: документация//IPG IRE-POLUS,- 2-e издание 2016 г. — 26 с.

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. 343-346.