一種基於MFC的厚大件機器人等離子切割系統的製作方法

2023-06-01 14:15:32

本實用新型涉及等離子切割領域，具體涉及一種基於MFC的厚大件機器人等離子切割系統。

背景技術：

近年來，在海洋工程、核電、航空航天、船舶、石油化工等裝備製造業，其設備日趨大型化，對厚大型結構件的需求日益增加，迫切需要大量優質高效的厚板熱切割技術和裝備。等離子切割具有切割成本低、切割效率高、切割質量好等優點，得到了廣泛應用。

隨著機器人技術的發展，機器人技術和等離子切割技術的結合成為必然趨勢，通過對機器人的編程和控制，實現切割路徑的規劃，顯著提高了等離子切割的加工能力和切割效率，對厚大件和複雜形狀的切割具有重要意義。在厚大件等離子切割時，受限於等離子電源的功率，普遍採取的是多臺電源簡單並聯切割來提高切割功率。由於每臺電源輸出特性的不同，容易造成輸出電流不均，從而導致切割質量不穩定和切割效率較差。因此，結合機器人技術、等離子切割技術、自動控制技術和逆變電源技術的機器人等離子切割系統將成為厚板切割領域的未來發展方向。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足，提供了一種基於MFC的厚大件機器人等離子切割系統，在切割厚大件時，利用MFC控制面板及程序實現等離子電源、機器人、配套設備的自動化協同工作，完成高質量等離子切割，並能夠實現多臺等離子電源的均流並聯，提供更大工作功率和工作效率，滿足厚大件材料的切割要求。

本實用新型的目的可以通過如下技術方案實現：

一種基於MFC的厚大件機器人等離子切割系統，包括用於用戶給定切割方案和切割參數，設定機器人運動軌跡，控制切割流程，顯示和處理故障信息並對設備進行調試的MFC控制面板、接收MFC控制面板給定信息並反饋切割信息及故障信息，控制氣路裝置，冷卻裝置及起弧裝置工作的數位化等離子切割電源、接收和反饋機器人運動信息及故障信息並實現機器人穩定運動的機器人控制系統、用於實現對切割對象切割作業的等離子切割割炬及夾具、提供等離子切割過程中所用氣體的氣路裝置、對等離子電源及等離子切割割炬進行冷卻的冷卻裝置、為等離子切割提供起弧的起弧裝置以及連接線路，所述MFC控制面板一端與數位化等離子切割電源依靠14芯通訊總線連接，另一端與機器人控制系統通過CAN通信總線連接，所述數位化等離子切割電源通過電源內部的繼電器模塊控制氣路裝置、冷卻裝置和起弧裝置工作，並通過連接線路連接至等離子切割割炬，所述等離子切割割炬通過夾具連接到機器人控制系統的機械臂上。

進一步地，所述CAN通信總線包括CAN通信線、開關線和電流電壓採集線路。

進一步地，所述機器人控制系統包括機器人控制櫃和機械臂。

進一步地，所述MFC控制面板能夠針對等離子切割具體的工況，採用MFC程序編寫出相應的控制面板。

進一步地，所述數位化等離子切割電源的主電路採用全橋逆變電路拓撲，能夠根據MFC控制面板給定的切割具體工況要求，採用電源均流並聯算法，利用均流並聯控制電路，以多臺並聯輸出或單臺輸出的形式，滿足切割要求。

進一步地，所述數位化等離子切割電源的均流並聯控制電路包括STM32系統、逆變驅動電路、三相整流電路、全橋逆變電路、整流濾波電路和電流檢測電路，所述三相整流電路、全橋逆變電路和整流濾波電路依次連接；三相整流電路與三相電源輸入端連接；整流濾波電路與等離子切割割炬連接；電流檢測電路分別連接整流濾波電路與STM32系統的ADC模塊；逆變驅動電路分別連接STM32系統的PWM輸出模塊和全橋逆變電路。

進一步地，所述均流並聯通過如下步驟實現：用戶通過MFC控制面板設置切割參數，先由程序判斷設置的切割電流是否大於設定數值，如果大於設定數值，則通過CAN通訊設置兩臺數位化等離子切割電源並聯輸出，否則單臺進行工作；若兩臺數位化等離子切割電源並聯輸出，則STM32系統通過調節PWM輸出模塊控制逆變驅動電路的佔空比，來控制全橋逆變電路的工作，從而調節輸出電流；而輸出電流又經整流濾波電路後，通過電流檢測電路反饋到STM32系統中，實現閉環電流調節；數位化等離子切割電源與數位化等離子切割電源之間通過CAN通訊實時通訊，使兩臺數位化等離子切割電源輸出的電流保證均流，實現均流並聯輸出。

本實用新型與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

1、本實用新型採用基於MFC程序的控制面板，擁有良好的人機互動、內置參數功能，操作簡單、界面直觀易懂，能夠實現控制機器人按照指定路線對材料進行切割作業的目的，而且設置了推薦參數，讓人工操作更為方便。

2、本實用新型採用機器人與等離子電源協同工作的等離子切割技術，切割過程全自動化操作，只需人為設定切割參數和切割路徑，適合要求加工精度高、加工條件複雜的厚大件切割，具有切割位置精確、操控簡單、自動化程度高、切割質量好，穩定性高的優點。

3、本實用新型中的數位化等離子切割電源，採用高頻逆變技術，利用設計的電源均流並聯算法，實時調控電流輸出，且可以並聯多臺電源同時穩定切割，具有輸出穩定、效率高、壽命長的優點。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1的基於MFC的厚大件機器人等離子切割系統的結構模塊示意框圖。

圖2為本實用新型實施例1的均流並聯控制電路的原理圖。

圖3為本實用新型實施例2的基於MFC的厚大件機器人等離子切割方法的工作流程示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限於此。

實施例1：

如圖1所示，本實施例提供了一種基於MFC的厚大件機器人等離子切割系統，包括用於用戶給定切割方案和切割參數，設定機器人運動軌跡，控制切割流程，顯示和處理故障信息並對設備進行調試的MFC控制面板、接收MFC控制面板給定信息並反饋切割信息及故障信息，控制氣路裝置，冷卻裝置及起弧裝置工作的數位化等離子切割電源、接收和反饋機器人運動信息及故障信息並實現機器人穩定運動的機器人控制系統(包括機器人控制櫃和機械臂)、用於實現對切割對象切割作業的等離子切割割炬及夾具、提供等離子切割過程中所用氣體的氣路裝置、對等離子電源及等離子切割割炬進行冷卻的冷卻裝置、為等離子切割提供起弧的起弧裝置以及連接線路，所述MFC控制面板一端與數位化等離子切割電源依靠14芯通訊總線連接，另一端與機器人控制系統通過CAN通信總線(包括CAN通信線、開關線和電流電壓採集線路)連接，所述數位化等離子切割電源通過電源內部的繼電器模塊控制氣路裝置、冷卻裝置和起弧裝置工作，並通過連接線路連接至等離子切割割炬，所述等離子切割割炬通過夾具連接到機器人控制系統的機械臂上。圖1中的①表示：MFC控制面板通過CAN通信，將切割參數、切割狀態控制命令、切割故障處理信息等發送到數位化等離子切割電源；②表示：數位化等離子切割電源通過CAN通信，將實時切割狀態信息和切割故障信息發送到MFC控制面板進行處理和顯示；③表示：MFC控制面板通過CAN通訊，將機器人運動控制命令、機器人運動位置命令和機器人故障處理信息發送到機器人控制櫃；④表示：機器人控制櫃通過CAN通訊，將機器人的位置信息、運動狀態信息和故障信息發送到MFC控制面板；⑤表示：數位化等離子切割電源將開關信號發送到氣路裝置，控制氣路裝置的開關；⑥表示：數位化等離子切割電源將開關信號發送到冷卻裝置，控制冷卻裝置的運作；⑦表示：數位化等離子切割電源將開關信號發送到起弧裝置，控制起弧裝置的開關；⑧表示：等離子切割電源與等離子切割割炬之間的開關信號；⑨表示：機器人控制櫃驅動機械臂進行運動；⑩表示：等離子切割割炬機械固定在夾具上，夾具機械固定在機械臂上。

其中，所述MFC控制面板能夠針對等離子切割具體的工況，採用MFC程序編寫出相應的控制面板。所述數位化等離子切割電源的主電路採用全橋逆變電路拓撲，能夠根據MFC控制面板給定的切割具體工況要求，採用電源均流並聯算法，利用均流並聯控制電路，以多臺並聯輸出或單臺輸出的形式，滿足切割要求。所述數位化等離子切割電源的均流並聯控制電路的原理圖如圖2所示，等離子切割電源通過STM32系統的CAN通訊模塊與MFC控制面板相連，所述數位化等離子切割電源通過均流並聯控制電路實現多電源均流並聯，其中包括STM32系統、逆變驅動電路、三相整流電路、全橋逆變電路、整流濾波電路和電流檢測電路，所述三相整流電路、全橋逆變電路和整流濾波電路依次連接；三相整流電路與三相電源輸入端連接；整流濾波電路與等離子切割割炬連接；電流檢測電路分別連接整流濾波電路與STM32系統的ADC模塊；逆變驅動電路分別連接STM32系統的PWM輸出模塊和全橋逆變電路。

用戶通過MFC控制面板設置切割參數，先由程序判斷設置的切割電流是否大於設定數值，如果大於設定數值，則通過CAN通訊設置兩臺數位化等離子切割電源並聯輸出，否則單臺進行工作；若兩臺數位化等離子切割電源並聯輸出，則STM32系統通過調節PWM輸出模塊控制逆變驅動電路的佔空比，來控制全橋逆變電路的工作，從而調節輸出電流；而輸出電流又經整流濾波電路後，通過電流檢測電路反饋到STM32系統中，實現閉環電流調節；數位化等離子切割電源與數位化等離子切割電源之間通過CAN通訊實時通訊，使兩臺數位化等離子切割電源輸出的電流保證均流，實現均流並聯輸出。

實施例2：

本實施例提供了一種基於實施例1的等離子切割系統的切割方法，工作流程示意圖如圖3所示，包括以下步驟：

步驟S10、選擇切割參數；

本步驟具體包括以下步驟：在MFC控制面板上，通過步驟S11選擇切割材料及切割厚度，步驟S12會自動生成推薦的切割參數，切割參數包括：切割電流、切割速度和切割氣體流量；步驟S13，用戶判斷推薦的切割參數是否符合要求，如果符合要求就進行步驟S15將切割參數發送到數位化等離子切割電源，如果不符合要求就進行步驟S14對切割參數進行修改，再進行步驟S15。

步驟S20、切割路徑設定；

本步驟具體包括以下步驟：在MFC控制面板上對切割路徑進行規劃，首先進行步驟S21選擇參考坐標系，然後進行步驟S22對切割起點進行設定，再進行步驟S23對切割終點進行設定，步驟S24是對切割線路進行示教，判斷切割線路是否符合要求，若符合要求則進行步驟S25將切割路徑發送到機器人控制系統；若不符合要求，則重新對路徑進行規劃，返回步驟S22。

步驟S30、進行切割作業。

本步驟具體包括以下步驟：步驟S31開始切割，步驟S32機械臂到達切割起始位置，步驟S33數位化等離子切割電源給起弧裝置發送起弧信號，之後步驟S34等離子電源進行空載輸出，並讓氣路裝置開始送氣；步驟S35起弧裝置開始輸出高頻電壓起弧，步驟S36為判斷起弧是否成功，若不成功則重複步驟S35，若成功則進行步驟S37關閉起弧裝置；關閉起弧裝置後，步驟S38機械臂開始運動，步驟S39數位化等離子切割電源按照MFC控制面板給定的數值進行恆流輸出並開始切割，如果連接多臺數位化等離子切割電源則進行多臺並聯均流輸出；步驟S40判斷是否發生故障，如果未發生故障則繼續工作，到步驟S41判斷機械臂是否達到終點位置，到達終點位置則進行步驟S43數位化等離子切割電源停止輸出；如果發生故障，則進行步驟S42進行故障處理，將故障信息發送到MFC控制面板上處理並顯示，之後進行步驟S43數位化等離子切割電源停止輸出；等步驟S43結束之後，步驟S44將滯後斷開氣路裝置的送氣，最後步驟S45結束切割，等待下次切割命令。

以上所述，僅為本實用新型專利較佳的實施例，但本實用新型專利的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型專利所公開的範圍內，根據本實用新型專利的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都屬於本實用新型專利的保護範圍。