一種用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統的製作方法
2023-11-08 03:37:17 2
一種用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及到用於輔助航空鈦板雷射切割的工裝控制系統，包括：主控站、工業數字IO板塊、接近開關傳感器、中繼放大固態繼電器、電磁閥和主電源；其中主控站通過定製軟體對整個系統進行實時控制，並根據狀態進行監控顯示；工業數字IO板塊實現對電磁閥和主電源的狀態監控；接近開關傳感器對雷射刀頭的位置進行實時檢測，給出報警信號；中繼放大固態繼電器將IO板塊輸出信號進行放大，驅動電磁閥工作，或驅動主電源進行停機；電磁閥控制吸盤的吸緊與鬆開，主電源是整個系統動力源。本發明節約生產成本，大量採用模塊化元器件，電路設計合理，維護方便；同時具有高效、裝置簡單功能強大的特點；又能有效的控制加工精度，保證製造的質量。
【專利說明】一種用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種工裝的控制系統，具體涉及到用於輔助航空鈦板雷射切割的工裝控制系統。
【背景技術】
[0002]為提高先進航空航天產品的綜合性能，航天業廣泛採用整體結構和薄壁件，如飛機的骨架和蒙皮等。但薄壁件不僅非常容易變形，而且結構複雜，形狀精度要求很高，製造難度相當大。此外，薄壁件的外形多數與飛行器的氣動性能有關，周邊輪廓與其他零部件還有複雜的裝配協調關係，裝配難度非常大。如果薄壁件的製造精度很差，可能導致整個航空廣品的失效。
[0003]另一方面，飛行器製造，特別是大型飛機的製造，屬於典型的多品種小批量製造，因此對製造過程的柔性有特別突出的要求。傳統數控工具機和柔性製造系統雖然可實現常規剛性零部件的柔性製造，但卻難以實現薄壁件的柔性製造。
[0004]目前，對薄壁件的製造方式，通過新的工藝技術和柔性工藝裝備解決薄壁件加工中的變形問題。本控制系統就是一種柔性工裝的控制系統。
【發明內容】
[0005]針對航空鈦板薄壁件的雷射切割存在的問題，本發明設計一種高效可行的用於柔性工裝的控制系統，以適應航空鈦板薄壁件的不同形狀與尺寸。
[0006]為實現上述目的，本發明設計了一種用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統，具體技術方案如下:一種用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統，包括:主控站、工業數字IO板塊、接近開關傳感器、中繼放大固態繼電器、電磁閥和主電源；所述主控站通過定製軟體對整個系統進行實時控制，並根據狀態進行監控顯示，同時可以直接連接虛擬機系統，同步顯示設備的狀態；所述工業數字IO板塊實現對電磁閥和主電源的狀態監控；所述接近開關傳感器對雷射刀頭的位置進行實時檢測，給出報警信號；所述中繼放大固態繼電器將IO板塊輸出信號進行放大，驅動電磁閥工作，或驅動主電源進行停機；所述電磁閥控制吸盤的吸緊與鬆開，所述主電源是整個系統動力源。
[0007]進一步地，所述主控站採用研華工控整機，定製HMI人機界面軟體；所述工業數字IO板塊採用研華PC1-1756數字輸入輸出板塊；所述接近開關傳感器的接近距離為3mm-8mm0
[0008]進一步地，所述一種用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統，其控制過程包括如下步驟:
[0009](I)通過上位機的數學模型分析得出數據，根據數據放好鈦板蒙皮件；
[0010]( 2)啟動真慄、控制電源、控制系統；
[0011](3)開始運行讓設備初始化，檢測硬體是否有損壞；如有問題根據報錯信息解決問題，然後重新初始化；[0012](4)按下吸附按鈕使鈦板蒙皮件根據分析的數據自適應的吸附在工裝上；根據回饋信息是否有錯，如有問題根據報錯信息解決問題；
[0013](5)壓緊裝置壓緊蒙皮件；根據回饋信息是否有錯，如有問題根據報錯信息解決問題；
[0014](6)雷射開始切割鈦板蒙皮件，壓緊裝置根據傳感器信息避讓雷射頭；
[0015](7)雷射切割完成後，壓緊裝置彈開，真空吸附鬆開，工人取出工件。
[0016]進一步地，上述步驟(4)和步驟(5)中，利用雷射切割的CAM程序計算各個時間點切割的位置以及在軟體部分確認的壓板數量和位置，確定每個時刻各個壓板打開和關閉的狀態，從而生成壓板狀態的數字代碼，利用微機安裝的輸出卡，通過中續放大來控制電磁閥，從而驅動氣缸實現壓板的關閉和開啟。
[0017]進一步地，上述步驟(6)中，在雷射切割機啟動CAM程序後，在正常工作狀態時，控制系統將實時地發出壓板狀態的指令，同時循環掃描所有的電磁閥和氣缸的啟閉狀態，一旦狀態掃描過程中發現某一狀態異常，系統迅速發出控制指令及時糾偏；在異常工作狀態時，安全系統分為兩級保障環節即位置傳感器運行模式和強制停機模式，所述位置傳感器運行模式按照接觸傳感器的狀態來開啟和關閉壓板，同時系統發出報警指令，讓操作人員在循環結束後檢查；所述強制停機模式是系統發現有異常情況且糾偏失敗後，立即發出報警信號，操作人員可進行停機檢查，如操作人員不在現場或未能及時停機，且接近開關傳感器接受到雷射頭靠近的信號時，為不出現撞機事件，控制系統將強制關閉主電源停機，程序終止，所有閥門處於打開狀態。
[0018]與其它系統相比，本發明的有益效果是:
[0019](I)本發明提供的控制系統使得柔性加工成為可能，節約生產成本。
[0020](2)本發明大量採用模塊化元器件，電路設計合理，維護方便。
[0021](3)本發明採用控制真空吸附方式夾緊支撐曲面薄壁件，具有高效，方便的特點。
[0022](4)本發明特別設計控制鍵琴式壓緊機構，有效的抑制薄壁件在加工時的變形。
[0023](5)在加工後取出零件時通過電磁閥控制使吸盤與空氣相連瞬間鬆開工件，具有高效、裝置簡單功能強大之特點。
[0024](6)本發明採用閉環控制原理，數學模型與智能控制理論相結合的方法，有效的控制了加工精度，保證了製造的質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的電氣系統框架圖；
[0026]圖2為本發明的控制流程圖；
[0027]圖3為本發明的真空吸附控制原理圖；
[0028]圖4為本發明的壓緊控制原理圖；
[0029]圖5為本發明的上位機控制面板；
[0030]圖6為本發明的鈦板薄壁件切割效果圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和具體施實例對本發明作進一步描述。[0032]圖1是本發明一種用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統的電氣系統框架圖，系統包括主控站、工業數字IO板塊、接近開關傳感器、中繼放大固態繼電器、電磁閥和主電源；其中主控站採用研華工控整機，通過定製軟體對整個系統進行實時控制，並根據狀態進行監控顯示，同時可以直接連接虛擬機系統，同步顯示設備的狀態；所述工業數字IO板塊採用研華PC1-1756數字輸入輸出板塊，包含32路輸入和32路輸出，實現對電磁閥和主電源的狀態監控；所述接近開關傳感器對雷射刀頭的位置進行實時檢測，給出報警信號，其中接近開關傳感器的接近距離為;本發明中接近開關傳感器的接近距離優選值為5_ ;所述中繼放大固態繼電器將IO板塊輸出信號進行放大，驅動電磁閥工作，或驅動主電源進行停機；所述電磁閥控制吸盤的吸緊與鬆開，所述主電源是整個系統動力源。
[0033]圖2是本發明的控制流程圖。其中，初始化階段是對整個系統電氣原件的自檢階段主要對工業數字IO板卡、真空開關等進行自檢與初始值設定；真空吸附鈦板階段是通過計算軟體得出飛機蒙皮坯料數據，並通過數據安裝好飛機蒙皮坯料後對飛機蒙皮坯料進行吸附；壓緊鈦板階段是通過計算軟體得出飛機蒙皮坯料數據，並通過數據在指定位置對飛機蒙皮坯料進行壓緊；雷射切割鈦板蒙皮件及壓緊裝置避讓都是飛機蒙皮坯料生成成品的加工階段，在此階段主要實現飛機蒙皮件的加工生產以及在加工中雷射頭靠近旋轉夾持鋼時旋轉夾持鋼壓緊頭的避讓；鬆開吸附階段是鬆開壓緊裝置及吸附裝置，使得加工人員可以取出飛機蒙皮成品與廢料；取出零件階段是取出飛機蒙皮成品與廢料為下一次的加工做好準備；顯示錯誤是為了在加工過程中如果出現問題，報出問題的所在點使得維護人員可以高效的排除問題。
[0034]圖3為本發明具體實施例中真空吸附控制原理圖，它實現了雷射在對飛機蒙皮坯料進行加工時的夾緊與穩固，使得飛機蒙皮坯料在加工中不產生位移使得加工後的飛機蒙皮在外形尺寸上得到保證。其中，真空泵站是產生真空的設備，它在工作時產生I帕的負壓，使得吸盤可以有足夠的力吸附飛機蒙皮坯料；電磁閥的功能是實現對飛機蒙皮的吸附與鬆開以及對管道裡的真空排放的大氣中；真空開關是對管道裡的負壓真空度的檢測，它把檢測數據反饋給主控站。主控站根據反饋數據判斷管道的真空度是否達到吸附的標準；吸盤是吸附飛機蒙皮的執行機構。
[0035]圖4為本發明具體實施例中壓緊控制原理圖，它的主要功能是輔助真空吸附控制對飛機蒙皮在加工中的夾緊與穩固。因為飛機蒙皮形狀複雜不一，真空吸附控制可能在局部地方不能對飛機蒙皮坯料進行有效的夾緊與穩固，通過軟體計算得出壓緊位置點對其壓緊。其中，壓縮泵是產生正壓的設備，它在工作時產生額定帕的正壓壓，使得旋轉夾持鋼有足夠的動力夾緊飛機蒙皮坯料；空氣調理組合是對壓縮泵產生的正壓進行過濾以及控制正壓壓強及排氣；電磁閥的功能是控制旋轉夾持鋼夾緊與鬆開的開關；旋轉夾持鋼是對飛機蒙皮坯料夾緊的執行機構；感應開關是感應加工中的雷射頭，當雷射頭要到達旋轉夾持鋼壓緊頭時，把信號反饋給主控站，主控站根據反饋信息實現旋轉夾持鋼壓緊頭避讓。
[0036]圖5為本發明具體實施例上位機控制面板，它是整個輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統的人機界面。
[0037]圖6為本發明具體實施例鈦板薄壁件切割效果圖，是飛機蒙皮坯料在雷射加工後的廢料與零件的示意圖。
【權利要求】
1.一種用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統，其特徵在於包括:主控站、工業數字IO板塊、接近開關傳感器、中繼放大固態繼電器、電磁閥和主電源；所述主控站通過定製軟體對整個系統進行實時控制，並根據狀態進行監控顯示，同時可以直接連接虛擬機系統，同步顯示設備的狀態；所述工業數字IO板塊實現對電磁閥和主電源的狀態監控；所述接近開關傳感器對雷射刀頭的位置進行實時檢測，給出報警信號；所述中繼放大固態繼電器將IO板塊輸出信號進行放大，驅動電磁閥工作，或驅動主電源進行停機；所述電磁閥控制吸盤的吸緊與鬆開，所述主電源是整個系統動力源。
2.如權利要求1所述用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統，其特徵在於:所述主控站採用研華工控整機，定製HMI人機界面軟體；所述工業數字IO板塊採用研華PC1-1756數字輸入輸出板塊；所述接近開關傳感器的接近距離為3mm-8mm。
3.如權利要求1所述用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統，其特徵在於控制過程包括如下步驟: (1)通過上位機的數學模型分析得出數據，根據數據放好鈦板蒙皮件； (2)啟動真空泵、控制電源、控制系統； (3)開始運行讓設備初始化，檢測硬體是否有損壞；如有問題根據報錯信息解決問題，然後重新初始化； (4)按下吸附按鈕使鈦板蒙皮件根據分析的數據自適應的吸附在工裝上；根據回饋信息是否有錯，如有問題根據報錯信息解決問題； (5)壓緊裝置壓緊蒙皮件；根據回饋信息是否有錯，如有問題根據報錯信息解決問題； (6)雷射開始切割鈦板蒙皮件，壓緊裝置根據傳感器信息避讓雷射頭； (7)雷射切割完成後，壓緊裝置彈開，真空吸附鬆開，工人取出工件。
4.如權利要求3所述用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統，其特徵在於:所述控制過程步驟(4)和步驟(5)中，利用雷射切割的CAM (計算機輔助製造)程序計算各個時間點切割的位置以及在軟體部分確認的壓板數量和位置，確定每個時刻各個壓板打開和關閉的狀態，從而生成壓板狀態的數字代碼，利用微機安裝的輸出卡，通過中續放大來控制電磁閥，從而驅動氣缸實現壓板的關閉和開啟。
5.如權利要求3所述用於輔助航空鈦板雷射切割的柔性工裝控制系統，其特徵在於:所述控制過程步驟(6)中，在雷射切割機啟動CAM程序後，在正常工作狀態時，控制系統將實時地發出壓板狀態的指令，同時循環掃描所有的電磁閥和氣缸的啟閉狀態，一旦狀態掃描過程中發現某一狀態異常，系統迅速發出控制指令及時糾偏；在異常工作狀態時，安全系統分為兩級保障環節即位置傳感器運行模式和強制停機模式，所述位置傳感器運行模式按照接觸傳感器的狀態來開啟和關閉壓板，同時系統發出報警指令，讓操作人員在循環結束後檢查；所述強制停機模式是系統發現有異常情況且糾偏失敗後，立即發出報警信號，操作人員可進行停機檢查，如操作人員不在現場或未能及時停機，且接近開關傳感器接受到雷射頭靠近的信號時，為不出現撞機事件，控制系統將強制關閉主電源停機，程序終止，所有閥門處於打開狀態。
【文檔編號】B23K26/70GK103823410SQ201310737201
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】張敏, 孔嘯, 翟江偉, 王巖, 陶傑 申請人:江蘇申模數位化製造技術有限公司