激光焊接的功率自适应控制方法与流程

1.本发明涉及激光焊接技术领域，具体为激光焊接的功率自适应控制方法。


背景技术：

2.激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。
3.在激光加工尤其是切割焊接加工中功率控制至关重要，其控制好坏直接影响加工效果。激光加工中的功率控制包括功率控制、功率与运动的同步控制两方面内容，功率控制是指生成适当的控制信号控制激光器输出所需功率，功率与运动的同步控制指功率紧跟加工位置或速度变化以保证一致的加工质量，现有的具有起弧与落弧段激光功率控制的激光焊接设备是采用建立激光功率与时间的函数关系的方法控制的，这种方法一方面起弧与落弧段的激光需调节功率的时间设定方便估计，严重依赖经验值，另一方面当设定激光焊接的速度调大或调小时，在起弧段、落弧段和拐角处又会出现凹坑或虚焊的现象，因此原先设定的时间参数需再次调整，不能满足人们的需要，因此提出激光焊接的功率自适应控制方法。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了激光焊接的功率自适应控制方法，解决了现在激光焊接时当设定激光焊接的速度调大或调小时，在起弧段、落弧段和拐角处又会出现凹坑或虚焊的现象，不能满足人们的要求的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.激光焊接的功率自适应控制方法，包括以下步骤：
9.s1：准备焊接，机械臂移动至焊接起始位置，与控制系统板建立以太网连接，并向控制系统板发出准备焊接信号；
10.s2：发送信息，机械臂开始向焊接终点处移动，并通过100m的以太网向控制系统板发送实时的速度信息；
11.s3：速度功率调控，控制系统板接收到机械臂的速度信息，按照s形激光功率与机械臂速度的线，用dac输出模拟量的电压，调节激光功率，在焊接时，激光的功率为p，焊接速度为v，设定的焊接速度为vmax，设定的焊接功率为pmax，在焊接速度在0-vmax/2时，激光功率的计算公式为：p＝(2pmax/v2max)*v2，在焊接速度在vmax/2-vmax时，激光功率的计算公式为：p＝(2pmax/v2max)*v2 (4pmax/vmax)*v-pmax；
12.s4：检测修正，控制系统板的adc电压检测模块检测dac输出的电压值，并用pid算法调控dac输入的电压值以修正；
13.s5：判断是否到达终点，观察机械臂是否到达焊接终点，如果是则结束焊接，如果否，则返回s2步骤，重新焊接。
14.作为本发明再进一步的方案，所吗述s1中包括控制模块，控制模块包括控制系统板，控制系统板的型号为stm32，控制系统板连接有放大电路，所述s1中还包括网络模块和通信模块。
15.进一步的，所述s2中放大电路连接有激光器，激光器发射激光，放大电路的电压为0-3.3v，激光器的电压为0-10v。
16.在前述方案的基础上，所述s3中包括硬件模块，硬件模块包括机械臂控制柜，机械臂控制柜电连接有机械臂，机械臂的速度通过机械臂控制柜反馈给系统控制板。
17.进一步的，所述s3中包括计算模块，计算模块与控制模块相连接，控制模块控制硬件模块中机械臂的运行速度和功率。
18.在前述方案的基础上，所述s4中包括修正修正模块和检测模块，且检测模块与修正模块相连接。
19.本发明再进一步的方案，所述s5中通过人工观察机械臂是否到达焊接终点，并进行记录统计。
20.(三)有益效果
21.与现有技术相比，本发明提供了激光焊接的功率自适应控制方法，具备以下有益效果：
22.1、本发明中，将激光功率与焊接速度建立s形曲线的函数关系，以实时调控激光功率，精细化操作，避免激光功率密度发生变化，从而导致焊接接头质量不高的问题，可有效改善激光焊接在起弧、落弧和拐角处的凹坑现象。
23.2、本发明中，将激光功率与机器人的焊接速度建立关系，由于激光功率是通过dac进行调控的，本发明还设计有adc来检测dac的输出，以构成一个对激光功率进行调控的闭环控制系统，提高控制效果。
附图说明
24.图1为本发明提出的激光焊接的功率自适应控制方法的流程结构示意图。
25.图2为本发明提出的激光焊接的功率自适应控制方法的激光功率与机械臂速度关系结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.参照图1-2，激光焊接的功率自适应控制方法，包括以下步骤：
29.s1：准备焊接，机械臂移动至焊接起始位置，与控制系统板建立以太网连接，并向控制系统板发出准备焊接信号，s1中包括控制模块，控制模块包括控制系统板，控制系统板的型号为stm32，控制系统板连接有放大电路，s1中还包括网络模块和通信模块；
30.s2：发送信息，机械臂开始向焊接终点处移动，并通过100m的以太网向控制系统板发送实时的速度信息，s2中放大电路连接有激光器，激光器发射激光，放大电路的电压为0-3.3v，激光器的电压为0-10v；
31.s3：速度功率调控，控制系统板接收到机械臂的速度信息，按照s形激光功率与机械臂速度的线，用dac输出模拟量的电压，调节激光功率，在焊接时，激光的功率为p，焊接速度为v，设定的焊接速度为vmax，设定的焊接功率为pmax，在焊接速度在0-vmax/2时，激光功率的计算公式为：p＝(2pmax/v2max)*v2，在焊接速度在vmax/2-vmax时，激光功率的计算公式为：p＝(2pmax/v2max)*v2 (4pmax/vmax)*v-pmax，将激光功率与焊接速度建立s形曲线的函数关系，以实时调控激光功率，精细化操作，避免激光功率密度发生变化，从而导致焊接接头质量不高的问题，可有效改善激光焊接在起弧、落弧和拐角处的凹坑现象，s3中包括硬件模块，硬件模块包括机械臂控制柜，机械臂控制柜电连接有机械臂，机械臂的速度通过机械臂控制柜反馈给系统控制板，s3中包括计算模块，计算模块与控制模块相连接，控制模块控制硬件模块中机械臂的运行速度和功率；
32.s4：检测修正，控制系统板的adc电压检测模块检测dac输出的电压值，并用pid算法调控dac输入的电压值以修正，将激光功率与机器人的焊接速度建立关系，由于激光功率是通过dac进行调控的，本发明还设计有adc来检测dac的输出，以构成一个对激光功率进行调控的闭环控制系统，提高控制效果，s4中包括修正修正模块和检测模块，且检测模块与修正模块相连接；
33.s5：判断是否到达终点，观察机械臂是否到达焊接终点，如果是则结束焊接，如果否，则返回s2步骤，重新焊接。
34.实施例2
35.参照图1-2，激光焊接的功率自适应控制方法，包括以下步骤：
36.s1：准备焊接，机械臂移动至焊接起始位置，与控制系统板建立以太网连接，并向控制系统板发出准备焊接信号，s1中包括控制模块，控制模块包括控制系统板，控制系统板的型号为stm32，控制系统板连接有放大电路，s1中还包括网络模块和通信模块；
37.s2：发送信息，机械臂开始向焊接终点处移动，并通过100m的以太网向控制系统板发送实时的速度信息，s2中放大电路连接有激光器，激光器发射激光，放大电路的电压为2v，激光器的电压为8v；
38.s3：速度功率调控，控制系统板接收到机械臂的速度信息，按照s形激光功率与机械臂速度的线，用dac输出模拟量的电压，调节激光功率，在焊接时，激光的功率为p，焊接速度为v，设定的焊接速度为vmax，设定的焊接功率为pmax，在焊接速度在0-vmax/2时，激光功率的计算公式为：p＝(2pmax/v2max)*v2，在焊接速度在vmax/2-vmax时，激光功率的计算公式为：p＝(2pmax/v2max)*v2 (4pmax/vmax)*v-pmax，将激光功率与焊接速度建立s形曲线的函数关系，以实时调控激光功率，精细化操作，避免激光功率密度发生变化，从而导致焊接接头质量不高的问题，可有效改善激光焊接在起弧、落弧和拐角处的凹坑现象，s3中包括硬件模块，硬件模块包括机械臂控制柜，机械臂控制柜电连接有机械臂，机械臂的速度通过机
械臂控制柜反馈给系统控制板，s3中包括计算模块，计算模块与控制模块相连接，控制模块控制硬件模块中机械臂的运行速度和功率；
39.s4：检测修正，控制系统板的adc电压检测模块检测dac输出的电压值，并用pid算法调控dac输入的电压值以修正，将激光功率与机器人的焊接速度建立关系，由于激光功率是通过dac进行调控的，本发明还设计有adc来检测dac的输出，以构成一个对激光功率进行调控的闭环控制系统，提高控制效果，s4中包括修正修正模块和检测模块，且检测模块与修正模块相连接；
40.s5：判断是否到达终点，观察机械臂是否到达焊接终点，如果是则结束焊接，如果否，则返回s2步骤，重新焊接，s5中通过人工观察机械臂是否到达焊接终点，并进行记录统计。
41.在该文中的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
42.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。