激光焊機焊接定位的研究

王建東

（河鋼股份有限公司唐山分公司信息自動化部，河北 唐山 063000）

本文主要依托河北鋼鐵集團(tuán)唐山鋼鐵股份有限公司高強汽車板公司的大型激光焊機為研究對象。高強汽車板公司主要包含酸軋生產(chǎn)線、連退生產(chǎn)線和鍍鋅生產(chǎn)線，各生產(chǎn)線采用的是MIEBACH公司生產(chǎn)的大型激光焊機，激光焊機的焊機過程主要分為入口自動步、出口自動步和焊接自動步，出口帶頭和入口帶頭自動準(zhǔn)備好后，焊機開始進(jìn)入焊接過程，焊接自動步過程是一個比較復(fù)雜的過程，焊接過程中主要包括激光器的起停定位控制、焊縫檢測系統(tǒng)的起停定位控制和加熱系統(tǒng)的起停定位控制，本文主要針對焊機的焊接定位過程控制進(jìn)行以下幾方面研究。

1 焊接定位過程簡介

MIEBACH激光焊機焊接小車承載了焊機的焊接機構(gòu)，焊機小車是一個可以移動的系統(tǒng)，焊接的時候從操作側(cè)移動到驅(qū)動側(cè)，通過激光對帶頭和帶尾實現(xiàn)連續(xù)焊接，焊接小車上包括碾壓輪、焊縫傳感器、后退火、激光頭、穿透力傳感器、預(yù)加熱、間隙傳感器和剪刀，首先焊接小車移動到操作側(cè)，通過剪刀將帶頭和帶尾剪切掉，通過夾鉗將帶頭帶尾對接行程焊接間隙，然后將碾壓輪和激光頭壓下小車開始移動，在移動的過程中通過定位系統(tǒng)的控制，當(dāng)某個部位接觸到帶鋼時開始啟動，預(yù)加熱各個傳感器和激光器依次啟動，當(dāng)帶鋼焊接完成后，預(yù)加熱、各個傳感器、激光器和后退火系統(tǒng)依次停止，實現(xiàn)整個焊接的過程。在此過程中通過對三個傳感器的起停實現(xiàn)對焊縫質(zhì)量的檢測，來判斷焊縫是否合格。

1.1 焊接定位過程的研究

通過上述過程我們了解了焊機的焊接定位流程。下文深入研究焊接過程是如何定位。所謂焊接定位就是通過控制手段將焊接小車焊接行走時的每個位置檢測出來，然后將需要的位置定出來，將相應(yīng)的信號通過程序控制來控制相應(yīng)焊接設(shè)備的起停。以下通過幾個方面來討論。

（1）定位編碼器的設(shè)計

設(shè)置焊接定位首先要設(shè)計定位裝置，本焊機定位裝置選擇了旋轉(zhuǎn)定位編碼器，定位編碼器屬于絕對值編碼器，此編碼器最大測量范圍為1310米，最小偏移量為5米，最大偏移量為1305米，焊機小車移動距離大約為5米，編碼器的要求正好符合，編碼器需要旋轉(zhuǎn)245圈來滿足移動距離。焊機小車通過液壓馬達(dá)驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)來移動，定位編碼器安裝在了絲杠驅(qū)動側(cè)的端部，通過絲杠旋轉(zhuǎn)帶動編碼器旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)定位編碼器通過旋轉(zhuǎn)來發(fā)出相應(yīng)的位置脈沖信號，通過PLC程序塊采集輸出位置值。

（2）焊機小車的定位

在對焊接設(shè)備定位之前，我們首先要定位焊接小車的極限值，焊接小車移動方向為從操作側(cè)到驅(qū)動側(cè)來回移動，我們首先通過機械手段將小車移動到軌道的操作側(cè)一段然后將此段設(shè)為編碼器計數(shù)起始點，通過偏移量按鈕將此位置設(shè)置為零點，然后移動小車到驅(qū)動側(cè)一端，通過程序設(shè)定為驅(qū)動側(cè)一端，這樣就將焊接小車的極限位設(shè)定出來。如圖1。

圖1

（3）焊接設(shè)備的定位設(shè)計

將焊接小車定位完成后，我們開始定位焊機焊接時的各個部位的起停值。本焊機首先設(shè)計了位置值輸入的人機接口，為了方便調(diào)試處合適位置值，首先在焊機PLC可編程控制器內(nèi)設(shè)定FB功能塊，在FB功能塊內(nèi)通過C語言編制出每個位置對應(yīng)的編碼器位置輸入接口，輸入接口的輸入值是采集的相應(yīng)背景數(shù)據(jù)塊的相對應(yīng)的位置值，然后將采集到這些數(shù)據(jù)后通過FB功能塊程序來控制相應(yīng)的焊接設(shè)備的起停。設(shè)置好PLC的控制程序后，通過焊機HMI來做相應(yīng)的位置值人機接口，焊機HMI使用的是WINCC操作系統(tǒng)，通過WINCC畫面設(shè)計軟件，將相應(yīng)的人工輸入接口在畫面中設(shè)置出來，再將WINCC與焊機PLC相關(guān)聯(lián)，再將WINCC相應(yīng)的接口關(guān)聯(lián)到PLC的背景數(shù)據(jù)塊內(nèi)，這樣就可以實現(xiàn)通過人工輸入相應(yīng)的位置值，然后通過背景數(shù)據(jù)塊被采集到PLC程序內(nèi)實現(xiàn)焊接設(shè)備的定位起停。

（4）焊接設(shè)備的位置值設(shè)計

完成了焊機的定位控制設(shè)計后，接下來就是如何定義每個焊接設(shè)備的具體位置值。本焊機的焊接小車上剪子的驅(qū)動側(cè)安裝了一個定位光柵，作為定位判斷的標(biāo)準(zhǔn)，然后測量出次定位光柵與預(yù)加熱、激光頭、后退火和各采集傳感器的距離就是相應(yīng)的位置值，然后當(dāng)定位光柵隨著焊接小車移動到帶鋼操作側(cè)邊緣時，定位光柵信號發(fā)生變化，編碼器計數(shù)開始，當(dāng)位置計數(shù)達(dá)到預(yù)加熱啟動位置時，預(yù)加熱啟動開始工作，然后當(dāng)定位光柵移動到帶鋼驅(qū)動側(cè)邊緣時，定位光柵信號發(fā)生變化，編碼器開始計數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)加熱關(guān)閉位置設(shè)置值時，預(yù)加熱開始停止工作，其他焊接設(shè)備起停原理和過程與此一樣。

2 結(jié)語

通過以上討論，我們基本上了解了MIEBACH激光焊機的焊接定位控制的設(shè)計，其設(shè)計是一個復(fù)雜的閉環(huán)系統(tǒng)，焊接位置的定位非常重要，如果位置值設(shè)置不合適，直接影響到焊縫的質(zhì)量，我們需要精確測量每個部位到定位光柵的距離，保證焊接的正常起停，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

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