基于PLC控制的激光功率測量模塊應用

何軍 項飛

摘 要：隨著激光焊技術的不斷發展與創新，激光焊工藝也運用到了各行各業，隨著激光焊配套的設備不斷需求，如激光功率測量模塊的應用也隨之產生，本篇論文系統地闡述了激光功率測量盒與PLC及機器人間的信號傳遞，以及激光功率測量模塊的工作原理、使用配置、性能分析，通過激光焊接前對其功率測試，并將測試數值通過內部計數顯示到監控屏上，對測量值進行監控。

關鍵詞：測量模塊;激光功率;測量;程序

Abstract：With the continuous development and innovation of laser welding technology， laser welding process is also applied to all walks of life， with the laser welding equipment supporting the continuing needs， such as laser power measurement module also will produce， this paper systematically expounded laser power measurement signal transmitted between the cartridge and the PLC and the robot， and the laser power measurement module works using the configuration， performance analysis， its power test， and the test value displayed on the monitor screen by means of laser welding through the front internal counter， the measured values monitoring.

Key words：Measurement module;laser power;Measurement;Program

0? 前言

激光焊到目前依然投入成本高，增加了激光功率模塊對激光焊接前的測量，可有效的控制并監視焊接前激光鏡頭的整體狀態。在以往的焊接工藝中缺少激光功率的終端測量導致功率低時，對工件或焊料不能有效的熔融，人為無法對其監控，從而使焊接工件報廢，且不易查找原因，造成一定量的經濟損失。因此，在激光焊接領域（釬焊，熔焊，切割等）增加激光功率測量，很好的監控了焊接前激光功率保證了焊接質量，具有較強的實用性，在汽車，機械制造等運用激光工藝的領域具有很強的推廣性。

1? 激光功率模塊測量原理

1.1? 測量流程說明

PLC程序通過對焊接工件數量進行計數到達設定值后給予機器人測量釋放信號，使機器人運行功率測量程序到測量位置，進行激光功率測量，并將功率測量值通過測量模塊內部進行計算將數值通過Profinet總線傳遞到WINCC監控屏，并顯示數值，并通過PLC程序設定的報警監控值進行比較后進行報警

1.2? 測量時序過程

①機器人測量位置進行移動，同時打開測量模塊盒;

②反饋測量模塊蓋已打開，開始測量;

③機器人到達測量位置;

④激光脈沖激活;

⑤激光脈沖結束;

⑥機器人運行離開測量位置;

⑦等待測量完成信號

其時序邏輯圖為：

1.3? 功率模塊接口介紹

激光功率測量模塊接口有三種網絡連接類型：

①.帶2個PROFINET光纖接口，2個24V電源接口;②.帶2PROFIBUS網絡接口，2個24V電源接口;③.帶有2個并行端口（4個輸入和16個輸出），1個24V電源接口;本項目所使用到的是上訴第一種類型，即使用2個PROFINET光纖接口和2個24V電源供應接口，接口左側有兩個LED顯示燈，綠色LED等亮起時表示物理連接已經建立。

1.4? 功率測量計算

激光功率測量模塊通過測量激光發射的熱量，激光在允許的時間周期內發射到功率測試片（吸收器），隨著熱量和溫度的上升，激光功率可通過內部邏輯計算而得。其計算公式為：

1.5? 功率測量模塊技術參數

2? PLC程序對模塊的控制設計

2.1? 程序流程圖

2.2? 測量模塊在PLC上的組態

PLC程序利用功率測量模塊GSD文件（包含了所有功率模塊參數型號，名稱等），對其組態，并將組態信息下載到PLC，將激光功率模塊用profinet網線與PLC模塊相連，其組態方法為：

①打開西門子編程軟件，打開現場使用項目;

②打開硬件組態配置，選擇對應測量模塊型號;

③將對應模塊文件添加到profinet總線上;

2.3? 功率測量模塊信號配置

功率測量模塊內數據傳輸通過profinet可分為四個部分：

①配置數據（只可讀，12—35字節）

②變量數據（只可讀，40—71字節）

③狀態數據（只可讀，10—11字節）

④命令數據（只可寫。11字節）

常用到的狀態數據及命令數據配置含義如下

2.4? 計數比較及計數復位程序

運用減法計數器模塊FB134，通過機器人焊接完成信號傳輸到管腳“ZR”端進行計算，將計數值在管腳“Wert”端進行顯示，在管腳“vorgabe”端設定需要計數值，本項目設定為15。每接收到一個焊接完成信號，計數器將設定值減1，并將當計數值與程序中比較塊設定的0進行比較，當計數到達設定值后，將輸出機器人測量釋放信號。當測量合格后，將測量合格信號與測量完成信號串聯對其計數值復位，重新進行計數。程序如下圖所示：

2.5? 功率設定及顯示程序

運用激光功率測試功能塊FB275（大眾標準塊），由輸出管腳“Auf Messung”輸出測量釋放信號，并由輸入管腳“Primes_status”接收功率測量模塊狀態信息，然后在輸入管腳“Soll”、“WarnGW”、“StoeGW”分別輸入功率設定值、警告值、報錯值。當測量功率值低于警告值時，將輸出警告信號，并以每1s的頻率在監控屏指示燈上閃爍;當測量值低于報錯值時，將輸出報錯信號，人為檢查鏡頭狀態（保護鏡片是否污染，透鏡是否灼燒），對其處理完成后在控制面板上點擊確認復位按鈕后，機器人將再次進行測量。當測量值在設定值范圍內，程序將利用測量合格信號及測量完成信號對程序進行復位，并重新計數，進入下個循環。程序如下圖所示：

2.6? wincc監控顯示

Wincc監控顯示畫面通過引用PLC程序變量DB2334 DBW 8（工件焊接計數設置輸入），DB2623 DBX50.0（手動請求測量），DB2623 DBX50.1（功率實際測量值顯示），DB2623 DBX50.2（功率設定值顯示），DB2623 DBX50.3（測量警告顯示），DB2623 DBX50.4（測量報錯顯示）。其顯示界面如下圖所示：

下圖所示：

3? 總結

本文系統概述了激光功率測量模塊的信號配置，技術參數以及工作原理，功率測量模塊通過對激光照射所產生的熱量并進行內部計算，將功率測量值通過PLC編程及Wincc顯示并進行相應報警提示。有效的保障的焊接鏡頭狀態及焊接工件質量，為其他激光焊領域使用功率測量模塊提供了有效的技術支持與參考。

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