基于ABB机器人的激光切割系统设计

基于ABB机器人的激光切割系统设计

林必忠

关键词：机器人；激光切割；触摸屏；PLC

一、系统概述

工业机器人激光切割系统主要由ABB机器人、西门子PLC可编程控制器、触摸人机界面、激光器、切割头、冷水机、工作台、安全防护装置等组成，ABB工业机器人采用的是IRB1600，PLC控制器采用西门子CPU1214C/DC/DC/DC,触摸人机界面采用的是MCGSTPC1262Hi，激光器采用单模连续光纤激光器500W。

系统工作流程：

（1）当切割平台上放置好被切割铁板后，并确保冷水机上电且工作正常。

（2）在冷水机工作正常的情况下，通过触摸屏给激光器上电。

（3）激光器上电后，通过触摸屏选择要切割的图形，并按下“开始切割”按钮。

（4）机器人带动切割头开始按照预设形状进行切割。

（5）切割完成后，机器人停止激光输出并回到原位。

二、硬件系统设计

2.1机器人系统采用ABBIRB1600,负载10KG，配有激光切割头，

通水管、通气管等装置。

2.1.1.机械手

机械手是由六个转轴组成的空间六杆开链机构，理论上可达到

运动范围内空间任何一点。六个转轴均有AC伺服电机驱动，

每个电机后均有编码器。每个转轴均带有一个齿轮箱，机械

手运动精度(综合)达正负0.05mm至正负0.2mm。机械手带有手

动松闸按钮，用于维修时使用。机械手带有平衡气缸或弹簧。

机械手带有串口测量板(SMB)，测量板带有六节可充电的镍铬电池，起保存数据作用。

2.1.2控制柜

包含：主电源开关、示教器、操作面板、磁盘驱动器等

2.2激光器

采用武汉华工RFL-C500500W功率激光器，提供了三种控制模式可供选择，分别是：超级终端,RS-232和AD模式。超级终端模式是一种基本模式；RS-232和AD模式属于外控模式。在超级终端模式和RS-232模式中,你可以设置连续和调试模式下的所有参数，而在AD模式下，输出功率受输入的模拟电压信号控制,出光受调制信号控制。我们有传感器来监控激光器的输出状态，一旦有异常发生激光器会立即停止工作，并将故障信息通过RS-232串口发送出去。

本系统采用AD模式控制，AD模式也属于外控模式。在AD模式下，输出功率受外部模拟电压信号控制。

AD模式下的操作：在激光器上电之前，请检查激光器状态是否符合以下几种要求：

1)激光器后面板DB25控制接口7、9管脚需提供24V高电平。

2)电源线及控制线连接正确且电压符合产品要求。

3)前面板按钮处于弹起位置。

4)钥匙开关处于关断状态。

5)Interlock状态正确。

6)将水冷系统接好，冷水机开始工作并且水温已经处于合适的工作温度（25℃左右），并检查整个水路系统和接头是否存在漏水现象。

2.3冷水机

激光冷水机采用武汉汉立JLYG-25/22-QG，是工业制冷机对激光行业的一种个别化应用，激光冷水机主要是对激光设备的激光发生器进行水循环冷却，并控制激光发生器的使用温度，使激光发生器可以长时间保持正常工作。激光设备在长时间运行过程中，激光发生器会不断产生高温，温度过高就会影响激光发生器的正常工作，所以需要激光冷水机进行水循环冷却控温。

冷水机正面面板可进行温度设定，后面进出水管连接激光头。在设备工作之前一定要先确保冷水机工作正常，在冷水机出上电时，请不要立刻使用，出上电时冷水机制冷还未开始，此时温度呈上升趋势。应待冷水机制冷压缩机工作后再启动激光器进行切割操作。

2.4防护系统

防护系统包括防护围栏、门限位、光幕传感器及警示灯等组成，起到一定安全防护及异常报警的作用，围栏门被打开时，系统警示灯可通过闪烁提示警告。

在设备运行时，请勿进入防护围栏内。

2.5控制系统

控制系统由西门子CPU1214C/DC/DC/DC、MCGS触摸屏、交换机及低压元器件等组成。PLC作为处理单元，通过采集外部传感器及限位开关信号，集中处理后输出控制电磁阀、机器人。

MCGS触摸屏作为上位机监控界面，可以对激光切割系统进行上电、切割选择等操作。

三、软件系统设计(由于篇幅限制，只列出以下两部分)

3.1激光切割部分程序

四、系统使用

4.1运行前准备工作

在设备运行前，请确保各机构（冷水机、控制柜、机器人、空气压缩机）供电正常，（空气压缩机）供气正常，机器人系统无紧急急停情况。

操作的顺序：冷水机上电；确保空气压缩机工作正常，且空气压缩机出气开关打开；放置被切割铁板；复位机器人手臂位置。

4.2系统运行

在准备工作完毕后，确保PLC内、机器人控制器内程序正常的情况下，请按照以下步骤启动系统自动运行。

操作的顺序：机器人手动模式转为自动模式；激光器上电；触摸屏上先选择要切割的外形。

4.3设备停机

当设备需要停机时，请按照以下步骤进行操作。

1)首先通过触摸屏关闭激光器电源。

2)然后将机器人系统通过控制器面板钥匙开关旋至手动模式，使机器人处于手动模式下。

3)然后依次关闭机器人系统电源、控制柜电源、空气压缩机电源。

4)最后关闭冷水机电源。

参考文献

[1]叶晖.工业机器人实操与应用技巧第2版[M].北京：机械工业出版社,2017.09.

[2]魏志丽，林燕文主编.工业机器人应用基础基于ABB机器人[M].北京：北京航空航天大学出版社,2016.11.

[3]朱文杰编著.S7-1200PLC编程设计与应用[M].北京：机械工业出版社,2017.03.

[4]王传艳，陈婧主编.MCGS触摸屏组态控制技术[M].北京：北京师范大学出版社,2015.08.