激光焊接机精密控制系统的新设计

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1、曰应用技术激光焊接机精密控制系统的新设计牛增强‘，2彭文达2牛憨笨2(l.中国科学院西安光学精密机械研究所研究生部2.深圳大学光电子学研究所)摘要:文章介绍了波形控制功率负反馈YAG激光焊接机控制系统的主要功能、设计思路及软硬件系统的设计方法。该设计提高了焊接机的激光输出功率稳定度，扩大了激光焊接机的应用领域。关键词:激光焊接机;激光功率;远程控制;波形控制1引言组传感器信号(模拟和数字)，遇到异常时应立即关断大功率电源系统并报警。激光焊接作为一种优质高效的焊接方法，在机械具备RS礴85通信功能:接受本机远程控制系统制造、汽

2、车工业、生物医学、微电子行业、航空航天和外部32台机器控制及联动等。和国防工业等领域得到了日益广泛的应用卜5]。预燃和充放电控制功能:能够控制焊接机预燃单传统的激光焊接机大多为电流负反馈非实时控元、充电单元和放电单元工作，实时向放电单元输出制激光焊接机，其控制精度差，自动化和安全可靠性所设定的激光功率波形信号，接收激光功率检测单元等方面都存在较大的缺点，很难满足越来越高的工业的实际激光功率和电功率信号并进行运算，确定激光自动化生产要求。输出功率是否在允许范围内。根据以上的焊接机系统焊接实验表明，改变激光能量输出波形，可以极功

3、能要求，确定控制系统工作方式如下:大的改善焊接质量:例如，用功率波形为方波的激光(1)考虑到软件控制需要AID、DIA变换和运焊接铜铝等金属材料时，容易引起飞溅，而采用梯形算，控制时间无法满足焊接机高速实时控制的需要，脉冲波形进行焊接，则不容易引起飞溅。另外，通过因此对焊接机充电、放电反馈系统采用硬件控制、可激光功率负反馈控制可以有效的提高输出能量的稳使控制周期达到20微妙并可极大的提高激光功率输定度，减少产品不良率。为此，我们设计研发了波形出稳定度;软件系统负责实时检测、通讯、运算、存控制激光功率负反馈激光焊接机。储和输入

4、输出。本研究根据波形控制激光功率负反馈焊接机在(2)有时为了安全和操作方便，系统工作时需安全设置、功能实现、远程控制、多机联动及自动化要操作界面远离焊接机，因此将焊接机控制系统分为生产等方面的要求，设计提出了一套完整的解决方案两部分:一部分为输入显示系统，实现焊接机工作状并成功实现了产业化。态的设定、更改、监视、错误记录查询及通讯;另一2系统的主要功能及设计方案部分为主控系统，负责实时检测控制系统的运行、记焊接机控制系统具备以下主要功能:录、运算和存储数据等.人机对话功能:用户可以通过人机界面实现焊接(3)输入显示系统与主控

5、系统之间采用RS485机工作状态的设定、更改、监视和错误记录查询。串行通讯方式;外部控制分为阳控制和Rs礴85串完成系统自动检测和实时故障检测及报警:开机行通讯两种模式，由用户根据实际需要选择。时，软件系统应能够自行完成初始状态检测，并能够3系统硬件设计和人机界面进行通讯，且具有一定的抗干扰能力。具根据焊接机控制系统构成复杂，控制及监视信号备实时监测激光焊接机工作的功能:能够实时检测27万方数据量较大的特点，输入显示系统与主控系统都采用了日控制部分包括紧急停止信号、机箱打开信号、冷却水立32位高速DsP处理器SH7051[6

6、]。其内部含有:16流量开关信号、控制锁关闭信号等，这些信号异常时，个32位通用寄存器、3个32位控制寄存器、4个32会威胁到人身或机器安全，应立即停止工作并发出报位系统寄存器;片内32位乘法器;256MFLASH警信号，此时采用软硬件同时处理的办法进行安全控存储器、10KBRAM存储器:118个输刀输出端口;制;出现上述异常时，在硬件上使充电单元、放电单内置16个10Bit分时刀D变换器。该控制芯片具备元、预燃单元和冷却单元停止工作，同时软件也采用强大的信号处理功能，可以满足上述焊接机系统的控相应的控制措施使上述单元停止工

7、作并发出报警信制要求。焊接机的充电电路、放电电路、预燃电路、号;另一部分安全控制信号为二级安全信号，如充电激光功率检测电路和冷却系统硬件控制电路等较为异常信号、放电异常信号、预燃异常信号等，出现这繁杂，本文暂不作介绍。采用SH7051构成的控制系些异常信号不会立即造成人身和机器安全问题，就由统组成框图如图1所示。软件在一个检测周期内检测及控制即可。.通讯部分:与输入显示系统的通讯采用RS485通讯接口采用二线制可实现真正的多点双向通信;与外部控制设备的连接控制同样采用RS485串行通讯方式，最大可控制32台设备同时联动工作。

8、.波形输出:焊接机工作时的激光功率波形通过输入显示系统设定完成后，传入主控CFU，主控CPU在系统工作当中实时送出波形数据，该数据通过创A变换变成随时间变化的激光功率波形模拟信号传入焊接机放电控制单元，实现波形控制输出。.模拟输入信号:本系统的模拟输入信号主要有3个。①实际输出激光功率信号