李 超，石 磊，毛玉俊，徐 寧

（江蘇亞威機(jī)床股份有限公司 卷板事業(yè)部，江蘇 揚(yáng)州 225200）

激光連續(xù)落料線是由開卷校平單元、激光切割單元、輸送堆垛單元等多個子單元集成。其中開卷校平單元是將卷料恒張力開卷校平后以板帶的形式連續(xù)輸送到緩沖坑區(qū)，激光切割單元的引料裝置將板料從緩沖區(qū)連續(xù)輸送到激光切割區(qū)域，激光切割單元由CNC 多軸聯(lián)動的激光切割頭以及隨動皮帶組成，保證激光頭在兩段隨動皮帶的接縫處對板料進(jìn)行切割，切割出的小規(guī)格的廢料直接在皮帶接縫處掉入廢料箱，成品及大規(guī)格的廢料由輸送帶輸送到堆垛單元，由多關(guān)節(jié)機(jī)器人配合線陣及面掃相機(jī)的視覺控制篩選拾取出成品料片后放到碼垛臺上堆垛成成品料堆。

1 電控系統(tǒng)方案描述

1.1 開卷校平單元

開卷校平單元電控系統(tǒng)由PLC、HMI、IO 模塊、變頻器、傳感器、能源介質(zhì)、PN/PN Coupler、以太網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備組成。控制器與IO 及變頻器之間采用Profinet 總線網(wǎng)絡(luò)通訊，操作按鈕、傳感器元器件將開關(guān)量、模擬量等控制和反饋信號通過IO 模塊傳送給PLC，PLC 內(nèi)部的邏輯化程序?qū)π盘柼幚砗罂刂埔簤洪y、氣閥、電機(jī)等執(zhí)行元器件動作，而其中核心設(shè)備的主傳動更是靈活使用變頻器的轉(zhuǎn)矩、VF、矢量等多種控制方式，從而實(shí)現(xiàn)了該單元的恒張力開卷、引料、清洗、校平等多種加工工藝。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 開卷校平單元網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

1.2 激光切割單元

激光控制單元以西門子840D SL 數(shù)控系統(tǒng)為核心，集成結(jié)構(gòu)緊湊、高功率密度的SINAMICS S120 驅(qū)動系統(tǒng)從而控制多達(dá)27 個伺服軸，并建立了雙通道來對兩組龍門軸進(jìn)行高響應(yīng)的運(yùn)動插補(bǔ)控制和激光頭的隨動控制。該系統(tǒng)在內(nèi)部集成了一種CNC 高級語言，提供了很高程度的編程自由，且可實(shí)現(xiàn)CNC與PLC 之間數(shù)據(jù)的高效交換。

在此基礎(chǔ)上還結(jié)合了SIMATIC S7-300 PLC 系統(tǒng)，對復(fù)雜的外圍的設(shè)備進(jìn)行控制，如水冷機(jī)、除塵機(jī)的開關(guān)控制、氣體壓力的比例調(diào)節(jié)和激光頭功率的PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制。此外，激光切割系統(tǒng)主要采用IPG 的激光發(fā)生器和普雷的激光頭，在切割過程中通過調(diào)焦器ADAPTER 實(shí)現(xiàn)自動調(diào)焦，通過調(diào)高器EG8030 實(shí)時反饋的電壓信號來保證割嘴間隙的高度從而保證隨動控制的可靠性。

對于加工方面，專門研發(fā)了針對雙激光頭的CAM 軟件，實(shí)現(xiàn)工件CAD 圖形的導(dǎo)入，自動套料排版、生成加工程序的系統(tǒng)管理，大大提高了系統(tǒng)的柔性化。

1.3 機(jī)器人視覺抓取堆垛單元

堆垛系統(tǒng)包括PLC 邏輯控制單元、輸送器傳動單元、相機(jī)智能識別和KUKA 機(jī)器人抓取單元四個部分。其中PLC 邏輯控制單元通過PN/PN Coupler實(shí)現(xiàn)與激光系統(tǒng)的通訊，獲取板料的加工信息，并通過配置在輸送器末端的編碼器測算板料的實(shí)時位置來觸發(fā)同步信號給機(jī)器人。此外PLC 還通過PN 總線通訊進(jìn)行抓取板料時的抽真空處理和碼垛小車的變頻控制等輔助動作。當(dāng)機(jī)器人收到同步信號，且板料進(jìn)入同步區(qū)后，機(jī)器人按照示教器示教的曲線對零件進(jìn)行同步抓取。與此同時，智能相機(jī)通過對零件的固定姿態(tài)拍照并與參考的姿態(tài)做對比計算出零件位置和旋轉(zhuǎn)角度的相對變化，最后在機(jī)器人下料過程中加以修正并加以隨高等功能從而實(shí)現(xiàn)板料碼垛的整齊性。

圖2 激光切割單元網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

圖3 視覺機(jī)器人抓取堆垛單元網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

圖4 各單元間數(shù)據(jù)接口

1.4 各單元間數(shù)據(jù)接口

數(shù)控單元和開卷單元或機(jī)器人單元之間的工藝接口按照信號的傳遞方向可劃分為6 類：

（1）開卷單元（PLC）→數(shù)控單元（NC）工藝接口：板料信息、開卷送料執(zhí)行結(jié)果。

（2）數(shù)控單元（NC）→開卷單元（PLC）工藝接口：開卷送料執(zhí)行信號、開卷送料速度信號。

（3）開卷單元（PLC）→數(shù)控單元（NC）工藝接口：設(shè)備信息。

（4）數(shù)控單元（NC）→機(jī)器人單元（PC）工藝接口：板料信息、數(shù)控軸當(dāng)前位置。

（5）機(jī)器人單元（PC）→數(shù)控單元（NC）工藝接口：堆垛狀態(tài)加工結(jié)果。

（6）數(shù)控單元（NC）→機(jī)器人單元（PC）工藝接口：設(shè)備狀態(tài)。

通過使用TCP、S7、Profinet 等，基于工業(yè)以太網(wǎng)的通信方式完成各個單元之間的工藝接口數(shù)據(jù)的交換任務(wù)。

2 結(jié)束語

本文對激光連續(xù)落料線的電控系統(tǒng)進(jìn)行了初探，首先講述了各子單元的電控系統(tǒng)組成、核心控制方法以及該單元下各子設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后對各個單元間的數(shù)據(jù)接口組成進(jìn)行了簡單規(guī)劃與介紹。激光落料線作為一種新型的加工生產(chǎn)線，其柔性化的加工過程在適應(yīng)現(xiàn)代汽車對高強(qiáng)度鋼、鋁合金的加工要求的同時也滿足了現(xiàn)代汽車快速換型以及小批量試制的要求，具備較為廣闊的發(fā)展空間。