一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統及切割方法技術方案

本發明專利技術公開了基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統及切割方法，所述系統包括MFC控制面板、等離子切割電源、機器人控制系統、等離子切割割炬及夾具、氣路裝置、冷卻裝置、起弧裝置和連接線路，MFC控制面板一端與等離子切割電源連接，一端與機器人控制系統連接，等離子切割電源控制氣路裝置、冷卻裝置和起弧裝置工作，并通過連接線路連接至等離子切割割炬，等離子切割割炬通過夾具連接到機器人控制系統的機械臂。所述方法包括以下步驟：選擇切割參數、切割路徑設定、進行切割作業。本發明專利技術通過MFC程序與數字化電路的結合，利用CAN通訊總線實現了自動化厚大件材料等離子切割，通過電源均流并聯技術實現了多臺等離子電源并聯切割。

Plasma cutting system and cutting method for thick heavy robot based on MFC

The invention discloses a thick bulky MFC robot plasma cutting system and cutting method based on the system, including MFC control panel, plasma cutting power supply, the control system of robot, plasma cutting torch and fixture, pneumatic device, cooling device, ignition device and connection circuit, MFC control panel end and plasma cutting power supply connection end connected with the robot control system, power control device, gas cooling device and arc plasma cutting device, and the connecting line is connected to the plasma cutting torch, plasma cutting torch attached to the manipulator control system by the fixture. The method comprises the following steps: selecting cutting parameters, cutting path setting and performing cutting operations. The present invention by combining MFC program and digital circuit, realize automatic plasma cutting using CAN thick bulky material communication bus, through the power flow parallel technology to realize the parallel connection of a plurality of plasma cutting power supply.

【技術實現步驟摘要】
一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統及切割方法
本專利技術涉及等離子切割領域，具體涉及一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統及切割方法。
技術介紹
近年來，在海洋工程、核電、航空航天、船舶、石油化工等裝備制造業，其設備日趨大型化，對厚大型結構件的需求日益增加，迫切需要大量優質高效的厚板熱切割技術和裝備。等離子切割具有切割成本低、切割效率高、切割質量好等優點，得到了廣泛應用。隨著機器人技術的發展，機器人技術和等離子切割技術的結合成為必然趨勢，通過對機器人的編程和控制，實現切割路徑的規劃，顯著提高了等離子切割的加工能力和切割效率，對厚大件和復雜形狀的切割具有重要意義。在厚大件等離子切割時，受限于等離子電源的功率，普遍采取的是多臺電源簡單并聯切割來提高切割功率。由于每臺電源輸出特性的不同，容易造成輸出電流不均，從而導致切割質量不穩定和切割效率較差。因此，結合機器人技術、等離子切割技術、自動控制技術和逆變電源技術的機器人等離子切割系統將成為厚板切割領域的未來發展方向。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述現有技術的不足，提供了一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，在切割厚大件時，利用MFC控制面板及程序實現等離子電源、機器人、配套設備的自動化協同工作，完成高質量等離子切割，并能夠實現多臺等離子電源的均流并聯，提供更大工作功率和工作效率，滿足厚大件材料的切割要求。本專利技術的另一目的在于提供一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割方法。本專利技術的目的可以通過如下技術方案實現：一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，包括用于用戶給定切割方案和切割參數，設定機器人運動軌跡，控制切割流程，顯示和處理故障信息并對設備進行調試的MFC控制面板、接收MFC控制面板給定信息并反饋切割信息及故障信息，控制氣路裝置，冷卻裝置及起弧裝置工作的數字化等離子切割電源、接收和反饋機器人運動信息及故障信息并實現機器人穩定運動的機器人控制系統、用于實現對切割對象切割作業的等離子切割割炬及夾具、提供等離子切割過程中所用氣體的氣路裝置、對等離子電源及等離子切割割炬進行冷卻的冷卻裝置、為等離子切割提供起弧的起弧裝置以及連接線路，所述MFC控制面板一端與數字化等離子切割電源依靠14芯通訊總線連接，另一端與機器人控制系統通過CAN通信總線連接，所述數字化等離子切割電源通過電源內部的繼電器模塊控制氣路裝置、冷卻裝置和起弧裝置工作，并通過連接線路連接至等離子切割割炬，所述等離子切割割炬通過夾具連接到機器人控制系統的機械臂上。進一步地，所述CAN通信總線包括CAN通信線、開關線和電流電壓采集線路。進一步地，所述機器人控制系統包括機器人控制柜和機械臂。進一步地，所述MFC控制面板能夠針對等離子切割具體的工況，采用MFC程序編寫出相應的控制面板。進一步地，所述數字化等離子切割電源的主電路采用全橋逆變電路拓撲，能夠根據MFC控制面板給定的切割具體工況要求，采用電源均流并聯算法，利用均流并聯控制電路，以多臺并聯輸出或單臺輸出的形式，滿足切割要求。進一步地，所述數字化等離子切割電源的均流并聯控制電路包括STM32系統、逆變驅動電路、三相整流電路、全橋逆變電路、整流濾波電路和電流檢測電路，所述三相整流電路、全橋逆變電路和整流濾波電路依次連接；三相整流電路與三相電源輸入端連接；整流濾波電路與等離子切割割炬連接；電流檢測電路分別連接整流濾波電路與STM32系統的ADC模塊；逆變驅動電路分別連接STM32系統的PWM輸出模塊和全橋逆變電路。進一步地，所述均流并聯通過如下步驟實現：用戶通過MFC控制面板設置切割參數，先由程序判斷設置的切割電流是否大于設定數值，如果大于設定數值，則通過CAN通訊設置兩臺數字化等離子切割電源并聯輸出，否則單臺進行工作；若兩臺數字化等離子切割電源并聯輸出，則STM32系統通過調節PWM輸出模塊控制逆變驅動電路的占空比，來控制全橋逆變電路的工作，從而調節輸出電流；而輸出電流又經整流濾波電路后，通過電流檢測電路反饋到STM32系統中，實現閉環電流調節；數字化等離子切割電源與數字化等離子切割電源之間通過CAN通訊實時通訊，使兩臺數字化等離子切割電源輸出的電流保證均流，實現均流并聯輸出。本專利技術的另一目的可以通過如下技術方案實現：一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割方法，所述方法包括以下步驟：步驟1、選擇切割參數：用戶在MFC控制面板上選擇切割材料及切割厚度，MFC控制面板自動生成推薦的切割參數，包括：切割電流、切割速度和切割氣體流量；用戶判斷推薦的切割參數是否符合要求，如果符合要求就將切割參數發送到數字化等離子切割電源，如果不符合要求就對切割參數進行修改后再將切割參數發送到數字化等離子切割電源；步驟2、切割路徑設定：用戶通過MFC控制面板對切割路徑進行規劃，MFC控制面板對切割線路進行示教，用戶判斷切割線路是否符合要求，若符合要求則將切割路徑發送到機器人控制系統；若不符合要求，則重新對路徑進行規劃；步驟3、進行切割作業：機器人控制系統的機械臂首先到達切割起始位置，數字化等離子切割電源給起弧裝置發送起弧信號，等離子電源進行空載輸出，并令氣路裝置開始送氣；起弧裝置輸出高頻電壓起弧，數字化等離子切割電源判斷起弧是否成功，若不成功則重復起弧步驟，若成功則關閉起弧裝置，機械臂開始運動，數字化等離子切割電源按照MFC控制面板給定的數值進行恒流輸出并沿切割路徑開始切割，如果連接多臺數字化等離子切割電源則進行多臺并聯均流輸出；在切割過程中一并進行故障判斷操作，如果未發生故障則繼續切割工作，直至機械臂達到終點位置，數字化等離子切割電源停止輸出，斷開氣路裝置的送氣，結束切割，等待下次切割命令；如果發生故障，將故障信息發送到MFC控制面板上處理并顯示，數字化等離子切割電源停止輸出，斷開氣路裝置的送氣，結束切割。進一步地，步驟2中，用戶對切割路徑設定時，能夠根據要求自行選擇機器人參考運動坐標系，空間坐標系或軸坐標系，并能夠自行選擇機械臂運動路徑的起點和終點。本專利技術與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：1、本專利技術采用基于MFC程序的控制面板，擁有良好的人機互動、內置參數功能，操作簡單、界面直觀易懂，能夠實現控制機器人按照指定路線對材料進行切割作業的目的，而且設置了推薦參數，讓人工操作更為方便。2、本專利技術采用機器人與等離子電源協同工作的等離子切割技術，切割過程全自動化操作，只需人為設定切割參數和切割路徑，適合要求加工精度高、加工條件復雜的厚大件切割，具有切割位置精確、操控簡單、自動化程度高、切割質量好，穩定性高的優點。3、本專利技術中的數字化等離子切割電源，采用高頻逆變技術，利用設計的電源均流并聯算法，實時調控電流輸出，且可以并聯多臺電源同時穩定切割，具有輸出穩定、效率高、壽命長的優點。附圖說明圖1為本專利技術實施例1的基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統的結構模塊示意框圖。圖2為本專利技術實施例1的均流并聯控制電路的原理圖。圖3為本專利技術實施例2的基于MFC的厚大件機器人等離子切割方法的工作流程示意圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本專利技術作進一步詳細的描述，但本專利技術的實施方式不限于此。實施例1：如圖1所示，本實施例提供了一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，包括本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，其特征在于：包括用于用戶給定切割方案和切割參數，設定機器人運動軌跡，控制切割流程，顯示和處理故障信息并對設備進行調試的MFC控制面板、接收MFC控制面板給定信息并反饋切割信息及故障信息，控制氣路裝置，冷卻裝置及起弧裝置工作的數字化等離子切割電源、接收和反饋機器人運動信息及故障信息并實現機器人穩定運動的機器人控制系統、用于實現對切割對象切割作業的等離子切割割炬及夾具、提供等離子切割過程中所用氣體的氣路裝置、對等離子電源及等離子切割割炬進行冷卻的冷卻裝置、為等離子切割提供起弧的起弧裝置以及連接線路，所述MFC控制面板一端與數字化等離子切割電源依靠14芯通訊總線連接，另一端與機器人控制系統通過CAN通信總線連接，所述數字化等離子切割電源通過電源內部的繼電器模塊控制氣路裝置、冷卻裝置和起弧裝置工作，并通過連接線路連接至等離子切割割炬，所述等離子切割割炬通過夾具連接到機器人控制系統的機械臂上。

【技術特征摘要】
1.一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，其特征在于：包括用于用戶給定切割方案和切割參數，設定機器人運動軌跡，控制切割流程，顯示和處理故障信息并對設備進行調試的MFC控制面板、接收MFC控制面板給定信息并反饋切割信息及故障信息，控制氣路裝置，冷卻裝置及起弧裝置工作的數字化等離子切割電源、接收和反饋機器人運動信息及故障信息并實現機器人穩定運動的機器人控制系統、用于實現對切割對象切割作業的等離子切割割炬及夾具、提供等離子切割過程中所用氣體的氣路裝置、對等離子電源及等離子切割割炬進行冷卻的冷卻裝置、為等離子切割提供起弧的起弧裝置以及連接線路，所述MFC控制面板一端與數字化等離子切割電源依靠14芯通訊總線連接，另一端與機器人控制系統通過CAN通信總線連接，所述數字化等離子切割電源通過電源內部的繼電器模塊控制氣路裝置、冷卻裝置和起弧裝置工作，并通過連接線路連接至等離子切割割炬，所述等離子切割割炬通過夾具連接到機器人控制系統的機械臂上。2.根據權利要求1所述的一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，其特征在于：所述CAN通信總線包括CAN通信線、開關線和電流電壓采集線路。3.根據權利要求1所述的一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，其特征在于：所述機器人控制系統包括機器人控制柜和機械臂。4.根據權利要求1所述的一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，其特征在于：所述MFC控制面板能夠針對等離子切割具體的工況，采用MFC程序編寫出相應的控制面板。5.根據權利要求1所述的一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，其特征在于：所述數字化等離子切割電源的主電路采用全橋逆變電路拓撲，能夠根據MFC控制面板給定的切割具體工況要求，采用電源均流并聯算法，利用均流并聯控制電路，以多臺并聯輸出或單臺輸出的形式，滿足切割要求。6.根據權利要求5所述的一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，其特征在于：所述數字化等離子切割電源的均流并聯控制電路包括STM32系統、逆變驅動電路、三相整流電路、全橋逆變電路、整流濾波電路和電流檢測電路，所述三相整流電路、全橋逆變電路和整流濾波電路依次連接；三相整流電路與三相電源輸入端連接；整流濾波電路與等離子切割割炬連接；電流檢測電路分別連接整流濾波電路與STM32系統的ADC模塊；逆變驅動電路分別連接STM32系統的PWM輸出模塊和全橋逆變電路。7.根據權利要求5或6所述的一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統，其特征在于：所述均流并聯控制電路通過如下步驟...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王振民，朱磊，韋俊好，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44