本實用新型涉及等離子切割領(lǐng)域，具體涉及一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

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(yè)，其設(shè)備日趨大型化，對厚大型結(jié)構(gòu)件的需求日益增加，迫切需要大量優(yōu)質(zhì)高效的厚板熱切割技術(shù)和裝備。等離子切割具有切割成本低、切割效率高、切割質(zhì)量好等優(yōu)點，得到了廣泛應(yīng)用。

隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人技術(shù)和等離子切割技術(shù)的結(jié)合成為必然趨勢，通過對機器人的編程和控制，實現(xiàn)切割路徑的規(guī)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(lián)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(zhì)量不穩(wěn)定和切割效率較差。因此，結(jié)合機器人技術(shù)、等離子切割技術(shù)、自動控制技術(shù)和逆變電源技術(shù)的機器人等離子切割系統(tǒng)將成為厚板切割領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)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(tǒng)，在切割厚大件時，利用MFC控制面板及程序?qū)崿F(xiàn)等離子電源、機器人、配套設(shè)備的自動化協(xié)同工作，完成高質(zhì)量等離子切割，并能夠?qū)崿F(xiàn)多臺等離子電源的均流并聯(lián)，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。

本實用新型的目的可以通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統(tǒng)，包括用于用戶給定切割方案和切割參數(shù)，設(shè)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(shè)備進行調(diào)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(shù)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(xiàn)機器人穩(wěn)定運動的機器人控制系統(tǒng)、用于實現(xiàn)對切割對象切割作業(yè)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(shù)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(tǒng)通過CAN通信總線連接，所述數(shù)字化等離子切割電源通過電源內(nèi)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(tǒng)的機械臂上。

進一步地，所述CAN通信總線包括CAN通信線、開關(guān)線和電流電壓采集線路。

進一步地，所述機器人控制系統(tǒng)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(yīng)的控制面板。

進一步地，所述數(shù)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(jù)MFC控制面板給定的切割具體工況要求，采用電源均流并聯(lián)算法，利用均流并聯(lián)控制電路，以多臺并聯(lián)輸出或單臺輸出的形式，滿足切割要求。

進一步地，所述數(shù)字化等離子切割電源的均流并聯(lián)控制電路包括STM32系統(tǒng)、逆變驅(qū)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(tǒng)的ADC模塊；逆變驅(qū)動電路分別連接STM32系統(tǒng)的PWM輸出模塊和全橋逆變電路。

進一步地，所述均流并聯(lián)通過如下步驟實現(xiàn)：用戶通過MFC控制面板設(shè)置切割參數(shù)，先由程序判斷設(shè)置的切割電流是否大于設(shè)定數(shù)值，如果大于設(shè)定數(shù)值，則通過CAN通訊設(shè)置兩臺數(shù)字化等離子切割電源并聯(lián)輸出，否則單臺進行工作；若兩臺數(shù)字化等離子切割電源并聯(lián)輸出，則STM32系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)PWM輸出模塊控制逆變驅(qū)動電路的占空比，來控制全橋逆變電路的工作，從而調(diào)節(jié)輸出電流；而輸出電流又經(jīng)整流濾波電路后，通過電流檢測電路反饋到STM32系統(tǒng)中，實現(xiàn)閉環(huán)電流調(diào)節(jié)；數(shù)字化等離子切割電源與數(shù)字化等離子切割電源之間通過CAN通訊實時通訊，使兩臺數(shù)字化等離子切割電源輸出的電流保證均流，實現(xiàn)均流并聯(lián)輸出。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本實用新型采用基于MFC程序的控制面板，擁有良好的人機互動、內(nèi)置參數(shù)功能，操作簡單、界面直觀易懂，能夠?qū)崿F(xiàn)控制機器人按照指定路線對材料進行切割作業(yè)的目的，而且設(shè)置了推薦參數(shù)，讓人工操作更為方便。

2、本實用新型采用機器人與等離子電源協(xié)同工作的等離子切割技術(shù)，切割過程全自動化操作，只需人為設(shè)定切割參數(shù)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(zhì)量好，穩(wěn)定性高的優(yōu)點。

3、本實用新型中的數(shù)字化等離子切割電源，采用高頻逆變技術(shù)，利用設(shè)計的電源均流并聯(lián)算法，實時調(diào)控電流輸出，且可以并聯(lián)多臺電源同時穩(wěn)定切割，具有輸出穩(wěn)定、效率高、壽命長的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1的基于MFC的厚大件機器人等離子切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊示意框圖。

圖2為本實用新型實施例1的均流并聯(lián)控制電路的原理圖。

圖3為本實用新型實施例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(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型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(tǒng)，包括用于用戶給定切割方案和切割參數(shù)，設(shè)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(shè)備進行調(diào)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(shù)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(xiàn)機器人穩(wěn)定運動的機器人控制系統(tǒng)(包括機器人控制柜和機械臂)、用于實現(xiàn)對切割對象切割作業(yè)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(shù)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(tǒng)通過CAN通信總線(包括CAN通信線、開關(guān)線和電流電壓采集線路)連接，所述數(shù)字化等離子切割電源通過電源內(nèi)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(tǒng)的機械臂上。圖1中的①表示：MFC控制面板通過CAN通信，將切割參數(shù)、切割狀態(tài)控制命令、切割故障處理信息等發(fā)送到數(shù)字化等離子切割電源；②表示：數(shù)字化等離子切割電源通過CAN通信，將實時切割狀態(tài)信息和切割故障信息發(fā)送到MFC控制面板進行處理和顯示；③表示：MFC控制面板通過CAN通訊，將機器人運動控制命令、機器人運動位置命令和機器人故障處理信息發(fā)送到機器人控制柜；④表示：機器人控制柜通過CAN通訊，將機器人的位置信息、運動狀態(tài)信息和故障信息發(fā)送到MFC控制面板；⑤表示：數(shù)字化等離子切割電源將開關(guān)信號發(fā)送到氣路裝置，控制氣路裝置的開關(guān)；⑥表示：數(shù)字化等離子切割電源將開關(guān)信號發(fā)送到冷卻裝置，控制冷卻裝置的運作；⑦表示：數(shù)字化等離子切割電源將開關(guān)信號發(fā)送到起弧裝置，控制起弧裝置的開關(guān)；⑧表示：等離子切割電源與等離子切割割炬之間的開關(guān)信號；⑨表示：機器人控制柜驅(qū)動機械臂進行運動；⑩表示：等離子切割割炬機械固定在夾具上，夾具機械固定在機械臂上。

其中，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(yīng)的控制面板。所述數(shù)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(jù)MFC控制面板給定的切割具體工況要求，采用電源均流并聯(lián)算法，利用均流并聯(lián)控制電路，以多臺并聯(lián)輸出或單臺輸出的形式，滿足切割要求。所述數(shù)字化等離子切割電源的均流并聯(lián)控制電路的原理圖如圖2所示，等離子切割電源通過STM32系統(tǒng)的CAN通訊模塊與MFC控制面板相連，所述數(shù)字化等離子切割電源通過均流并聯(lián)控制電路實現(xiàn)多電源均流并聯(lián)，其中包括STM32系統(tǒng)、逆變驅(qū)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(tǒng)的ADC模塊；逆變驅(qū)動電路分別連接STM32系統(tǒng)的PWM輸出模塊和全橋逆變電路。

用戶通過MFC控制面板設(shè)置切割參數(shù)，先由程序判斷設(shè)置的切割電流是否大于設(shè)定數(shù)值，如果大于設(shè)定數(shù)值，則通過CAN通訊設(shè)置兩臺數(shù)字化等離子切割電源并聯(lián)輸出，否則單臺進行工作；若兩臺數(shù)字化等離子切割電源并聯(lián)輸出，則STM32系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)PWM輸出模塊控制逆變驅(qū)動電路的占空比，來控制全橋逆變電路的工作，從而調(diào)節(jié)輸出電流；而輸出電流又經(jīng)整流濾波電路后，通過電流檢測電路反饋到STM32系統(tǒng)中，實現(xiàn)閉環(huán)電流調(diào)節(jié)；數(shù)字化等離子切割電源與數(shù)字化等離子切割電源之間通過CAN通訊實時通訊，使兩臺數(shù)字化等離子切割電源輸出的電流保證均流，實現(xiàn)均流并聯(lián)輸出。

實施例2：

本實施例提供了一種基于實施例1的等離子切割系統(tǒng)的切割方法，工作流程示意圖如圖3所示，包括以下步驟：

步驟S10、選擇切割參數(shù)；

本步驟具體包括以下步驟：在MFC控制面板上，通過步驟S11選擇切割材料及切割厚度，步驟S12會自動生成推薦的切割參數(shù)，切割參數(shù)包括：切割電流、切割速度和切割氣體流量；步驟S13，用戶判斷推薦的切割參數(shù)是否符合要求，如果符合要求就進行步驟S15將切割參數(shù)發(fā)送到數(shù)字化等離子切割電源，如果不符合要求就進行步驟S14對切割參數(shù)進行修改，再進行步驟S15。

步驟S20、切割路徑設(shè)定；

本步驟具體包括以下步驟：在MFC控制面板上對切割路徑進行規(guī)劃，首先進行步驟S21選擇參考坐標系，然后進行步驟S22對切割起點進行設(shè)定，再進行步驟S23對切割終點進行設(shè)定，步驟S24是對切割線路進行示教，判斷切割線路是否符合要求，若符合要求則進行步驟S25將切割路徑發(fā)送到機器人控制系統(tǒng)；若不符合要求，則重新對路徑進行規(guī)劃，返回步驟S22。

步驟S30、進行切割作業(yè)。

本步驟具體包括以下步驟：步驟S31開始切割，步驟S32機械臂到達切割起始位置，步驟S33數(shù)字化等離子切割電源給起弧裝置發(fā)送起弧信號，之后步驟S34等離子電源進行空載輸出，并讓氣路裝置開始送氣；步驟S35起弧裝置開始輸出高頻電壓起弧，步驟S36為判斷起弧是否成功，若不成功則重復步驟S35，若成功則進行步驟S37關(guān)閉起弧裝置；關(guān)閉起弧裝置后，步驟S38機械臂開始運動，步驟S39數(shù)字化等離子切割電源按照MFC控制面板給定的數(shù)值進行恒流輸出并開始切割，如果連接多臺數(shù)字化等離子切割電源則進行多臺并聯(lián)均流輸出；步驟S40判斷是否發(fā)生故障，如果未發(fā)生故障則繼續(xù)工作，到步驟S41判斷機械臂是否達到終點位置，到達終點位置則進行步驟S43數(shù)字化等離子切割電源停止輸出；如果發(fā)生故障，則進行步驟S42進行故障處理，將故障信息發(fā)送到MFC控制面板上處理并顯示，之后進行步驟S43數(shù)字化等離子切割電源停止輸出；等步驟S43結(jié)束之后，步驟S44將滯后斷開氣路裝置的送氣，最后步驟S45結(jié)束切割，等待下次切割命令。

以上所述，僅為本實用新型專利較佳的實施例，但本實用新型專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型專利的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本實用新型專利的保護范圍。