Miebach激光焊機激光焦點的研究

石 建

（河北鋼鐵集團唐鋼高強汽車板有限公司，河北 唐山 063000）

Miebach激光焊機集焊接能力強，效率高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點于一身被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，近些年來，國內(nèi)的各大鋼鐵公司冷軋薄板的生越來越多的使用此激光焊機，主要將板材的帶頭和帶尾焊接到一起，在此過程中影響焊縫質(zhì)量的因素有很多，其中激光焦點位置的控制與調(diào)整至關(guān)重要。本文主要通過以下幾個方面來對Miebach激光焊機的焦點位置進行研究。

1 激光焦點控制的原理

Miebach激光焊機激光焦點控制系統(tǒng)主要由激光，激光光路，磁尺編碼器，調(diào)整電機，PLC，控制畫面構(gòu)成，由于焦點位置的調(diào)整精度時0.01mm級別，所以激光焊機選用的磁尺編碼器來控制焦點的移動距離，焦點移動的傳動結(jié)構(gòu)是調(diào)整調(diào)整電機，其控制結(jié)構(gòu)圖如下圖，圖中通過HMI的控制畫面將焦點位置數(shù)據(jù)傳送到PLC中，經(jīng)過PLC程序?qū)⑽恢脭?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的磁尺編碼器可識別的數(shù)據(jù)，同時將啟動電機命令傳送到電機，電機開始帶動焦點裝置移動，編碼器開始測量焦點行程，達到設(shè)定位置后，編碼器將位置數(shù)據(jù)反饋給PLC，PLC在發(fā)送停止電機運行命令，停止電機運行。

圖1 激光焦點的控制結(jié)構(gòu)圖

2 激光焦點參數(shù)的采集原理

激光焦點參數(shù)是Miebach激光焊機焊接參數(shù)中的一個，如果要實現(xiàn)激光焦點參數(shù)的全自動調(diào)整，我們必須實現(xiàn)激光焦點參數(shù)的自動采集，然后通過HMI傳送到焦點控制系統(tǒng)中，下面我們重點研究激光焦點參數(shù)的自動采集原理。Miebach激光焊機在激光焦點參數(shù)的自動采集設(shè)計中首先建立了一個數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表中以鋼材種類和鋼板厚度為依據(jù)進行分類排序，然后將合適的焦點參數(shù)添加在每一類鋼種中，編制完成后，將數(shù)據(jù)表導入焊接系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，然后在PLC編程系統(tǒng)中對WINCC控制畫面進行組態(tài)建立通訊，并在PLC編程系統(tǒng)的DB塊建立鋼種的分類程序來通過鋼種的厚度和種類調(diào)用相應(yīng)的激光焦點參數(shù)，同時為了方便激光焦點參數(shù)的添加與更改，設(shè)計中通過WINCC控制畫面將焦點參數(shù)窗口添加在控制畫面中，以便于操作工或技術(shù)人員的的調(diào)試。

3 激光焦點的標定與調(diào)試

3.1 激光焦點基準零點的標定

在使用Miebach激光焊機前首先要對激光焊機的精度進行測量與標定，其中激光焦點的標定對于焊縫的穩(wěn)定性非常重要，激光焦點標定的目的是通過調(diào)整焦點的位置使激光能量盡可能多的集中在需要焊接的地方，顧名思義，同樣的能量集中在越小的范圍內(nèi)，單位面積的能量越高，所以我們可以利用打點的方式來檢測焦點最適合的焊接參考零點。打點過程中我們將熱敏紙放在焊接的基準面，然后通過手動啟動激光將激光點打在熱敏紙上，在熱敏紙上會形成小孔。在焦點的調(diào)整范圍內(nèi)以1mm步長依次在熱敏紙上打點，打點結(jié)束后，檢查每個位置的小孔，其中小孔最小的那個位置就是能量最集中的焦點位置。然后通過焦點標定窗口將需要的位置輸入到窗口，標定為零位。

3.2 激光焦點位置的標定

激光焦點基準零點標定完成之后，需要對激光焦點進行找正標定，即需要把焦點的位置與焊接板材間隙的位置對正，保證焊接間隙處形成焊縫，一般標定方法采用激光三點測試的方法進行標定，此標定過程我們首先準備好樣板，樣板厚度一般取焊機焊接最大厚度的一半即可，然后將兩塊樣板分別放在焊機的入口夾鉗和出口夾鉗進行剪切對接形成焊接間隙，手動啟動激光在焊接間隙的兩側(cè)和中間進行打點，打點結(jié)束后通過放大鏡檢查焊接間隙是否在激光點正中心，如不在中心通過調(diào)整間隙位置直到兩者對正。

3.3 激光焦點的調(diào)試

激光焦點標定完成之后，由于焊接的的板材厚度和材質(zhì)種類很多，每一種厚度的板材都需要依據(jù)焦點的基準零點測試出一個合適的焦點位置，所以我們需要對焦點參數(shù)進行焊接調(diào)試，準備好各種樣板，首先將焦點位置設(shè)定為0mm位置，然后對對各種樣板進行焊接，將焊接后的焊縫進行測試，找出焊縫質(zhì)量最好的參數(shù)，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。在調(diào)整焦點位置的過程中，焦點位置為正值時，焦點位置向上移動，焦點位置為負值時焦點位置向下移動，示意圖如下，通過多種測試，焦點位置大概調(diào)整在板材厚度的三分之二處較為合適。

4 結(jié)論

Miebach激光焊機在冷軋薄板廠使用越來越多，對公司的生產(chǎn)意義重大，其穩(wěn)定性嚴重影響生產(chǎn)的效率，通過本文我們研究了影響焊機焊縫非常重要的一個參數(shù)，激光焦點，通過對激光焦點的研究我們學習了Miebach激光焦點的控制原理和參數(shù)采集原理，以及激光焦點的標定方法和調(diào)試過程，對提高焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性提供重要的依據(jù)，同時對我們?nèi)粘?shù)的優(yōu)化提供了幫助，可以通過日常生產(chǎn)對焊接參數(shù)進行優(yōu)化，即減少了產(chǎn)線停車調(diào)試的時間，又提高了焊接的效率，為公司創(chuàng)造更大的效益。