基于PLC控制的激光功率測量模塊應(yīng)用

何軍 項(xiàng)飛

摘 要：隨著激光焊技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，激光焊工藝也運(yùn)用到了各行各業(yè)，隨著激光焊配套的設(shè)備不斷需求，如激光功率測量模塊的應(yīng)用也隨之產(chǎn)生，本篇論文系統(tǒng)地闡述了激光功率測量盒與PLC及機(jī)器人間的信號傳遞，以及激光功率測量模塊的工作原理、使用配置、性能分析，通過激光焊接前對其功率測試，并將測試數(shù)值通過內(nèi)部計(jì)數(shù)顯示到監(jiān)控屏上，對測量值進(jìn)行監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：測量模塊;激光功率;測量;程序

Abstract：With the continuous development and innovation of laser welding technology， laser welding process is also applied to all walks of life， with the laser welding equipment supporting the continuing needs， such as laser power measurement module also will produce， this paper systematically expounded laser power measurement signal transmitted between the cartridge and the PLC and the robot， and the laser power measurement module works using the configuration， performance analysis， its power test， and the test value displayed on the monitor screen by means of laser welding through the front internal counter， the measured values monitoring.

Key words：Measurement module;laser power;Measurement;Program

0? 前言

激光焊到目前依然投入成本高，增加了激光功率模塊對激光焊接前的測量，可有效的控制并監(jiān)視焊接前激光鏡頭的整體狀態(tài)。在以往的焊接工藝中缺少激光功率的終端測量導(dǎo)致功率低時(shí)，對工件或焊料不能有效的熔融，人為無法對其監(jiān)控，從而使焊接工件報(bào)廢，且不易查找原因，造成一定量的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在激光焊接領(lǐng)域（釬焊，熔焊，切割等）增加激光功率測量，很好的監(jiān)控了焊接前激光功率保證了焊接質(zhì)量，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，在汽車，機(jī)械制造等運(yùn)用激光工藝的領(lǐng)域具有很強(qiáng)的推廣性。

1? 激光功率模塊測量原理

1.1? 測量流程說明

PLC程序通過對焊接工件數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)到達(dá)設(shè)定值后給予機(jī)器人測量釋放信號，使機(jī)器人運(yùn)行功率測量程序到測量位置，進(jìn)行激光功率測量，并將功率測量值通過測量模塊內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算將數(shù)值通過Profinet總線傳遞到WINCC監(jiān)控屏，并顯示數(shù)值，并通過PLC程序設(shè)定的報(bào)警監(jiān)控值進(jìn)行比較后進(jìn)行報(bào)警

1.2? 測量時(shí)序過程

①機(jī)器人測量位置進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)打開測量模塊盒;

②反饋測量模塊蓋已打開，開始測量;

③機(jī)器人到達(dá)測量位置;

④激光脈沖激活;

⑤激光脈沖結(jié)束;

⑥機(jī)器人運(yùn)行離開測量位置;

⑦等待測量完成信號

其時(shí)序邏輯圖為：

1.3? 功率模塊接口介紹

激光功率測量模塊接口有三種網(wǎng)絡(luò)連接類型：

①.帶2個(gè)PROFINET光纖接口，2個(gè)24V電源接口;②.帶2PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)接口，2個(gè)24V電源接口;③.帶有2個(gè)并行端口（4個(gè)輸入和16個(gè)輸出），1個(gè)24V電源接口;本項(xiàng)目所使用到的是上訴第一種類型，即使用2個(gè)PROFINET光纖接口和2個(gè)24V電源供應(yīng)接口，接口左側(cè)有兩個(gè)LED顯示燈，綠色LED等亮起時(shí)表示物理連接已經(jīng)建立。

1.4? 功率測量計(jì)算

激光功率測量模塊通過測量激光發(fā)射的熱量，激光在允許的時(shí)間周期內(nèi)發(fā)射到功率測試片（吸收器），隨著熱量和溫度的上升，激光功率可通過內(nèi)部邏輯計(jì)算而得。其計(jì)算公式為：

1.5? 功率測量模塊技術(shù)參數(shù)

2? PLC程序?qū)δK的控制設(shè)計(jì)

2.1? 程序流程圖

2.2? 測量模塊在PLC上的組態(tài)

PLC程序利用功率測量模塊GSD文件（包含了所有功率模塊參數(shù)型號，名稱等），對其組態(tài)，并將組態(tài)信息下載到PLC，將激光功率模塊用profinet網(wǎng)線與PLC模塊相連，其組態(tài)方法為：

①打開西門子編程軟件，打開現(xiàn)場使用項(xiàng)目;

②打開硬件組態(tài)配置，選擇對應(yīng)測量模塊型號;

③將對應(yīng)模塊文件添加到profinet總線上;

2.3? 功率測量模塊信號配置

功率測量模塊內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸通過profinet可分為四個(gè)部分：

①配置數(shù)據(jù)（只可讀，12—35字節(jié)）

②變量數(shù)據(jù)（只可讀，40—71字節(jié)）

③狀態(tài)數(shù)據(jù)（只可讀，10—11字節(jié)）

④命令數(shù)據(jù)（只可寫。11字節(jié)）

常用到的狀態(tài)數(shù)據(jù)及命令數(shù)據(jù)配置含義如下

2.4? 計(jì)數(shù)比較及計(jì)數(shù)復(fù)位程序

運(yùn)用減法計(jì)數(shù)器模塊FB134，通過機(jī)器人焊接完成信號傳輸?shù)焦苣_“ZR”端進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)數(shù)值在管腳“Wert”端進(jìn)行顯示，在管腳“vorgabe”端設(shè)定需要計(jì)數(shù)值，本項(xiàng)目設(shè)定為15。每接收到一個(gè)焊接完成信號，計(jì)數(shù)器將設(shè)定值減1，并將當(dāng)計(jì)數(shù)值與程序中比較塊設(shè)定的0進(jìn)行比較，當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)設(shè)定值后，將輸出機(jī)器人測量釋放信號。當(dāng)測量合格后，將測量合格信號與測量完成信號串聯(lián)對其計(jì)數(shù)值復(fù)位，重新進(jìn)行計(jì)數(shù)。程序如下圖所示：

2.5? 功率設(shè)定及顯示程序

運(yùn)用激光功率測試功能塊FB275（大眾標(biāo)準(zhǔn)塊），由輸出管腳“Auf Messung”輸出測量釋放信號，并由輸入管腳“Primes_status”接收功率測量模塊狀態(tài)信息，然后在輸入管腳“Soll”、“WarnGW”、“StoeGW”分別輸入功率設(shè)定值、警告值、報(bào)錯(cuò)值。當(dāng)測量功率值低于警告值時(shí)，將輸出警告信號，并以每1s的頻率在監(jiān)控屏指示燈上閃爍;當(dāng)測量值低于報(bào)錯(cuò)值時(shí)，將輸出報(bào)錯(cuò)信號，人為檢查鏡頭狀態(tài)（保護(hù)鏡片是否污染，透鏡是否灼燒），對其處理完成后在控制面板上點(diǎn)擊確認(rèn)復(fù)位按鈕后，機(jī)器人將再次進(jìn)行測量。當(dāng)測量值在設(shè)定值范圍內(nèi)，程序?qū)⒗脺y量合格信號及測量完成信號對程序進(jìn)行復(fù)位，并重新計(jì)數(shù)，進(jìn)入下個(gè)循環(huán)。程序如下圖所示：

2.6? wincc監(jiān)控顯示

Wincc監(jiān)控顯示畫面通過引用PLC程序變量DB2334 DBW 8（工件焊接計(jì)數(shù)設(shè)置輸入），DB2623 DBX50.0（手動(dòng)請求測量），DB2623 DBX50.1（功率實(shí)際測量值顯示），DB2623 DBX50.2（功率設(shè)定值顯示），DB2623 DBX50.3（測量警告顯示），DB2623 DBX50.4（測量報(bào)錯(cuò)顯示）。其顯示界面如下圖所示：

下圖所示：

3? 總結(jié)

本文系統(tǒng)概述了激光功率測量模塊的信號配置，技術(shù)參數(shù)以及工作原理，功率測量模塊通過對激光照射所產(chǎn)生的熱量并進(jìn)行內(nèi)部計(jì)算，將功率測量值通過PLC編程及Wincc顯示并進(jìn)行相應(yīng)報(bào)警提示。有效的保障的焊接鏡頭狀態(tài)及焊接工件質(zhì)量，為其他激光焊領(lǐng)域使用功率測量模塊提供了有效的技術(shù)支持與參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳嘉夷? 激光技術(shù)[M]? 湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2008? Chen Jiayi laser technology [M] Hunan Science and Technology Press，2008

[2] 毛世新? 計(jì)量技術(shù)[M]? 北京理工大學(xué)出版社，1995 Mao Shixin measurement technology [M] Beijing University of Technology Press， 1995

[3] Robert G. Hunsperger. 集成光學(xué)理論與技術(shù)[M]，葉玉堂，譯. 6版. 北京：電子工業(yè)出版社，2016

Robert G. hunsperger. Theory and technology of integrated optics [M]， translated by Ye Yutang， 6th Edition. Beijing： Electronic Industry Press， 2016

[4] China. 激光焊的機(jī)理[J]. 中國焊接網(wǎng)，2006-12-14 China. Mechanism of laser welding [J]. China welding network， 2006-12-14

[5] QIN Guo-ling;LIN Shang-yang. Laser welding volume energy and its influence on weld penetration in laser deep penetration welding [J]. 中國科學(xué)院上海冶金研究所，2000.4-5