一种集成式摆动激光焊接机器人控制系统及控制方法

【技术领域】

本发明属于激光焊接机器人技术领域，特别是涉及一种集成式摆动激光焊接机器人控制系统及控制方法。

【背景技术】

随着激光焊接的应用越来越广，六关节手臂激光焊接的需求也在逐渐增多。由于激光焊接需要加工厚度更薄、焊缝更宽的产品，焊接的效果需要更加均匀，还需要应对工件的来料误差，这些需求的出现催生了激光摆动焊接的出现。

目前，激光焊接机器人一般是在多轴机器人的活动末端安装焊接头，由于多轴机器人无法实现高频的摆动运动，因此激光摆动焊接只能依靠焊接头中单独设置的驱动电机实现。摆动激光焊接是通过在激光焊接头内，加入一个振镜模组(主要由两个音圈电机和振镜片组成)，通过音圈电机带动振镜片快速旋转，将激光光路偏移，最终实现激光光斑摆动的效果。

目前摆动头的振镜片都是由摆动焊接头厂家提供控制方案，与多轴机器人是相互独立的控制系统，机器人一般无法直接控制摆动头的摆动动作。

但在实际应用中，常常会遇到一些焊缝变化，例如同一工件上存在两条宽度不同的焊缝需要焊接，此时则需要改变摆动焊接头的摆动形状与大小来分别对两条焊缝进行焊接操作。而机器人因为无法直接控制摆动头，所以目前大多数六关节机器人激光焊接是无法在加工过程中调节摆动图形。

现有技术中，专利公开号为CN114952869A公开了一种摆动路径规划方法、装置及电子设备，其主要是在焊接头在机器人控制系统中设置摆动路径规划装置实现焊接激光的摆动，该方法中虽然实现了一种摆动路径的设计规划，但由于多轴机器人无法实现高频的摆动驱动，若摆动频率超过一定值，则机器人抖动会非常严重，导致焊接效果非常差，因此无法实现真正意义上的摆动焊接。

市场上也有少部分通过IO信号控制，让机器人与激光摆动焊接头通讯，通过机器人输出不同的信号组合，激光摆动焊接头根据不同信号调用内部的不同摆动图形，但这个方案存在三个缺陷：1)只能调用激光摆动焊接头内置的图形程序，无法根据实际需求灵活设计调整图形参数，图形内容有限；2)机器人示教器端无法展示激光摆动焊接头内置的图形，画面显示不直观；3)IO通讯有一定延时，不利于实现精准焊接。

因此，需要额外设计一款集成式摆动激光焊接机器人控制系统及控制方法来解决上述技术问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种集成式摆动激光焊接机器人控制系统，让机器人可以直接控制摆动激光焊接头内的振镜运动，实现摆动形状与速度的调节，可在加工过程中实现不同摆动图形的自动调整，降低编程难度，提高摆动焊接灵活性。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种集成式摆动激光焊接机器人控制系统，其用于控制焊接机器人进行摆动焊接加工，所述焊接机器人包括多轴机器人、设置在所述多轴机器人活动末端的激光焊接头，所述激光焊接头内配置有激光摆动模组，所述控制系统包括示教器、机器人控制器、摆动焊接头控制器、受所述机器人控制器控制的机器人驱动电机组、受所述摆动焊接头控制器控制的且构成所述激光摆动模组的摆动电机组以及受所述摆动电机组驱动进行运动实现激光摆动的振镜；所述示教器与所述机器人控制器通过第一通讯线通信连接；所述机器人控制器通过第二通讯线与所述摆动电机组通信连接，所述第二通讯线为XY2-100通讯线，所述示教器内配置有摆动图形设定模块与插入摆动图形模块；所述摆动图形设定模块配置为以图形对话的方式生产不同的摆动图形文件；所述插入摆动图形模块配置为插入所述摆动图形文件至加工控制程序中。

本发明的另一目的在于提供一种集成式摆动激光焊接机器人控制方法，其基于上述控制系统实现控制，且包括以下步骤：

S1、在所述示教器的所述摆动图形设定模块中将所有需要的摆动图形设定好，形成若干不同的摆动图形文件；

S2、开始机器人示教编程，在示教过程中，根据工艺需求在不同的位置插入所述步骤S1中对应的所述摆动图形文件；

S3、完成全部教导后开始进行摆动焊接加工；

S4、完成焊接加工。

与现有技术相比，本发明一种集成式摆动激光焊接机器人控制系统及控制方法的有益效果在于：将机器人控制器与摆动焊接头控制器直接通过XY2-100通讯线实现了整合，合二为一，解决了两台控制器之间的沟通问题；通过在示教器内配置摆动图形设定模块，以图形对话的方式直接设计激光摆动的图形类型、摆动图形的中心位置、长度与宽度、摆动速度以及摆动方向，并形成摆动图形文件，以供加工程序编程时的直接调用，对于包含有不同宽度焊缝的工件，实现焊接过程中激光摆动加工参数的自动调节，以适用于不同宽度焊缝，提高焊接质量；在示教器中配置插入摆动图形模块，直接插入摆动图形变化指令，简化了编程，提高了激光摆动焊接的灵活性和适用性。

【附图说明】

图1为本发明实施例中控制系统的结构框图；

图2为本发明实施例中摆动图形设定模块中设定圆形图形情况下的界面示意图；

图3为本发明实施例中摆动图形设定模块中设定矩形图形情况下的界面示意图；

图4为本发明实施例中控制方法的流程图；

图中数字表示：

100-集成式摆动激光焊接机器人控制系统；200-多轴机器人；300-激光焊接头；

1-示教器，11-摆动图形设定模块，111-参数设定单元，112-图形显示单元，12-插入摆动图形模块；2-机器人控制器，21-XY2-100输出模组；3-摆动焊接头控制器；4-机器人驱动电机组；5-摆动电机组；6-振镜；7-第一通讯线；8-第二通讯线。

【具体实施方式】

实施例一：

请参照图1-图3，本实施例为一种集成式摆动激光焊接机器人控制系统100，其用于控制焊接机器人进行摆动焊接加工，所述焊接机器人包括多轴机器人200、设置在所述多轴机器人200活动末端的激光焊接头300，所述激光焊接头内配置有激光摆动模组，所述控制系统包括示教器1、机器人控制器2、摆动焊接头控制器3、受机器人控制器2控制的机器人驱动电机组4、受摆动焊接头控制器3控制的且构成所述激光摆动模组的摆动电机组5以及受摆动电机组5驱动进行高频摆动的振镜6；示教器1与机器人控制器2通过第一通讯线7通信连接；机器人控制器2通过第二通讯线8与摆动电机组5通信连接，第二通讯线8为XY2-100通讯线，机器人控制器2上配置有XY2-100输出模组21。

摆动电机组5与振镜6共同构成所述激光摆动模组。

本实施例在多关节的机器人控制器2上配置一个XY2-100输出模组21，XY2-100输出模组21配置有一个XY2-100通讯线的控制接口，通过XY2-100通讯线实现机器人控制器2对摆动电机组5的直接控制。XY2-100通讯线是国际通用的振镜控制协议，可以输出振镜控制信号给摆动焊接头内的摆动电机组5，使得摆动焊接头可以按照机器人控制器发出的指令进行摆动。

示教器1内配置有摆动图形设定模块11，所述摆动图形设定模块11配置为以图形对话的方式生产不同的摆动图形文件。所述摆动图形设定模块11包括参数设定单元111与图形显示单元112；所述参数设定单元111包括图形类型设定单元、几何参数设定单元以及运动参数设定单元。所述图元类型设定单元用于设定摆动的图形类型，其图形类型包括但不限于圆形与矩形。所述几何参数设定单元用于设定摆动图形的相关参数，其中包括图形中心坐标、图形旋转角度、图形长度与宽度。所述运动参数设定单元用于设定激光摆动的速度与方向，所述方向包括反向与正向。在所述图形显示单元112中可以显示所述参数设定单元111对应设定的图形，使得设计的图形显示更加直观。

示教器1内还配置有插入摆动图形模块12，所述插入摆动图形模块12配置为插入所述摆动图形设定模块11产生的摆动图形文件至加工控制程序中。通过插入不同的摆动图形文件，使得所述焊接机器人在不同位置能够控制所述激光摆动模组进行不同图形、不同参数的摆动动作。

通过在示教器1内配置摆动图形设定模块11，可以根据需求灵活的设计不同参数的摆动图形，并形成对应的摆动图形文件，以供实际加工过程中灵活调用该摆动图形文件实现不同焊缝大小的摆动焊接。

请参照图1-图4，本实施例还提供了一种集成式摆动激光焊接机器人控制方法，其包括以下步骤：

S1、在示教器1的所述摆动图形设定模块11中将所有需要的摆动图形设定好，形成若干不同的摆动图形文件；

S2、开始机器人示教编程，在示教过程中，根据工艺需求在不同的位置插入所述步骤S1中对应的所述摆动图形文件；

S3、完成全部教导后开始进行摆动焊接加工；

S4、完成焊接加工。

本实施例解决了大型工件焊缝变化时的工艺需求问题，且方便了编程人员操作，不用处理机器人控制系统和摆动焊接头控制系统两套系统，简化了编程难度；可以在图形摆动设定模块内设计多种摆动形状及摆动速度，丰富了加工图形内容；采用XY2-100通讯线直接控制摆动电机组实现对振镜的偏摆控制，通讯效率高，解决了原有通过IO信号通讯的信号延迟问题；通过图形显示单元直接显示出设计的摆动图形，更加直观方便。

本实施例一种集成式摆动激光焊接机器人控制系统及控制方法，将机器人控制器与摆动焊接头控制器直接通过XY2-100通讯线实现了整合，合二为一，解决了两台控制器之间的沟通问题；通过在示教器内配置摆动图形设定模块，以图形对话的方式直接设计激光摆动的图形类型、摆动图形的中心位置、长度与宽度、摆动速度以及摆动方向，并形成摆动图形文件，以供加工程序编程时的直接调用，对于包含有不同宽度焊缝的工件，实现焊接过程中激光摆动加工参数的自动调节，以适用于不同宽度焊缝，提高焊接质量；在示教器中配置插入摆动图形模块，直接插入摆动图形变化指令，简化了编程，提高了激光摆动焊接的灵活性和适用性。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。