汽車模具激光表面處理機器人工作站技術方案

汽車模具表面激光處理機器人工作站技術方案

目前，汽車大型模具通常使用高鉻合金制成，以獲得較高的表面硬度和使用壽命。如果模具主體采用灰口鑄鐵制造，表面通過合金化處理，既能保證表面硬度和使用壽命，又可以有效降低成本。本方案采用機器人攜帶激光焊槍對模具實施表面合金化處理，將機器人靈活運動性能與激光表面加工性能集成為一個高效全自動系統。激光表面處理機器人工作站分為：焊槍定位系統、激光表面處理系統及其軟件控制系統。

1.焊槍定位系統設計

   焊槍定位系統包括兩臺6自由度工業機器人、兩條直線導軌及雙目攝像頭。工作臺設計為A、B兩個工位，機器人分別沿兩條直線導軌平移運動，在兩個工位間轉換位置。機器人用以實現激光焊槍準確位姿調整。模具坐標系與工作臺坐標系間的轉換關系及定位精度由雙目攝像頭保證。

2.激光表面處理系統設計

   激光表面處理系統包括激光子系統、送粉子系統和水冷子系統。光纖激光器同氣體激光器和固體激光器相比，具有散熱面積大、光束質量好、體積小巧等優點。激光器通過外光路將激光束傳到聚焦光頭上，焊槍頭設計成具有同軸的三層錐管，工作中光、粉、氣同時送出，激光由內層錐管射出，粉末通過中層錐管由低速氣流傳送，保護氣體通過外層錐管送出。送粉器的功能是按照工藝要求向加工部位均勻、準確地輸送粉末。送粉器的性能將直接影響著熔敷層的質量，送粉不良導致熔敷層厚薄不均勻、結合強度不高等。光纖與焊槍頭工作過程中都需要冷卻處理，通常采用純凈水冷方式。

3.軟件控制系統設計

   控制系統包括一臺工控機、一臺安川機器人控制柜、兩臺安川伺服交流電機及驅動器、多個位置傳感器。機器人控制柜與控制計算機通過EtherNet聯接。由控制計算機將期望的焊槍位姿發送到機器人控制柜，控制機器人帶動焊槍到達期望的位姿。機器人控制柜具有外部軸控制能力，負責兩條直線導軌的運動控制。機器人控制柜備有I/O接口，負責傳感器、控制按鈕的信號輸入，以及指示燈信號的輸出，表面處理起停控制等。控制系統分為兩層控制結構，上層為人機交互與智能層，底層為伺服控制層。控制系統軟件包括：用戶界面程序、運動控制程序和邏輯控制程序等。

   整套激光處理機器人工作站成本可控制在700萬元之內。