汽车模具激光表面处理机器人工作站技术方案

汽车模具表面激光处理机器人工作站技术方案

目前，汽车大型模具通常使用高铬合金制成，以获得较高的表面硬度和使用寿命。如果模具主体采用灰口铸铁制造，表面通过合金化处理，既能保证表面硬度和使用寿命，又可以有效降低成本。本方案采用机器人携带激光焊枪对模具实施表面合金化处理，将机器人灵活运动性能与激光表面加工性能集成为一个高效全自动系统。激光表面处理机器人工作站分为：焊枪定位系统、激光表面处理系统及其软件控制系统。

1.焊枪定位系统设计

   焊枪定位系统包括两台6自由度工业机器人、两条直线导轨及双目摄像头。工作台设计为A、B两个工位，机器人分别沿两条直线导轨平移运动，在两个工位间转换位置。机器人用以实现激光焊枪准确位姿调整。模具坐标系与工作台坐标系间的转换关系及定位精度由双目摄像头保证。

2.激光表面处理系统设计

   激光表面处理系统包括激光子系统、送粉子系统和水冷子系统。光纤激光器同气体激光器和固体激光器相比，具有散热面积大、光束质量好、体积小巧等优点。激光器通过外光路将激光束传到聚焦光头上，焊枪头设计成具有同轴的三层锥管，工作中光、粉、气同时送出，激光由内层锥管射出，粉末通过中层锥管由低速气流传送，保护气体通过外层锥管送出。送粉器的功能是按照工艺要求向加工部位均匀、准确地输送粉末。送粉器的性能将直接影响着熔敷层的质量，送粉不良导致熔敷层厚薄不均匀、结合强度不高等。光纤与焊枪头工作过程中都需要冷却处理，通常采用纯净水冷方式。

3.软件控制系统设计

   控制系统包括一台工控机、一台安川机器人控制柜、两台安川伺服交流电机及驱动器、多个位置传感器。机器人控制柜与控制计算机通过EtherNet联接。由控制计算机将期望的焊枪位姿发送到机器人控制柜，控制机器人带动焊枪到达期望的位姿。机器人控制柜具有外部轴控制能力，负责两条直线导轨的运动控制。机器人控制柜备有I/O接口，负责传感器、控制按钮的信号输入，以及指示灯信号的输出，表面处理起停控制等。控制系统分为两层控制结构，上层为人机交互与智能层，底层为伺服控制层。控制系统软件包括：用户界面程序、运动控制程序和逻辑控制程序等。

   整套激光处理机器人工作站成本可控制在700万元之内。