一种用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及到用于辅助航空钛板激光切割的工装控制系统，包括：主控站、工业数字IO板块、接近开关传感器、中继放大固态继电器、电磁阀和主电源；其中主控站通过定制软件对整个系统进行实时控制，并根据状态进行监控显示；工业数字IO板块实现对电磁阀和主电源的状态监控；接近开关传感器对激光刀头的位置进行实时检测，给出报警信号；中继放大固态继电器将IO板块输出信号进行放大，驱动电磁阀工作，或驱动主电源进行停机；电磁阀控制吸盘的吸紧与松开，主电源是整个系统动力源。本发明节约生产成本，大量采用模块化元器件，电路设计合理，维护方便；同时具有高效、装置简单功能强大的特点；又能有效的控制加工精度，保证制造的质量。
【专利说明】一种用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工装的控制系统，具体涉及到用于辅助航空钛板激光切割的工装控制系统。
【背景技术】
[0002]为提高先进航空航天产品的综合性能，航天业广泛采用整体结构和薄壁件，如飞机的骨架和蒙皮等。但薄壁件不仅非常容易变形，而且结构复杂，形状精度要求很高，制造难度相当大。此外，薄壁件的外形多数与飞行器的气动性能有关，周边轮廓与其他零部件还有复杂的装配协调关系，装配难度非常大。如果薄壁件的制造精度很差，可能导致整个航空广品的失效。
[0003]另一方面，飞行器制造，特别是大型飞机的制造，属于典型的多品种小批量制造，因此对制造过程的柔性有特别突出的要求。传统数控机床和柔性制造系统虽然可实现常规刚性零部件的柔性制造，但却难以实现薄壁件的柔性制造。
[0004]目前，对薄壁件的制造方式，通过新的工艺技术和柔性工艺装备解决薄壁件加工中的变形问题。本控制系统就是一种柔性工装的控制系统。
【发明内容】
[0005]针对航空钛板薄壁件的激光切割存在的问题，本发明设计一种高效可行的用于柔性工装的控制系统，以适应航空钛板薄壁件的不同形状与尺寸。
[0006]为实现上述目的，本发明设计了一种用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统，具体技术方案如下:一种用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统，包括:主控站、工业数字IO板块、接近开关传感器、中继放大固态继电器、电磁阀和主电源；所述主控站通过定制软件对整个系统进行实时控制，并根据状态进行监控显示，同时可以直接连接虚拟机系统，同步显示设备的状态；所述工业数字IO板块实现对电磁阀和主电源的状态监控；所述接近开关传感器对激光刀头的位置进行实时检测，给出报警信号；所述中继放大固态继电器将IO板块输出信号进行放大，驱动电磁阀工作，或驱动主电源进行停机；所述电磁阀控制吸盘的吸紧与松开，所述主电源是整个系统动力源。
[0007]进一步地，所述主控站采用研华工控整机，定制HMI人机界面软件；所述工业数字IO板块采用研华PC1-1756数字输入输出板块；所述接近开关传感器的接近距离为3mm-8mm0
[0008]进一步地，所述一种用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统，其控制过程包括如下步骤:
[0009](I)通过上位机的数学模型分析得出数据，根据数据放好钛板蒙皮件；
[0010]( 2)启动真栗、控制电源、控制系统；
[0011](3)开始运行让设备初始化，检测硬件是否有损坏；如有问题根据报错信息解决问题，然后重新初始化；[0012](4)按下吸附按钮使钛板蒙皮件根据分析的数据自适应的吸附在工装上；根据回馈信息是否有错，如有问题根据报错信息解决问题；
[0013](5)压紧装置压紧蒙皮件；根据回馈信息是否有错，如有问题根据报错信息解决问题；
[0014](6)激光开始切割钛板蒙皮件，压紧装置根据传感器信息避让激光头；
[0015](7)激光切割完成后，压紧装置弹开，真空吸附松开，工人取出工件。
[0016]进一步地，上述步骤(4)和步骤(5)中，利用激光切割的CAM程序计算各个时间点切割的位置以及在软件部分确认的压板数量和位置，确定每个时刻各个压板打开和关闭的状态，从而生成压板状态的数字代码，利用微机安装的输出卡，通过中续放大来控制电磁阀，从而驱动气缸实现压板的关闭和开启。
[0017]进一步地，上述步骤(6)中，在激光切割机启动CAM程序后，在正常工作状态时，控制系统将实时地发出压板状态的指令，同时循环扫描所有的电磁阀和气缸的启闭状态，一旦状态扫描过程中发现某一状态异常，系统迅速发出控制指令及时纠偏；在异常工作状态时，安全系统分为两级保障环节即位置传感器运行模式和强制停机模式，所述位置传感器运行模式按照接触传感器的状态来开启和关闭压板，同时系统发出报警指令，让操作人员在循环结束后检查；所述强制停机模式是系统发现有异常情况且纠偏失败后，立即发出报警信号，操作人员可进行停机检查，如操作人员不在现场或未能及时停机，且接近开关传感器接受到激光头靠近的信号时，为不出现撞机事件，控制系统将强制关闭主电源停机，程序终止，所有阀门处于打开状态。
[0018]与其它系统相比，本发明的有益效果是:
[0019](I)本发明提供的控制系统使得柔性加工成为可能，节约生产成本。
[0020](2)本发明大量采用模块化元器件，电路设计合理，维护方便。
[0021](3)本发明采用控制真空吸附方式夹紧支撑曲面薄壁件，具有高效，方便的特点。
[0022](4)本发明特别设计控制键琴式压紧机构，有效的抑制薄壁件在加工时的变形。
[0023](5)在加工后取出零件时通过电磁阀控制使吸盘与空气相连瞬间松开工件，具有高效、装置简单功能强大之特点。
[0024](6)本发明采用闭环控制原理，数学模型与智能控制理论相结合的方法，有效的控制了加工精度，保证了制造的质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明的电气系统框架图；
[0026]图2为本发明的控制流程图；
[0027]图3为本发明的真空吸附控制原理图；
[0028]图4为本发明的压紧控制原理图；
[0029]图5为本发明的上位机控制面板；
[0030]图6为本发明的钛板薄壁件切割效果图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体施实例对本发明作进一步描述。[0032]图1是本发明一种用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统的电气系统框架图，系统包括主控站、工业数字IO板块、接近开关传感器、中继放大固态继电器、电磁阀和主电源；其中主控站采用研华工控整机，通过定制软件对整个系统进行实时控制，并根据状态进行监控显示，同时可以直接连接虚拟机系统，同步显示设备的状态；所述工业数字IO板块采用研华PC1-1756数字输入输出板块，包含32路输入和32路输出，实现对电磁阀和主电源的状态监控；所述接近开关传感器对激光刀头的位置进行实时检测，给出报警信号，其中接近开关传感器的接近距离为;本发明中接近开关传感器的接近距离优选值为5_ ;所述中继放大固态继电器将IO板块输出信号进行放大，驱动电磁阀工作，或驱动主电源进行停机；所述电磁阀控制吸盘的吸紧与松开，所述主电源是整个系统动力源。
[0033]图2是本发明的控制流程图。其中，初始化阶段是对整个系统电气原件的自检阶段主要对工业数字IO板卡、真空开关等进行自检与初始值设定；真空吸附钛板阶段是通过计算软件得出飞机蒙皮坯料数据，并通过数据安装好飞机蒙皮坯料后对飞机蒙皮坯料进行吸附；压紧钛板阶段是通过计算软件得出飞机蒙皮坯料数据，并通过数据在指定位置对飞机蒙皮坯料进行压紧；激光切割钛板蒙皮件及压紧装置避让都是飞机蒙皮坯料生成成品的加工阶段，在此阶段主要实现飞机蒙皮件的加工生产以及在加工中激光头靠近旋转夹持钢时旋转夹持钢压紧头的避让；松开吸附阶段是松开压紧装置及吸附装置，使得加工人员可以取出飞机蒙皮成品与废料；取出零件阶段是取出飞机蒙皮成品与废料为下一次的加工做好准备；显示错误是为了在加工过程中如果出现问题，报出问题的所在点使得维护人员可以高效的排除问题。
[0034]图3为本发明具体实施例中真空吸附控制原理图，它实现了激光在对飞机蒙皮坯料进行加工时的夹紧与稳固，使得飞机蒙皮坯料在加工中不产生位移使得加工后的飞机蒙皮在外形尺寸上得到保证。其中，真空泵站是产生真空的设备，它在工作时产生I帕的负压，使得吸盘可以有足够的力吸附飞机蒙皮坯料；电磁阀的功能是实现对飞机蒙皮的吸附与松开以及对管道里的真空排放的大气中；真空开关是对管道里的负压真空度的检测，它把检测数据反馈给主控站。主控站根据反馈数据判断管道的真空度是否达到吸附的标准；吸盘是吸附飞机蒙皮的执行机构。
[0035]图4为本发明具体实施例中压紧控制原理图，它的主要功能是辅助真空吸附控制对飞机蒙皮在加工中的夹紧与稳固。因为飞机蒙皮形状复杂不一，真空吸附控制可能在局部地方不能对飞机蒙皮坯料进行有效的夹紧与稳固，通过软件计算得出压紧位置点对其压紧。其中，压缩泵是产生正压的设备，它在工作时产生额定帕的正压压，使得旋转夹持钢有足够的动力夹紧飞机蒙皮坯料；空气调理组合是对压缩泵产生的正压进行过滤以及控制正压压强及排气；电磁阀的功能是控制旋转夹持钢夹紧与松开的开关；旋转夹持钢是对飞机蒙皮坯料夹紧的执行机构；感应开关是感应加工中的激光头，当激光头要到达旋转夹持钢压紧头时，把信号反馈给主控站，主控站根据反馈信息实现旋转夹持钢压紧头避让。
[0036]图5为本发明具体实施例上位机控制面板，它是整个辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统的人机界面。
[0037]图6为本发明具体实施例钛板薄壁件切割效果图，是飞机蒙皮坯料在激光加工后的废料与零件的示意图。
【权利要求】
1.一种用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统，其特征在于包括:主控站、工业数字IO板块、接近开关传感器、中继放大固态继电器、电磁阀和主电源；所述主控站通过定制软件对整个系统进行实时控制，并根据状态进行监控显示，同时可以直接连接虚拟机系统，同步显示设备的状态；所述工业数字IO板块实现对电磁阀和主电源的状态监控；所述接近开关传感器对激光刀头的位置进行实时检测，给出报警信号；所述中继放大固态继电器将IO板块输出信号进行放大，驱动电磁阀工作，或驱动主电源进行停机；所述电磁阀控制吸盘的吸紧与松开，所述主电源是整个系统动力源。
2.如权利要求1所述用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统，其特征在于:所述主控站采用研华工控整机，定制HMI人机界面软件；所述工业数字IO板块采用研华PC1-1756数字输入输出板块；所述接近开关传感器的接近距离为3mm-8mm。
3.如权利要求1所述用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统，其特征在于控制过程包括如下步骤: (1)通过上位机的数学模型分析得出数据，根据数据放好钛板蒙皮件； (2)启动真空泵、控制电源、控制系统； (3)开始运行让设备初始化，检测硬件是否有损坏；如有问题根据报错信息解决问题，然后重新初始化； (4)按下吸附按钮使钛板蒙皮件根据分析的数据自适应的吸附在工装上；根据回馈信息是否有错，如有问题根据报错信息解决问题； (5)压紧装置压紧蒙皮件；根据回馈信息是否有错，如有问题根据报错信息解决问题； (6)激光开始切割钛板蒙皮件，压紧装置根据传感器信息避让激光头； (7)激光切割完成后，压紧装置弹开，真空吸附松开，工人取出工件。
4.如权利要求3所述用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统，其特征在于:所述控制过程步骤(4)和步骤(5)中，利用激光切割的CAM (计算机辅助制造)程序计算各个时间点切割的位置以及在软件部分确认的压板数量和位置，确定每个时刻各个压板打开和关闭的状态，从而生成压板状态的数字代码，利用微机安装的输出卡，通过中续放大来控制电磁阀，从而驱动气缸实现压板的关闭和开启。
5.如权利要求3所述用于辅助航空钛板激光切割的柔性工装控制系统，其特征在于:所述控制过程步骤(6)中，在激光切割机启动CAM程序后，在正常工作状态时，控制系统将实时地发出压板状态的指令，同时循环扫描所有的电磁阀和气缸的启闭状态，一旦状态扫描过程中发现某一状态异常，系统迅速发出控制指令及时纠偏；在异常工作状态时，安全系统分为两级保障环节即位置传感器运行模式和强制停机模式，所述位置传感器运行模式按照接触传感器的状态来开启和关闭压板，同时系统发出报警指令，让操作人员在循环结束后检查；所述强制停机模式是系统发现有异常情况且纠偏失败后，立即发出报警信号，操作人员可进行停机检查，如操作人员不在现场或未能及时停机，且接近开关传感器接受到激光头靠近的信号时，为不出现撞机事件，控制系统将强制关闭主电源停机，程序终止，所有阀门处于打开状态。
【文档编号】B23K26/70GK103823410SQ201310737201
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】张敏, 孔啸, 翟江伟, 王岩, 陶杰 申请人:江苏申模数字化制造技术有限公司