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激光加工作为先进制造中最具竞争力的技术之一,其发展方向必然是集成化、智能化和柔性化,因此对激光制造控制系统的性能提出了更高的要求。现有激光制造系统大都采用封闭式计算机控制平台,难以在原系统基础上实施新的控制策略和扩展新功能,且不支持多任务,制约了激光制造技术的发展。中科院力学所于2000年率先研制成功了一套集成化激光智能制造系统(中科院“知识创新工程”重大项目:KGCX1-11;中科院仪器研制项目:Y2003004)。为了克服现有激光制造控制所存在的缺陷,本文在上述系统基础上,率先提出了集成激光制造系统的开放式控制方法,并针对机器人和激光器的协调控制、系统集成和扩展以及闭环控制实现等关键问题进行了了系统研究。主要内容如下:
⑴采用开放式体系结构理念,即采用通用性、标准化平台对整个激光制造控制系统进行了重新设计,并提出了开放式机器人控制器、数字化激光控制、触摸屏式示教编程器等子系统控制方案。
⑵设计了PC+运动控制卡的开放式机器人控制器,保证了运动控制的实时性和与激光控制器的协调能力,为实现多种激光加工功能打下了基础;利用现场总线的特点,完成了对激光器控制的二次开发,实现了激光器的数字化控制,方便了系统集成;对于系统的辅助设备——示教编程器,首次采用示教编程器通过上位机中转实现对机器人和激光器的操作,既简化了工作又提高了系统开放性。
⑶采用模块化设计方法以及多线程技术,设计了集成控制软件,从激光加工工艺特点和实际要求出发,对开放式控制中的机器人和激光器协调控制进行了深入研究。
⑷利用上述集成系统进行了一些应用和实验研究,初步探讨了控制参数对加工工艺的影响并提出了系统进一步完善的方向,揭示了其中的一些规律和难点。