石 建

（河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼高強(qiáng)汽車(chē)板有限公司，河北 唐山 063000）

Miebach激光焊機(jī)集焊接能力強(qiáng)，效率高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)于一身被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)的各大鋼鐵公司冷軋薄板的生越來(lái)越多的使用此激光焊機(jī)，主要將板材的帶頭和帶尾焊接到一起，在此過(guò)程中影響焊縫質(zhì)量的因素有很多，其中激光焦點(diǎn)位置的控制與調(diào)整至關(guān)重要。本文主要通過(guò)以下幾個(gè)方面來(lái)對(duì)Miebach激光焊機(jī)的焦點(diǎn)位置進(jìn)行研究。

1 激光焦點(diǎn)控制的原理

Miebach激光焊機(jī)激光焦點(diǎn)控制系統(tǒng)主要由激光，激光光路，磁尺編碼器，調(diào)整電機(jī)，PLC，控制畫(huà)面構(gòu)成，由于焦點(diǎn)位置的調(diào)整精度時(shí)0.01mm級(jí)別，所以激光焊機(jī)選用的磁尺編碼器來(lái)控制焦點(diǎn)的移動(dòng)距離，焦點(diǎn)移動(dòng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是調(diào)整調(diào)整電機(jī)，其控制結(jié)構(gòu)圖如下圖，圖中通過(guò)HMI的控制畫(huà)面將焦點(diǎn)位置數(shù)據(jù)傳送到PLC中，經(jīng)過(guò)PLC程序?qū)⑽恢脭?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的磁尺編碼器可識(shí)別的數(shù)據(jù)，同時(shí)將啟動(dòng)電機(jī)命令傳送到電機(jī)，電機(jī)開(kāi)始帶動(dòng)焦點(diǎn)裝置移動(dòng)，編碼器開(kāi)始測(cè)量焦點(diǎn)行程，達(dá)到設(shè)定位置后，編碼器將位置數(shù)據(jù)反饋給PLC，PLC在發(fā)送停止電機(jī)運(yùn)行命令，停止電機(jī)運(yùn)行。

圖1 激光焦點(diǎn)的控制結(jié)構(gòu)圖

2 激光焦點(diǎn)參數(shù)的采集原理

激光焦點(diǎn)參數(shù)是Miebach激光焊機(jī)焊接參數(shù)中的一個(gè)，如果要實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)參數(shù)的全自動(dòng)調(diào)整，我們必須實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)參數(shù)的自動(dòng)采集，然后通過(guò)HMI傳送到焦點(diǎn)控制系統(tǒng)中，下面我們重點(diǎn)研究激光焦點(diǎn)參數(shù)的自動(dòng)采集原理。Miebach激光焊機(jī)在激光焦點(diǎn)參數(shù)的自動(dòng)采集設(shè)計(jì)中首先建立了一個(gè)數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表中以鋼材種類(lèi)和鋼板厚度為依據(jù)進(jìn)行分類(lèi)排序，然后將合適的焦點(diǎn)參數(shù)添加在每一類(lèi)鋼種中，編制完成后，將數(shù)據(jù)表導(dǎo)入焊接系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后在PLC編程系統(tǒng)中對(duì)WINCC控制畫(huà)面進(jìn)行組態(tài)建立通訊，并在PLC編程系統(tǒng)的DB塊建立鋼種的分類(lèi)程序來(lái)通過(guò)鋼種的厚度和種類(lèi)調(diào)用相應(yīng)的激光焦點(diǎn)參數(shù)，同時(shí)為了方便激光焦點(diǎn)參數(shù)的添加與更改，設(shè)計(jì)中通過(guò)WINCC控制畫(huà)面將焦點(diǎn)參數(shù)窗口添加在控制畫(huà)面中，以便于操作工或技術(shù)人員的的調(diào)試。

3 激光焦點(diǎn)的標(biāo)定與調(diào)試

3.1 激光焦點(diǎn)基準(zhǔn)零點(diǎn)的標(biāo)定

在使用Miebach激光焊機(jī)前首先要對(duì)激光焊機(jī)的精度進(jìn)行測(cè)量與標(biāo)定，其中激光焦點(diǎn)的標(biāo)定對(duì)于焊縫的穩(wěn)定性非常重要，激光焦點(diǎn)標(biāo)定的目的是通過(guò)調(diào)整焦點(diǎn)的位置使激光能量盡可能多的集中在需要焊接的地方，顧名思義，同樣的能量集中在越小的范圍內(nèi)，單位面積的能量越高，所以我們可以利用打點(diǎn)的方式來(lái)檢測(cè)焦點(diǎn)最適合的焊接參考零點(diǎn)。打點(diǎn)過(guò)程中我們將熱敏紙放在焊接的基準(zhǔn)面，然后通過(guò)手動(dòng)啟動(dòng)激光將激光點(diǎn)打在熱敏紙上，在熱敏紙上會(huì)形成小孔。在焦點(diǎn)的調(diào)整范圍內(nèi)以1mm步長(zhǎng)依次在熱敏紙上打點(diǎn)，打點(diǎn)結(jié)束后，檢查每個(gè)位置的小孔，其中小孔最小的那個(gè)位置就是能量最集中的焦點(diǎn)位置。然后通過(guò)焦點(diǎn)標(biāo)定窗口將需要的位置輸入到窗口，標(biāo)定為零位。

3.2 激光焦點(diǎn)位置的標(biāo)定

激光焦點(diǎn)基準(zhǔn)零點(diǎn)標(biāo)定完成之后，需要對(duì)激光焦點(diǎn)進(jìn)行找正標(biāo)定，即需要把焦點(diǎn)的位置與焊接板材間隙的位置對(duì)正，保證焊接間隙處形成焊縫，一般標(biāo)定方法采用激光三點(diǎn)測(cè)試的方法進(jìn)行標(biāo)定，此標(biāo)定過(guò)程我們首先準(zhǔn)備好樣板，樣板厚度一般取焊機(jī)焊接最大厚度的一半即可，然后將兩塊樣板分別放在焊機(jī)的入口夾鉗和出口夾鉗進(jìn)行剪切對(duì)接形成焊接間隙，手動(dòng)啟動(dòng)激光在焊接間隙的兩側(cè)和中間進(jìn)行打點(diǎn)，打點(diǎn)結(jié)束后通過(guò)放大鏡檢查焊接間隙是否在激光點(diǎn)正中心，如不在中心通過(guò)調(diào)整間隙位置直到兩者對(duì)正。

3.3 激光焦點(diǎn)的調(diào)試

激光焦點(diǎn)標(biāo)定完成之后，由于焊接的的板材厚度和材質(zhì)種類(lèi)很多，每一種厚度的板材都需要依據(jù)焦點(diǎn)的基準(zhǔn)零點(diǎn)測(cè)試出一個(gè)合適的焦點(diǎn)位置，所以我們需要對(duì)焦點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行焊接調(diào)試，準(zhǔn)備好各種樣板，首先將焦點(diǎn)位置設(shè)定為0mm位置，然后對(duì)對(duì)各種樣板進(jìn)行焊接，將焊接后的焊縫進(jìn)行測(cè)試，找出焊縫質(zhì)量最好的參數(shù)，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。在調(diào)整焦點(diǎn)位置的過(guò)程中，焦點(diǎn)位置為正值時(shí)，焦點(diǎn)位置向上移動(dòng)，焦點(diǎn)位置為負(fù)值時(shí)焦點(diǎn)位置向下移動(dòng)，示意圖如下，通過(guò)多種測(cè)試，焦點(diǎn)位置大概調(diào)整在板材厚度的三分之二處較為合適。

4 結(jié)論

Miebach激光焊機(jī)在冷軋薄板廠使用越來(lái)越多，對(duì)公司的生產(chǎn)意義重大，其穩(wěn)定性嚴(yán)重影響生產(chǎn)的效率，通過(guò)本文我們研究了影響焊機(jī)焊縫非常重要的一個(gè)參數(shù)，激光焦點(diǎn)，通過(guò)對(duì)激光焦點(diǎn)的研究我們學(xué)習(xí)了Miebach激光焦點(diǎn)的控制原理和參數(shù)采集原理，以及激光焦點(diǎn)的標(biāo)定方法和調(diào)試過(guò)程，對(duì)提高焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性提供重要的依據(jù)，同時(shí)對(duì)我們?nèi)粘?shù)的優(yōu)化提供了幫助，可以通過(guò)日常生產(chǎn)對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，即減少了產(chǎn)線停車(chē)調(diào)試的時(shí)間，又提高了焊接的效率，為公司創(chuàng)造更大的效益。