1 引言
隨著汽車業(yè)、軍工及重工等行業(yè)的飛速發(fā)展，這些行業(yè)中的三維鈑金零部件和特殊型材的切割加工呈現(xiàn)小批量化、多樣化、高精度化的趨勢。工業(yè)機(jī)器人和光纖激光所組成的機(jī)器人激光切割系統(tǒng)一方面具有工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)，能夠自由、靈活的實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜三維曲線加工軌跡，另一方面采用柔韌性好、能夠遠(yuǎn)距離傳輸激光光纖作為傳輸介質(zhì)，不會(huì)對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑產(chǎn)生限制作用。相對于傳統(tǒng)的加工方法，機(jī)器人激光切割系統(tǒng)在滿足性要求的同時(shí)，能很好地提高整個(gè)激光切割系統(tǒng)的柔性，占用更少的空間，具有更高的經(jīng)濟(jì)性和競爭力。
2 ABB機(jī)器人相關(guān)技術(shù)
與點(diǎn)焊、搬運(yùn)等運(yùn)動(dòng)控制所不同的是，激光切割是基于連續(xù)工藝狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)控制，除了要求機(jī)器人具有較高的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的精度和重復(fù)定位精度外，還對機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的軌跡即機(jī)器人的直線和圓弧軌跡插補(bǔ)的精度提出了很高的要求。激光切割中的倒角切割和小圓切割的精度和穩(wěn)定性能夠很好的衡量機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制能力。ABB利用自身強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力開發(fā)了一系列的高端技術(shù)，來滿足市場的需求。所開發(fā)的True Move和Quick Move技術(shù)能夠很好地解決高速情況下倒角切割的精度問題，Advanced Shape Tuning和Wrist Move技術(shù)則能夠很好地解決小圓切割的精度問題。同時(shí)，結(jié)合ABB的離線編程仿真軟件Robot Studio和良好的人機(jī)交互接口Flexpendant及人機(jī)界面，使得整個(gè)激光切割系統(tǒng)在滿足客戶技術(shù)要求的前提下，容易操作及管理。
2.1 True Move和Quick Move技術(shù)
如圖1所示，傳統(tǒng)機(jī)器人在低速情況下實(shí)際路徑與編程路徑相吻合，但是在高速情況下做轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際路徑就會(huì)偏離編程路徑。基于高級前饋伺服控制技術(shù)的True Move極大的提升了運(yùn)動(dòng)控制精度，解決了機(jī)器人在高速情況下實(shí)際運(yùn)動(dòng)路徑偏離編程路徑的問題，真正實(shí)現(xiàn)了所編即所得。
如圖2所示，傳統(tǒng)機(jī)器人在速度上升和下降的過程中加速度保持不變，相應(yīng)的完成一個(gè)動(dòng)作節(jié)拍的時(shí)間也較長。基于高級動(dòng)力模型控制技術(shù)的Quick Move可以控制機(jī)器人的加減速度和穩(wěn)定速度，通過使機(jī)器人任意時(shí)刻的加速度化來減少動(dòng)作節(jié)拍時(shí)間。
2.2 Advanced Shape Tuning和Wrist Move技術(shù)
ABB開發(fā)的Advanced Shape Tuning軟件能夠補(bǔ)償機(jī)器人軸摩擦力功能，對機(jī)器人在走復(fù)雜的三維切割路徑時(shí)的微小抖動(dòng)、共振等情況做及時(shí)、的補(bǔ)償。這些功能包含在機(jī)器人的選項(xiàng)中，應(yīng)用時(shí)客戶只需要調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，機(jī)器人就能根據(jù)指令重復(fù)走所編程的路徑并且自動(dòng)獲得各個(gè)軸的摩擦參數(shù)。
Wrist Move是使機(jī)器人在切割時(shí)1、2、3軸不動(dòng)，只有機(jī)器人運(yùn)動(dòng)末端4、5、6軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這就避免了1、2、3軸運(yùn)動(dòng)時(shí)軸摩擦力對小圓切割路徑造成的不良影響。
2.3 離線編程仿真和人機(jī)交互接口
Robot Studio是ABB開發(fā)的離線編程與仿真軟件，可在電腦上完成幾乎所有的機(jī)器人編程與仿真。如圖3所示，通過Robot Studio能夠?qū)崿F(xiàn)十分逼真的模擬，并且所用的均為實(shí)際使用的機(jī)器人程序和配置文件。配合ABB Absolute Accuracy校正系統(tǒng)，可以使模擬結(jié)果達(dá)到很高的精度。Robot Studio還可方便地導(dǎo)入IGES、STEP、CATIA等主流CAD格式數(shù)據(jù)，然后依據(jù)這些的數(shù)據(jù)編制機(jī)器人程序。使用軟件中的AutoPath功能，僅在數(shù)分鐘之內(nèi)便可自動(dòng)生成跟蹤加工曲線所需要的機(jī)器人位置(路徑)，很好地解決了激光切割中復(fù)雜切割曲線無法通過示教產(chǎn)生的問題，大大節(jié)約了編程時(shí)間。
ABB機(jī)器人采用觸摸屏式的示教器FlexPendent，配合示教器上的搖桿和簡潔的按鍵設(shè)計(jì)，使用十分方便。同時(shí)，ABB新開發(fā)的專用切割操作軟件具有良好的激光切割人機(jī)界面，將切割參數(shù)設(shè)置、軸摩擦力調(diào)整及I/O監(jiān)控等界面以圖形化、數(shù)字化等形式顯示在示教器上，界面十分友好，便于使用人員對系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和操作。