【摘 要】
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随着中国制造2025的到来,机器换人的趋势越发明显,越来越多的重复性工作由机器人代替。激光切割这门技术在钣金加工行业已经大范围使用,生产效率高,精度好,然而这仅仅只是在二维平面钣金件加工行业,三维异形件的加工还存在着工艺参数设置较为麻烦的问题,参数设置不当为导致切割工件具有挂渣等现象,需要二次打磨,这就降低了激光切割的效率。而且机器人编程过程中存在着奇异点和干涉等问题,再加上激光工艺参数设置较为麻
【基金项目】
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常州镭鼎智能科技有限公司的三维激光切割机器人项目；
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随着中国制造2025的到来,机器换人的趋势越发明显,越来越多的重复性工作由机器人代替。激光切割这门技术在钣金加工行业已经大范围使用,生产效率高,精度好,然而这仅仅只是在二维平面钣金件加工行业,三维异形件的加工还存在着工艺参数设置较为麻烦的问题,参数设置不当为导致切割工件具有挂渣等现象,需要二次打磨,这就降低了激光切割的效率。而且机器人编程过程中存在着奇异点和干涉等问题,再加上激光工艺参数设置较为麻烦等问题,需要操作人员具备丰富的激光和机器人应用经验,并不利于这门工艺的大范围推广。为了解决三维激光切割工艺参数设置较为麻烦的问题,本文提出一种三维激光切割控制系统的设计,通过自行设计控制电路板和相关软件,做到所有工艺参数可调,同时进行激光切割实验,分析各因素对切割效果的影响;再基于深度神经网络DNN和条件生成对抗网络CGAN,完成对激光切割粗糙度的线性回归预测,并且将相关工艺参数写入数据库放入上位机后台供查表读取,最终完成一种工艺参数自适应匹配的控制算法,本文主要研究内容如下:（1）研究川崎机器人的系统,分析验证了其运动学轨迹;完成TCP工具坐标标定;分析其外部I/O接口电气参数;分析内部机器人AS语言指令系统,Ethernet总线接口协议,内部循环PLC程序架构并编写相应的总线驱动程序和逻辑程序等;（2）分析以激光器控制接口为主的功能需求,基于DSPIC33系列MCU完成了外部I/O口,脉冲调制端口,模拟量输出口等电路硬件设计以及PCB设计,生产,焊接,调试;基于C语言完成对相应的模块进行底层驱动软件的编写,调试。（3）上位机交互设计,基于C#设计开发三维激光切割工艺参数HMI界面和工艺参数数据库,使得现场的操作人员可以方便的操作机器人和设备部件进行交互。（4）通过单一因素的正交实验法,分析了激光各工艺参数对最终切割效果的影响。基于工厂的切割效果标准,进行大量实验,将符合切割标准的工艺实验参数输入深度神经网络DNN进行粗糙度线性回归预测,同时再将这批实验参数送入条件生成对抗网络CGAN进行数据增强;将生成数据与实际实验数据一起送入DNN进行粗糙度线性回归预测,以此来优化工艺参数,最终将训练好的工艺参数写入工艺参数库。（5）实验联调,将普通激光工艺参数,DNN激光工艺参数和DNN＆CGAN激光工艺参数进行实际三维工件进行切割并进行切割效果对比分析,验证本控制系统的最终效果。基于上述工作,本项目结果表明:这种激光工艺参数自适应的控制方式,在平面切割,垂直面横向切割,垂直面纵向向下切割表现出较好的效果,这种深度神经网络和传统控制相结合的方法为三维激光切割提供一种模型参考,具有一定的理论意义,加快深度学习工业化的进程。这种激光工艺参数实时自适应变化的方式为三维激光切割提供了一种应用方式借鉴,促进产学研的发展,为同行业研究者提供现实参考意义。
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