CN102267003A

CN102267003A - 一种电阻点焊伺服加压系统

Info

Publication number: CN102267003A
Application number: CN2011102145181A
Authority: CN
Inventors: 曹彪; 曾敏; 黄增好
Original assignee: GUANGZHOU JINGYUAN ELECTRICAL EQUIPMENT CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: GUANGZHOU JINGYUAN ELECTRICAL EQUIPMENT CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2011-12-07

Abstract

本发明公开了一种电阻点焊伺服加压系统，包括焊机电源、人机交互系统、控制系统、执行机构，所述控制系统包括用于设定和反馈参数的运动控制器；所述执行机构包括驱动器、编码器、伺服电机、联轴器，连接机构、上电极、下电极、限位开关，所述驱动器分别与运动控制器、编码器、伺服电机连接，所述编码器还与运动控制器连接，所述联轴器与加压连接机构连接，所述运动控制器设置有用于控制连接机构上下行程的限位开关。本发明主要同通过伺服加压来控制电极位移、速度、压力，利用焊接电源和运动控制器的信号输出和反馈来实现与焊接参数的匹配，具有对电极头冲击力小、压力变化响应速度快以及电极压力、位移、速度可精确控制的优点。

Description

一种电阻点焊伺服加压系统

技术领域

本发明涉及焊接装置技术领域，尤其涉及一种电阻点焊伺服加压系统。

背景技术

电阻点焊作为一种重要的焊接技术，在汽车、家电、电子、航天等工业领域发挥着日益重要的作用。电阻点焊是复杂的电、热、力等因素综合作用的结果，影响点焊质量的因素很多，其中主要因素有焊接电流、焊接时间和焊接压力。为了提高焊接电流和焊接时间的控制精度，较为普遍的方法是通过把主电路采用中频的逆变电源形式来实现，而且国内已出现逆变频率达25kKHz的高精度控制点焊电源，故而在焊接电流和焊接时间的精度控制方面已达到一定的水平。但是焊接压力方面，人们往往忽视了其精度控制的要求。

目前电阻点焊电源基本上沿用的是传统的加压方式，如气动加压、液压加压和弹簧随动加压等，这些方式都存在其固有的缺陷，无法保证电极压力的稳定性和电极位移的精确控制，在点焊中特别是在微型零件的焊接中很难达到满意的焊接质量。因此如何精确对焊接过程施压，已经成为焊接生产企业面临的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种电阻点焊伺服加压系统，具有对电极头冲击力小、压力变化响应速度快以及电极压力、位移、速度可精确控制的优点，且满足不同工艺上的压力变化要求。

本发明通过下述技术方案实现：

一种电阻点焊伺服加压系统，包括焊机电源、人机交互系统、控制系统、执行机构，所述控制系统包括用于设定和反馈参数的运动控制器；所述执行机构包括驱动器、编码器、伺服电机、联轴器，连接机构、上电极、下电极、限位开关，所述驱动器分别与运动控制器、编码器、伺服电机连接，所述编码器还与运动控制器连接，所述联轴器与加压连接机构连接，所述运动控制器设置有用于控制连接机构上下行程的限位开关。

所述上电极与连接机构连接，所述下电极设有一基座；所述人机交互系统包括与焊机电源连接的LCD显示器、键盘；所述连接机构通过丝杆与联轴器连接。

本发明工作步骤如下：

1)开机进行机械原点的查找，保持每次上电极都是从同一个位置开始运动，保证上电极的位置可以精确控制。在伺服电机运转之前，焊接电源系统把设置好的位移、速度、压力等参数由串口通信电路发送到运动控制器，控制伺服电机按点焊控制要求运转。

2)焊接电源准备好就给运动控制器发送启动信号，运动控制器接收到就开始发出指令脉冲信号给脉冲转换电路，经脉冲转换电路作用产生驱动器需要的脉冲信号驱动电机运转，控制电极的位移和速度。同时，运动控制器向D/A转换电路输出数据，经D/A转换电路变为驱动器需要的转矩限制信号控制电机的运转转矩，从而控制电极的压力。

3)上电极到位以后向焊接电源发送信号，焊接电源开始输出电流，焊接过程开始。焊接结束，焊接电源给运动控制器发送结束信号，单片机接收到后发出脉冲信号控制电机反转，电极回到起始位置时，关断一切输出，电机停止旋转，等待下一次由焊接电源发送的信号。

通信电路可以采用RS232串口通信电路，控制电路及输入电路可采用开关型光耦隔离。

脉冲电路采用常用的AM26LS31芯片，转矩控制电路采用DAC0832芯片产生模拟电压控制，脉冲采用AM26LS31芯片和DSP的I/O口共同完成。

运动控制器是采用microchip公司的dsPIC30F3011芯片作为核心。主要负责、接受预定值、接受操作命令(启动信号、报警信号)、采集信号及按一定时序发出的控制信号(如上下电极位置、脉冲信号、清报信号等)。dsPIC30F3011具有丰富的外围模块，包括大量的I/O口。具有5个16位定时器，其中还可以组合成32位定时器使用。dsPIC30F3011带有9个通道模拟输入、10位精度的高速A/D转换模块。6路PWM输出，三个占空比寄存器，可设为独立或补偿模式，PWM输出可改写，死区时间可编程。45个中断源，5个外部中断，7个可编程中断优先级，带有正交编码接口(QEI)模块，QEI模块可以提供了与增量光电式编码器的简单接口，从而能够从电机或机械系统中获得有符号速度和转子的相对位置信息，QEI模块接受来自增量式编码器的B和索引连接，并以专用16位时基保存累计的计数脉冲。可以以X2或X4分辨率来测量速度和位置信息。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：

由于交流伺服电机可以实现对输出转矩的实时精确控制，通过电机转矩的大小控制可决定电极压力实时输出，因此，通过伺服电机伺服加压，得到高精度的焊接压力，从而进一步提高点焊的焊接质量。

附图说明

图1是本发明电阻点焊伺服加压系统结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例

如图1所示，本发明电阻点焊伺服加压系统，包括焊机电源、人机交互系统、控制系统、执行机构，所述控制系统包括用于设定和反馈参数的运动控制器；所述执行机构包括驱动器、编码器、伺服电机、联轴器，连接机构、上电极、下电极、限位开关，所述驱动器分别与运动控制器、编码器、伺服电机连接，所述编码器还与运动控制器连接，所述联轴器与加压连接机构连接，所述运动控制器设置有用于控制连接机构上下行程的限位开关。

上电极与连接机构连接，该下电极的底部还设有一个用于支撑的基座；所述人机交互系统包括与焊机电源连接的LCD显示器、键盘。所述连接机构通过丝杆与联轴器连接。

本专利主要同通过伺服加压通过伺服电机来控制上电极的位移、速度以及上下电极之间的压力，利用焊接电源和运动控制器的信号互动来达到焊接参数的匹配。伺服电机使用联轴器带动滚珠丝杆旋转，由丝杆螺母通过连接机构实现电极的进给(上下往复移动)，伺服电机的旋转量和旋转速度决定了上电极的进给量和进给速度，伺服电机的转矩决定了上下电极之间的压力。

编码器，采用的是日本松下公司的带有增量型光电编码器的MSMD系列交流伺服电机；与之配套的驱动器MINASA4。其上下电极转速与进给速度、丝杆螺距关系为：

N = \frac{60 \cdot V_{m} i}{P} \times 10^{3}

N指快速行程中伺服电机转速(r/min)；Vm指工作台行程速度(m/s)；i指系统传动比；P指丝杆螺距(mm)。

在本专利的具体实施中，所述的单片机采用microchip公司的dsPIC30F3011芯片作为核心。

在本专利的具体实施中，外围设计脉冲产生电路采用常用的AM26LS31芯片，所述的脉冲信号有位置信号产生，交流伺服驱动器需要的指令脉冲信号是一对相位差为180°的信号。系统采用dsPIC30F3011的PWM方式输出脉冲，每路PWM只能输出一路信号，为节省资源和实现更加精确的控制，这里设计了一个转换电路，采用差分输入线性驱动电路，其差分驱动芯片选用AM26LS31，由单片机输出的单路信号经过芯片AM26LS31的处理，就可以得到一对相位差为180°的信号；由于脉冲信号是高频信号，所以在设计硬件接口电路时，需要考虑电路的抗干扰性。采用高速光电隔离芯片6N137来实现控制部分和驱动部分的电气隔离。

所述的开机原点查找应用控制系统首先使丝杆螺母快速朝靠近零点开关的方向运动，当零点开关被丝杆螺母压下以后，电机制动到速度为零，然后控制系统控制丝杆螺母低速度反向运动；当零点开关被放开时，控制系统检测到编码器的第一个零点脉冲时，丝杆螺母停止运动，此刻丝杆螺母的位置即为绝对零点。

在本专利的具体实施中，控制信号电路采用DAC0832芯片产生模拟电压控制，伺服电机转矩的控制采用位置控制方式下转矩限制的方式控制，需要2路模拟电压信号，一路为正，一路为负。采用2片8位的DAC0832，分别产生正负电压，用于限制CCW和CW方向的转矩。其中，正电压限制CCW方向转矩，约+3V/额定转矩；负电压限制CW方向转矩，约-3V/额定转矩。

人机界面显示选用内置T6963C控制器的点阵式LCD显示器，该显示器采用了240×128点阵的屏幕；键盘采用8个按键的非编码键盘。

本专利控制系统总体设计，焊接电源控制系统和伺服加压控制系统之间采用串口进行通信，开机进行机械原点的查找，保持每次电极都是从同一个位置开始运动，保证电极的位置可以精确控制。在电机运转之前，上位机焊接电源系统把设置好的位移、速度、压力参数等参数由串口通信电路发送到运动控制系统，控制电机按点焊控制要求运转。焊接电源准备好就给单片机发送启动信号，单片机接收到就开始发出指令脉冲信号给脉冲转换电路，经脉冲转换电路作用产生驱动器需要的脉冲信号驱动电机运转，控制电极的位移和速度。同时，单片机向D/A转换电路输出数据，经D/A转换电路变为驱动器需要的转矩限制信号控制电机的运转转矩，从而控制电极的压力。电极到位以后向焊接电源发送信号，焊接电源开始输出电流，焊接过程开始。焊接结束，焊接电源给单片机发送结束信号，单片机接收到后发出脉冲信号控制电机反转，电极回到起始位置时，关断一切输出，电机停止旋转，等待下一次由焊接电源发送的信号。

本专利具有对上下电极的电极头冲击力小、压力变化响应速度快以及上下电极之间的压力、位移、速度可精确控制的优点，且满足不同工艺上的压力变化要求。

在此说明书中，本专利已参照特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本专利的精神和范围。因此，说明书和附图应该被认为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种电阻点焊伺服加压系统，包括焊机电源、人机交互系统、控制系统、执行机构，其特征在于，所述控制系统包括用于设定和反馈参数的运动控制器；所述执行机构包括驱动器、编码器、伺服电机、联轴器，连接机构、上电极、下电极、限位开关，所述驱动器分别与运动控制器、编码器、伺服电机连接，所述编码器还与运动控制器连接，所述联轴器与加压连接机构连接，所述运动控制器设置有用于控制连接机构上下行程的限位开关。

2.根据权利要求1所述的电阻点焊伺服加压系统，其特征在于，所述上电极与连接机构连接，下电极设有一基座。

3.根据权利要求2所述的电阻点焊伺服加压系统，其特征在于，所述人机交互系统包括与焊机电源连接的LCD显示器、键盘。

4.根据权利要求3所述的电阻点焊伺服加压系统，其特征在于，所述连接机构通过丝杆与联轴器连接。