CN102962550A - 一种焊枪定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焊枪定位系统包括：焊枪倾角调节工装、三维步进电机驱动装置、PLC控制装置和触摸屏；其中：所述焊枪倾角调节工装与焊枪相套接，用于对焊枪与垂直方向的夹角进行调节，并读取所述夹角的大小和方向；所述三维步进电机驱动装置与所述焊枪倾角调节工装固定连接，用于带动所述焊枪倾角调节工装移动，实现焊枪在三维方向上的运动和精准定位；所述PLC控制装置与所述三维步进电机驱动装置相连接，用于对焊枪的焊接路径进行确定，并控制所述三维步进电机驱动装置进行移动；所述触摸屏与所述PLC控制装置相连接，用于对焊接路径数据的输入。本发明提供的焊枪定位系统能够对焊接两极进行精准定位，提升焊接效率。

Description

一种焊枪定位系统

技术领域

本申请涉及数据定位领域，特别涉及一种焊枪定位系统。

背景技术

焊接过程中母材和焊枪形成电弧的两极，钨极或熔化极与焊缝之间的相对位置对电弧的稳定性、焊缝成形质量及母材与添加材料的熔合状况至关重要。焊枪相对焊缝的位置可用焊枪的倾斜角度、初始坐标及焊枪的行走路线标定，比如厚板窄间隙焊接过程中，为了保证焊接过程稳定并避免侧壁未熔合的产生，应当尽量满足焊枪与侧壁间距及夹角适中。因此高效的焊接系统应满足快速调节焊枪坐标和倾角、快速定位焊枪并生成焊接路径的要求。目前的调节焊枪方位的工装存在结构复杂、操作不便及制作成本高的缺陷。两极间的定位方法包括单极运动和联动，后者多见于多自由度机器人加联动转胎系统，较为复杂，且设备昂贵。单极运动包括定焊枪或定母材的方法，定焊枪移动母材的方法不适于厚大焊接工件及焊接定位要求高的工况。

而相对简单的手工电弧焊，存在稳定性差的缺陷，而且焊接效率低，仅适于小工作量的焊接生产作业。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种焊枪定位系统，能够对焊接两极进行精准定位，提升焊接效率。其具体方案如下：

一种焊枪定位系统，包括，

焊枪倾角调节工装、三维步进电机驱动装置、PLC控制装置和触摸屏；

其中：

所述焊枪倾角调节工装与焊枪相套接，用于对焊枪与垂直方向的夹角进行调节，并读取所述夹角的大小和方向；

所述三维步进电机驱动装置与所述焊枪倾角调节工装固定连接，用于带动所述焊枪倾角调节工装移动，实现焊枪在三维方向上的运动和精准定位；

所述PLC控制装置与所述三维步进电机驱动装置相连接，用于对焊枪的焊接路径进行确定，并控制所述三维步进电机驱动装置进行移动；

所述触摸屏与所述PLC控制装置相连接，用于对焊接路径数据的输入。

上述的系统，优选的，所述焊枪倾角工装包括：

定心机构、转动幅度调节机构和基板；

所述定心机构与所述转动幅度调节机构分别固定于所述基板上；

所述定心机构包括第一定位卡板和第二定位卡板；所述第一定位卡板与所述第二定位卡板对称设置组成第一固定孔；

所述转动幅度调节机构包括第一卡圈和第二卡圈；所述第一卡圈与所述第二卡圈对称设置组成第二固定孔；

所述第一固定孔与所述第二固定孔位于同一轴心线上；

焊枪在竖直方向上穿过所述第一固定孔与所述第二固定孔，固定在所述焊枪倾角工装中。

上述的系统，优选的，所述三维步进电机驱动装置包括：

X向悬梁臂，Y向悬梁臂、立柱及双向滑块；

所述X向悬梁臂的一端与所述焊枪倾角调节工装固定连接；另一端设置有转动手柄；

所述X向悬梁臂位于所述双向滑块上；

所述双向滑块嵌于所述Y向悬梁臂上；

所述Y向悬梁臂通过第一端口组与所述PLC控制装置相连接；

所述Y向悬梁臂的一端设置有Y向驱动步进电机，另一端与所述立柱相连接；

所述立柱通过第二端口组与所述PLC控制装置相连接；

所述立柱的顶端设置有Z向驱动步进电机。

上述的系统，优选的，所述双向滑块设置有X向卡槽与Y向卡槽；

所述滑块依靠所述X向卡槽嵌入所述X向悬梁臂；

所述滑块依靠所述Y向卡槽嵌入所述Y向悬梁臂。

上述的系统，优选的，所述PLC控制装置包括：

读取单元及规划单元；

所述读取单元用于读取焊枪焊接过程中起弧点、收弧点及结束点的程序数据；

所述规划单元用于对焊枪焊接过程中的焊接路径进行规划。

上述的系统，优选的，所述触摸屏设置有：

起弧停留时间设置按钮、收弧停留时间设置按钮、焊接速度设置按钮、焊枪运动速度大小调节按钮、焊枪沿X、Y、Z方向运动的触发和停止按钮、起始点读取按钮、起弧点读取按钮、收弧点读取按钮、进入焊接过程按钮和暂停按钮。

上述的系统，优选的，所述Y向驱动步进电机及所述Z向驱动步进电机为正反转可控步进式电机。

上述的系统，优选的，焊枪初始进行焊接时，所述读取单元将所述起弧点和收弧点的坐标置零。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请提供的一种焊枪定位系统，可以实现起弧点和收弧点的精确定位及读取，可保证焊枪路径规划的精度。本申请公开的焊枪定位系统根据起弧点和收弧点自动生成焊接路径，提高了焊接系统自动化水平，可避免调节焊接缝方位使之平行于焊枪运动方向的过程，因此可大大缩短焊接前的准备时间，并可避免路径规划过程中的人为误差，即提高控制精度和生产效率；且本申请提供的焊枪定位系统采用取点并自动生成焊接路径的方法，因此，稳定性可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的一种焊枪定位系统实施例一的结构示意图；

图2是本申请的一种焊枪定位系统实施例二的结构示意图；

图3是本申请的一种焊枪定位系统实施例三的结构示意图；

图4是本申请的一种焊枪定位系统实施例四的结构示意图；

图5是本申请的一种焊枪定位系统实施例五的结构示意图；

图6是本申请的一种焊枪定位系统实施例四的结构示意图；

图7为本申请的一种焊枪定位系统实施例五的结构示意图；

图8为本申请的一种焊枪定位系统实施例六的结构示意图；

图9为本申请的一种焊枪定位系统实施例七的结构示意图；

图10为本申请的一种焊枪定位系统的行走路径示意图；

图12为本申请的一种焊枪定位系统的中PLC逻辑原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参考图1，示出了本申请一种焊枪定位系统的结构示意图，包括：

焊枪倾角调节工装002、三维步进电机驱动装置003、PLC控制装置004和触摸屏005；

其中：

焊枪001安装在所述焊枪倾角调节工装002中，所述焊枪倾角调节工装可实现焊枪001与垂直方向夹角的调节并能读取夹角的大小和方向。

所述三维步进电机驱动装置003与所述焊枪倾角调节工装002固定连接，带动所述焊枪倾角调节工装002运动，实现焊枪001在三维方向上的运动和精准定位。

PLC控制装置004与所述三维步进电机驱动装置003相连接，用于确定焊枪001的焊接路径，控制所述三维步进电机驱动装置003进行相应运动。

触摸屏005与所述PLC控制装置004相连接，用户通过所述触摸屏005对PLC控制装置中的相关数据进行输入。

本申请实施例提供的焊枪倾角调节工装包括定心机构和转动幅度调节机构，其中，定心机构通过定心螺栓与固定于机器人手臂的基板相连，转动幅度调节机构通过支撑板与固定于机器人手臂的基板相连。该定心机构中定位卡板通过橡胶衬垫压紧焊枪，并通过卡板紧固螺栓固定于支撑架的两臂；该支撑架可绕该定心螺栓旋转，紧固该定心螺栓可将支撑架、基板及机器人手臂压紧。该转动幅度调节机构中焊枪包裹于橡胶衬套并置于卡圈内，旋紧卡圈紧固螺栓可压紧该卡圈；连杆两端分别焊接卡圈和螺杆，螺杆穿过支撑板的销孔，可以通过调节螺杆穿过支撑板的长度调节转动幅度，依靠两定位螺母对该螺杆定位，支撑板焊接于基板。

参见图2、图3及图4，示出了本申请中焊枪倾角调节工装的详细结构示意图，图2为焊枪倾角调节工装的一侧视图，焊枪101嵌套在焊枪倾角调节工装中，所述焊枪倾角调节工装包括：

定心机构105、转动幅度调节机构106和基板102；

图2中，定心机构105和转动幅度调节机构106分别通过定心螺栓和支撑板固定于基板102上，该基板102开有定位孔103和刻有倾角指示刻度104.

图3为焊枪倾角调节工装的一俯视图，图3中，本发明的定心机构中，焊枪203外附橡胶衬垫204，同置于定位卡板205中，通过卡板紧固螺栓206将定位卡板205紧固于支撑架207的两肩，支撑架207地盘开有定心销孔，通过定心螺栓208将支撑架207和基板202及机器人手臂201压紧，定心螺栓同时起到图2中定位孔103的作用。

图2中焊枪101和图3中焊枪203为同一焊枪，只是处于不同图示中。

图4中，本发明的转动幅度调节机构中焊枪外包覆橡胶衬套304，同置于两个半圆卡圈306中，所述半圆卡圈306开有紧固螺栓孔，采用卡圈紧固螺栓305压紧该半圆卡圈306；焊接其中一半圆卡圈306与连杆307的一端，连杆307的另一端焊接螺杆301，所述螺杆301穿过支撑板302的销孔，依靠所述支撑板302两侧的定位螺母303固定所述螺杆301；所述支撑板302焊接于基板上，图4中支撑板302的一侧为焊缝308。

本申请实施例提供的三维步进电机驱动装置可实现三维方向上焊枪的运动和精确定位。除步进电机驱动外，X向还采用手动定位方式，该手动驱动传动装置包括丝杠、双向滑块中的X向内螺纹孔和X向悬臂梁上的定位螺栓，传动过程中该双向滑块在X向的位置固定；该双向滑块坐落于Y向悬臂梁并依靠该Y向悬臂梁的限定其只沿Y向滑动；该Y向悬臂梁通过悬臂定位机构与立柱相连，该悬臂定位机构包括定位板、螺栓及Z向滑块，定位板开有螺栓孔，通过定位板铆接该Y向悬臂梁和Z向滑块，该Z向滑块通过Z向卡槽嵌于该立柱；该立柱通过立柱定位机构与底座相连，该立柱定位机构中直角弯板的两边分别通过螺栓连接该立柱和X向滑块，该X向滑块开有X向螺纹孔，嵌于开有X向卡槽的底座中；三维步进驱动装置中每一维的驱动装置均采用步进电机，传动装置均由丝杠、内螺纹孔和限位开关组成，采用定丝杠动内螺纹孔的传动方式；该三维步进驱动电机的动作控制电缆及三维限位触发开关均与PLC控制装置相连。

参考图5，示出了本申请中三维步进电机驱动装置的结构示意图，焊接倾角工装402固定于X向悬臂梁408的一端，所述X向悬臂梁408开有定位螺栓孔，并装配定位螺栓406，另一端设有转动手柄407，所述X向悬臂梁408坐落于一双向滑块上；所述双向滑块嵌于Y向悬梁臂409上，所述Y向悬梁臂409上设置有Y向限位触发开关403，并通过端口D、E连接PLC，该Y向悬梁臂409一端设置有Y向驱动步进电机401，其外接端口为B，另一端通过悬臂定位机构与立柱410相连，所述立柱410设置有Z向驱动步进电机，所述立柱410上置有Z向限位触发开关，并通过F、G连接PLC，所述立柱410通过立柱定位机构与底座411相连。

图5中，404为丝杠，405为内螺纹孔。

A为Z向驱动步进电机401的外接端口

G、F和I、H分别为：Z向限位触发开关和X限位触发开关的端口。

结合图6与图7，为三维步进电机驱动装置结构示意图，本发明的双向滑块505开有X向螺纹孔506、Y向螺纹孔504、X向卡槽507和Y向卡槽502，依靠所述X向卡槽507和所述Y向卡槽508分别嵌入X向悬梁臂508和Y向悬梁臂501。图6中，503为定位板。

如图8所示，本发明的悬臂定位机构中，Y向悬梁臂601通过螺栓603与定位板602连接，Z向滑块604开有螺栓孔，所述定位板602通过螺栓603与所述Z向滑块604连接，所述Z向滑块604开有Z向卡槽605，并通过所述Z向卡槽605嵌于立柱606中。

结合图9与图10，本发明的立柱定位机构中，立柱703和X向滑块706均通过固定螺栓702分别于直角弯板701的两边连接，所述X向滑块706开有X向螺纹孔707；底座704开有X向卡槽705，所述X向滑块706通过所述X向卡槽705嵌于所述底座704。

综上，图6~图10中，不同图示中的同一部件的标号存有不同，但其代表的部件为同一部件。本申请中，为了描述的清楚，故不同的图示中采用了不同的标号。

本发明提供的PLC控制装置内存有起弧点、收弧点、结束点读取程序、焊枪路径规划程序。

如图11所示，本发明的焊枪行走路径分为四个阶段，该第一阶段为①从起弧点到收弧点，该阶段特点是不计行走路径的中间向量，最后得有效向量该第②阶段为从该收弧点L到该起弧点Q，特点是行走路线和该焊枪焊接过程行走路径相反，为向量

该第③阶段为焊接过程焊枪行走路径，即有效向量

该第④阶段为焊接完成后焊枪抬升过程，特点是方向垂直向上。

如图12所示，本发明的焊枪定位起弧点和收弧点坐标分别记为(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)，需存储6个数，因此需要6个寄存器；通过闭合一常开复位开关触发读取起弧点命令，令该起弧点和该收弧点的坐标均初始化为零；调节焊枪到该起弧点过程中，每次移动焊枪都时给出信号1，该次移动过程结束后则给出信号0，收到信号1后计时器开始计时，直至收到该0信号，该次移动焊枪的时间和速度V1、V2、V3的大小分别赋值于4个寄存器，若速度方向沿坐标轴负方向，则取该速度大小值的相反数；该次移动完成后吗，将三个方向上的位移量分别累计计入X2、Y2和Z2，直至收到读取收弧点的命令；读取收弧点后，计算该有效位移大小S并写入寄存器，根据输入的焊接速度V计算焊接过程的移动时间tp及分别沿该三个方向的移动速度Vxb、Vyb和Vzb，并分别写入寄存器；触发定时器，定时tp，使焊枪在该三个方向上分别独立运动，使焊枪沿与上述焊接路径向量

相反的方向运动；收到开始焊接命令后延时一定的起弧停留时间ts，定时tp，使焊枪沿该三个方向的移动速度大小分别为Vxb、Vyb和Vzb，和速度的方向为该焊接路径向量

的方向；到达该收弧点后，定时时长为焊接收弧停留时间te；抬升焊枪，等待停止命令。

本发明提供的触摸屏设有起弧停留时间设置按钮、收弧停留时间设置按钮、焊接速度设置按钮、焊枪运动速度大小调节按钮、焊枪沿X、Y、Z方向运动的触发和停止按钮、起始点读取按钮、起弧点读取按钮、收弧点读取按钮、进入焊接过程按钮和暂停按钮。

本发明触摸屏功能设置包括起弧停留时间设置按钮、收弧停留时间设置按钮、焊接速度设置按钮、焊枪运动速度大小调节按钮、焊枪沿X、Y、Z方向运动的触发和停止按钮、起弧点读取按钮、收弧点读取按钮、进入焊接过程按钮、暂停按钮、焊接状态实时显示、焊接参数设置页面切换按钮、保护气、焊接冷却水开关按钮、起弧按钮及收弧按钮。

具体工作时，上述触摸屏实现参数设置及过程控制，主要分为，包括(1)通过上述触摸屏输入起弧停留时间时间、收弧停留时间和焊接速度；(2)将焊枪调到起弧点；(3)触发读取该起弧点命令；(4)将焊枪调到收弧点位置；(5)触发读取收弧点命令；(6)触发进入焊接过程命令

所述电机为正反转可控步进式电机。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种焊枪定位系统，其特征在于，包括：

焊枪倾角调节工装、三维步进电机驱动装置、PLC控制装置和触摸屏；

其中：

所述焊枪倾角调节工装与焊枪相套接，用于对焊枪与垂直方向的夹角进行调节，并读取所述夹角的大小和方向；

所述三维步进电机驱动装置与所述焊枪倾角调节工装固定连接，用于带动所述焊枪倾角调节工装移动，实现焊枪在三维方向上的运动和精准定位；

所述PLC控制装置与所述三维步进电机驱动装置相连接，用于对焊枪的焊接路径进行确定，并控制所述三维步进电机驱动装置进行移动；

所述触摸屏与所述PLC控制装置相连接，用于对焊接路径数据的输入。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述焊枪倾角工装包括：

定心机构、转动幅度调节机构和基板；

所述定心机构与所述转动幅度调节机构分别固定于所述基板上；

所述定心机构包括第一定位卡板和第二定位卡板；所述第一定位卡板与所述第二定位卡板对称设置组成第一固定孔；

所述转动幅度调节机构包括第一卡圈和第二卡圈；所述第一卡圈与所述第二卡圈对称设置组成第二固定孔；

所述第一固定孔与所述第二固定孔位于同一轴心线上；

焊枪在竖直方向上穿过所述第一固定孔与所述第二固定孔，固定在所述焊枪倾角工装中。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三维步进电机驱动装置包括：

X向悬梁臂，Y向悬梁臂、立柱及双向滑块；

所述X向悬梁臂的一端与所述焊枪倾角调节工装固定连接；另一端设置有转动手柄；

所述X向悬梁臂位于所述双向滑块上；

所述双向滑块嵌于所述Y向悬梁臂上；

所述Y向悬梁臂通过第一端口组与所述PLC控制装置相连接；

所述Y向悬梁臂的一端设置有Y向驱动步进电机，另一端与所述立柱相连接；

所述立柱通过第二端口组与所述PLC控制装置相连接；

所述立柱的顶端设置有Z向驱动步进电机。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述双向滑块设置有X向卡槽与Y向卡槽；

所述滑块依靠所述X向卡槽嵌入所述X向悬梁臂；

所述滑块依靠所述Y向卡槽嵌入所述Y向悬梁臂。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PLC控制装置包括：读取单元及规划单元；所述读取单元用于读取焊枪焊接过程中起弧点、收弧点及结束点的程序数据；

所述规划单元用于对焊枪焊接过程中的焊接路径进行规划。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述触摸屏设置有：

起弧停留时间设置按钮、收弧停留时间设置按钮、焊接速度设置按钮、焊枪运动速度大小调节按钮、焊枪沿X、Y、Z方向运动的触发和停止按钮、起始点读取按钮、起弧点读取按钮、收弧点读取按钮、进入焊接过程按钮和暂停按钮。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述Y向驱动步进电机及所述Z向驱动步进电机为正反转可控步进式电机。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，焊枪初始进行焊接时，所述读取单元将所述起弧点和收弧点的坐标置零。

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