CN103212775B

CN103212775B - 一种焊接机械手电极头自动补偿系统

Info

Publication number: CN103212775B
Application number: CN201310121066.1A
Authority: CN
Inventors: 莫易敏; 程鸯; 汤春球; 刘卫
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-04-09
Also published as: CN103212775A

Abstract

本发明提供一种用于车身焊接电阻点焊领域中的焊接机械手电极头自动补偿系统。包括有焊接机械手和焊接平台，在焊接平台上还安装有补偿平面和检测开关，检测开关与焊接机械手自动升降控制系统连接，通过检测开关的信号自动控制焊接机械手以及安装在其上的上电极头的高度，其中，所述的焊接机械手自动升降控制系统包括有：电流检测分析模块，报警装置以及自动补偿系统。本系统运行安全可靠，可保证产品焊点的焊接质量符合技术要求，能够对电极头磨损后进行报警，并能够自动进行磨损补偿，自动补偿完成后系统进入正常的焊接程序。

Description

一种焊接机械手电极头自动补偿系统

技术领域

本发明属于焊接设备技术领域，尤其涉及到一种用于车身焊接电阻点焊领域中的焊接机械手电极头自动补偿系统。

背景技术

基于CNC控制系统的一体式简易焊接机械手采用C型焊钳，通过自动焊接能较好的保证焊接质量，且减少人力成本。该C型焊钳上电极为静电极，由于电极头频繁地与工件接触，工作一段时间或电极头进行人工修模后会发生一定的磨损导致不能与工件较好接触，影响了焊接质量。

如图1所示，磨损后上电极头不在开始设定的平面上，而由于数控系统的特点，依然会按照原程序走轨迹，磨损后的上电极头是达不到规定位置的，因此对工件不能进行有效的焊接，影响了焊接质量。

磨损到一定程度后，若没有及时更换电极头，会出现大量达不到质量要求的焊点，影响了生产的产品质量。为了保证焊接质量，需要发明一种自动补偿措施，当检测电极头磨损到一定量不能正常焊接时，焊接机械手则自动进行磨损补偿，自动补偿完成后系统进入正常的焊接程序；当检测到电极头磨损到极限位置时，则报警更换新的电极头。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述存在的不足，提供一种运行安全可靠，并能够对电极头磨损后进行报警，能够自动进行磨损补偿，自动补偿完成后系统进入正常的焊接程序的焊接机械手电极头自动补偿系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种焊接机械手电极头自动补偿系统，包括有焊接机械手和焊接平台，其特征在于：在焊接平台上还安装有补偿平面和检测开关，检测开关与焊接机械手自动升降控制系统连接，通过检测开关的信号自动控制焊接机械手以及安装在其上的上电极头的高度，其中，所述的焊接机械手自动升降控制系统包括有：电流检测分析模块，报警装置以及自动补偿系统；其中所述的自动补偿系统具有：

接收报警信号的接收控制开关，接收来自报警装置的信号；

能够对上电极头的位置进行记录标定的位置探测模块，分别计算出上电极头的初始位置和磨损后的位置；

对记录结果进行计算和分析的计算模块，计算出上电极头的补偿距离；

处理模块，将补偿距离传递给电机控制程序，通过电机实现升降机进行补偿距离的升降。

在上述方案中，所述的报警装置为电流检测报警装置，通过检测上电极头的电流，在低于预定值的情况下报警。

在上述方案中，所述自动补偿系统还装有不间断电源，具有断电保护功能，可以防止断电时数据丢失。

在上述方案中，所述的计算模块的计算程序为通过初始标定和磨损后的标定，计算出磨损量，再将磨损误差值加入，消除误差。

本发明的原理在于：焊接机械手在进行正常工作时，上下电极头能紧密压合在焊点处产生一定的压力，当压力在合适的范围内时，焊点处的接触电阻小而焊接电流较大，合适的压力和电流保证了焊点的质量。当上电极头磨损一定程度后，焊点处压力下降使得接触电阻变大，电流下降，当电流已经低于焊机设定的下限时，会产生一个报警信号。当系统检测到报警信号后运行自动补偿，上电极头与标准基面自动校对，通过下移横梁即下移上电极头的Z向位置消除磨损带来的误差，最后机械手再回到正常焊接程序，进行正常焊接。

数控系统的机床零点距离补偿平面的距离是固定不变的，通过踩点记录标定上电极头到补偿平面的Z向的初始值Z₀。当电极头磨损到一定程度，数控系统发出报警后，系统自动运行补偿程序，此时上电极自动下压到补偿开关，并记录下磨损后的上电极头在机床坐标系下面的Z向坐标Z₁，通过程序算出两者的差值△Z₁，并将误差值△Z₁加入到上电极头初始标定后焊接下降的高度值H中，通过自动标定校准消除了电极头磨损误差，使焊接过程能够正常进行，保证了焊接质量。当经过多次磨损补偿后当计算出的差值△Zn＞△Z_允许值时，此时上电极头已经磨损到极限位置，系统自动报警更换新的电极头。

本发明的有益效果在于：

本系统运行安全可靠，可保证产品焊点的焊接质量符合技术要求，能够对电极头磨损后进行报警，并能够自动进行磨损补偿，自动补偿完成后系统进入正常的焊接程序；且该系统具有断电保护功能，可以防止断电时数据丢失。

附图说明

图1为电极头磨损示意图

图2为本发明实施例整体结构示意图

图中：1．检测开关 2.补偿平面 3.上电极头 4.横梁 5.立柱。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步的说明：

参见图1和图2，焊接机械手电极头自动补偿系统，包括有横梁4、立柱5、焊接机械手和焊接平台，在焊接平台上还安装有补偿平面2和检测开关1，检测开关1与焊接机械手自动升降控制系统连接，通过检测开关1的信号自动控制焊接机械手以及安装在其上的上电极头3的高度，其中，所述的焊接机械手自动升降控制系统包括有：电流检测分析模块，报警装置以及自动补偿系统，其中所述的自动补偿系统具有：

接收报警信号的接收控制开关，接收来自报警装置的信号；

在本实施例中，所述的报警装置为电流检测报警装置，通过检测上电极头的电流，在低于预定值的情况下报警。

在本实施例中，所述自动补偿系统还装有不间断电源，具有断电保护功能，可以防止断电时数据丢失。

在本实施例中，所述的计算模块的计算程序为通过初始标定和磨损后的标定，计算出磨损量，再将磨损误差值加入，消除误差。

涉及到的主要代码有下面几个部分，上电极头下压到补偿平面程序，上升至起始程序以及G代码中的调用程序。

上电极头下压与上升程序关键部分如下，程序可以测试出电极头磨损之后到工件坐标系原点的垂直距离。

//补偿实现函数，该函数将被plc1()在每个扫描周期内调用

void Exec_M43(int ch)

{ ……

switch(M43_STEP)

{ case 0: return; //M43 初始状态不做任何动作

case 1:

R_l[508/4]=get_axis_pos(2); //记录当前Z轴位置

M43_STEP++; return; //M43可执行下一步动作

case 2:……

set_axis_move(2,(long)P_i[32]*1000L,100); //移动Z 轴到指定位置(绝对坐标)

M43_STEP++; return;

case 3:……

default: mod_M_code(0)=-1; break;

} }

void Exec_M44(int ch)

{……

switch(M44_STEP)

{ case 0:return;

case 1: if(den==0) return;……

set_axis_moveto(2,R_l[508/4],1000); //将Z 轴移补偿前的位置

M44_STEP++; return;

case 2:……

default: mod_M_code(0)=-1; break;……

} }

随后在M指令里面对M43_STEP、M44_STEP两个变量进行处理，以便G代码进行调用。

// 在M 命令处理

void exec_M()

{……

case 43: if(M43_STEP) break; M43_STEP=1; break;

case 44: if(M44_STEP) break; M44_STEP=1; break;

case 801: *ch_user_in(0)=B_l[51]; //取出B_l[51]的值赋给*ch_user_in(0)

mod_M_code(0)=-1; break;

case 39: if(den==0) break;

Y[34]&=~0x02; mod_M_code(0)=-1; break; //关闭指示灯，结束自动补偿

……}

在PLC1( )的扫描程序中循环是否有电极头磨损后的报警信号，收到信号之后就即刻进行自动补偿操作。

// 在plc1()函数中调用M43、M44的实现函数

void plc1(void)

{……

if(R[243]&0x20)

{ set_axis_stop(2); *axis_pic_a(2)=0; *axis_pic_v(2)=0;

B_l[51]=(*axis_pact(2))/(1000); //把压下补偿开关处的实际坐标值给B_l[51]

if ((-B_l[51]-415.9) > 5 )

Y(34) & 4 = 1; //如果磨损大于5mm，就报警跟换电极头

*sys_ctrl()|=SYS_SAVE_BBUF; //对B_l[51]进行断电保护

}

else Exec_M43(0);

Exec_M44(0); ……}

另外在PLC2( )设计了一个跳段程序，在电流没有产生报警信号时，运行G代码的时候是不会运行补偿程序段的。

void plc2(void)

{……

if((X[01]&(~R[234])&32)&&(((P[98]%100)/10)==1)) Y[34]^=2;

if(Y[34]&2) *ch_skip_sw(0)=0x0000;

else *ch_skip_sw(0)=0xFFFF; //没有报警，跳过1段

……｝

此时的PLC程序的二次开发的主体部分基本上完成了，在数控系统中可以通过对M代码的调用来实现对IO口的控制，获取所需要的数据。在G代码中完成了计数补偿等功能，主体代码如下。

G代码：

//1 M98 P004 ;调用补偿程序

//M90

M801 ;将B_[51]的值赋给#1190

M90

#11=#1190/10+407.2 ;补偿量

G92 X0 Y0 Z[-#11] A0 ;重建坐标系进行补偿

%004 ;补偿量测量子程序

G01 X390 Y-15 Z-366.5 A0 F5000 ;补偿平面

X456

M43 ;记录补偿平面Z轴坐标并下压

M44 ;压下补偿开关后上升至补偿平面

X390

X0 Y0 Z0

M99

本发明的原理在于：数控系统的机床零点距离补偿平面的距离是固定不变的，通过踩点记录标定上电极头到补偿平面的Z向的初始值Z₀。当电极头磨损到一定程度，数控系统发出报警后，系统自动运行补偿程序，此时上电极自动下压到补偿开关，并记录下磨损后的上电极头在机床坐标系下面的Z向坐标Z₁，通过程序算出两者的差值△Z₁，并将误差值△Z₁加入到上电极头初始标定后焊接下降的高度值H中，通过自动标定校准消除了磨损误差，使焊接过程能够正常进行，保证了焊接质量。当经过多次磨损补偿后当计算出的差值△Zn＞△Z_允许值时，此时上电极头已经磨损到极限位置，系统自动报警更换新的电极头。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims

1.一种焊接机械手电极头自动补偿系统，包括有焊接机械手和焊接平台，其特征在于：在焊接平台上还安装有补偿平面和检测开关，检测开关与焊接机械手自动升降控制系统连接，通过检测开关的信号自动控制焊接机械手以及安装在其上的上电极头的高度，其中，所述的焊接机械手自动升降控制系统包括有：电流检测分析模块，报警装置以及自动补偿系统；其中所述的自动补偿系统具有：

接收报警信号的接收控制开关，接收来自报警装置的信号；

2.如权利要求1所述的焊接机械手电极头自动补偿系统，其特征在于：所述的报警装置为电流检测报警装置，通过检测上电极头的电流，在低于预定值的情况下报警。

3. 如权利要求1所述的焊接机械手电极头自动补偿系统，其特征在于：所述自动补偿系统还装有不间断电源，具有断电保护功能，可以防止断电时数据丢失。

4.如权利要求1所述的焊接机械手电极头自动补偿系统，其特征在于：所述的计算模块的计算程序为通过初始标定和磨损后的标定，计算出磨损量，再将磨损误差值加入，消除误差。