CN104741806B - 熔化极等离子电弧复合焊接系统及其焊接控制方法 - Google Patents

熔化极等离子电弧复合焊接系统及其焊接控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种熔化极等离子电弧复合焊接系统及其焊接控制方法，所述系统包括：机器人执行机构、变位机、熔化极等离子焊枪、机器人控制柜、熔化极气体保护焊电源、等离子焊电源、PLC及人机界面、保护气体气源、离子气体及中心气体气源、机器人示教器；所述方法采用PLC及人机界面对熔化极气体保护焊电源及等离子焊电源进行控制，实现对熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的焊矩开关、检气、起弧、急停、电流反馈的功能设定，并与机器人控制器柜实现通讯；实现了双电源的整体控制，焊枪与机器人之间的协调与通信；解决了熔化极等离子复合电弧焊接难于实现的问题，并同时实现焊接时序安排、复合电弧状态判定及焊接过程控制。

Description

熔化极等离子电弧复合焊接系统及其焊接控制方法
技术领域
本发明涉及焊接过程控制领域，尤其是一种基于双电源控制的熔化极等离子电弧复合焊接系统及其焊接控制方法。
背景技术
为了实现高质量、高效化的焊接生产，通常采用将不同种类的电弧或热源相结合的方式在待焊接的工件的同侧或异侧进行复合电弧焊接。而熔化极等离子复合焊接就是其中之一。熔化极等离子复合焊接的特点为：焊丝干伸长较长，压缩后的等离子弧温度较高，焊丝融化速度较快。同时，由于焊接过程中，熔化极的焊丝、熔滴、电弧都包围在炽热的等离子弧内部，因此，熔滴的受力、熔化极电流的走向等都发生了很大变化。这种变化使得焊丝熔化速度快、焊接无飞溅；焊接过程比较稳定，焊接质量好。因此，此种焊接方法广泛用于对厚板的深熔焊和薄板的高速焊接中。但是，在熔化极等离子复合电弧焊接过程中需要2个电弧同时存在并相互复合，缺乏相应的控制方法，容易出现2台电源不匹配问题，这就使得熔化极等离子复合电弧焊接很难实现复合。并且，熔化极等离子复合焊过程控制参数过多，复合电弧状态难于检测。如何能够合理及有效匹配及控制2台电源协调工作是目前熔化极等离子复合电弧焊的难点。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，提供一种基于双电源控制的熔化极等离子电弧复合焊接系统及其焊接控制方法，基于双电源控制的方法来实现熔化极等离子复合弧。
为实现上述发明目的，本发明提供一种熔化极等离子电弧复合焊接系统。
一种熔化极等离子电弧复合焊接系统，包括：机器人执行机构、变位机、熔化极等离子焊枪、机器人控制柜、具备恒压特性的熔化极气体保护焊电源、具备恒流特性的等离子焊电源、PLC及人机界面、与所述熔化极气体保护焊电源连接的保护气体气源、与所述等离子焊电源连接的离子气体及中心气体气源、分别与所述机器人控制柜及机器人执行机构相连的机器人示教器，所述熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的正极同时与所述熔化极等离子焊枪的正极相连，所述熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的负极同时与所述变位机相连，所述PLC及人机界面分别与所述熔化极气体保护焊电源的控制端、等离子焊电源的控制端、机器人控制柜的控制板相连。
作为优选方式，所述系统的电气接口采用PLC作为主核心控制端口，PLC的I/O端与机器人执行机构的I/O接口相连，用以对机器人控制程序设定断弧、起弧、送丝、等离子送气、熔化极气体保护焊送气的功能。
作为优选方式，所述PLC的控制程序通过接口电路对机器人控制设定断丝、断气、电流反馈的功能；PLC通过232接口与人机界面相连，实现人机界面的参数、开关量、预检的功能设定；人机界面通过PLC实现等离子焊电源的电流的D/A、急停、起弧、检气的I/O信号输出；通过PLC实现熔化极气体保护焊电源的电流和电压的D/A、急停、起弧、送丝、检气的I/O信号输出；通过双电源的特性输出来实现熔化极气体复合焊的双电弧复合。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种焊接系统的焊接控制方法，包括如下步骤：
(1)进行熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的焊接参数的D/A给定、开关量的I/O设定、电源与机器人控制柜的I/O通讯；
(2)采用PLC及人机界面对熔化极气体保护焊电源及等离子焊电源进行控制，采用3路D/A设定等离子电源电流IP、熔化极气体保护焊电流IM及电压UM；
(3)通过PLC及人机界面的中间继电器，实现对熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的焊矩开关、检气、起弧、急停、电流反馈的功能设定，并与机器人控制器柜实现通讯；
(4)通过机器人示教器编写焊接执行程序，实现机器人执行机构与变位机的联动，并规划焊接路径；设定起弧时序安排，并通过指令发送给熔化极气体保护焊电源及等离子焊电源，再由熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源分为2路输出，一路直接输给熔化极等离子焊枪，另一路通过电流反馈给PLC及人机界面中，实现双电弧起弧及复合；
(5)当电流反馈进入PLC及人机界面中，检测反馈熔化极气体保护焊电流IM及等离子焊电源的电流IP，此时给PLC设定判断程序，若IP与IM同时存在说明等离子与熔化极气体电弧建立复合则进行焊接，若不同时存在则说明熔化极等离子电弧复合不成功，此时给机器人控制柜一个急停指令来停止焊接并报错；当焊接结束时，通过机器人控制柜输入熄弧指令停止焊接。
如上所述，本发明具有以下有益效果：
首先，本发明基于人机界面与PLC控制构建了熔化极等离子电弧复合自动化焊接设备；其次，实现了包括双电源的整体控制，焊枪与机器人之间的协调与通信；再次，解决了熔化极等离子复合电弧焊接难于实现、复合电弧状态难于检测的问题，并同时实现焊接时序安排、复合电弧状态判定及焊接过程控制。
附图说明
图1为熔化极等离子电弧复合焊接系统的整体设备构架图。
图2为熔化极等离子电弧复合焊接系统的焊接控制方法的流程图。
图3为熔化极等离子电弧复合焊接系统的电气接口图。
其中，1为机器人执行机构，2为变位机，3为熔化极等离子焊枪，4为机器人控制柜，5为熔化极气体保护焊电源，6为等离子焊电源，7为PLC及人机界面，8为保护气体气源，9为离子气体及中心气体气源，10为机器人示教器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本实施例为了解决熔化极等离子电弧复合焊过程中双电弧难于复合、过程参数众多且难于整体控制等问题，提出了一套基于双电源的熔化极等离子电弧复合焊接系统及其焊接控制方法，来实现熔化极等离子复合焊的双电弧复合及电弧状态反馈。
首先，如图1所示，一种熔化极等离子电弧复合焊接系统，包括：机器人执行机构1、变位机2、熔化极等离子焊枪3、机器人控制柜4、具备恒压特性的熔化极气体保护焊电源5、具备恒流特性的等离子焊电源6、PLC及人机界面7、与所述熔化极气体保护焊电源5连接的保护气体气源8、与所述等离子焊电源6连接的离子气体及中心气体气源9、分别与所述机器人控制柜4及机器人执行机构1相连的机器人示教器10，所述熔化极气体保护焊电源5和等离子焊电源6的正极同时与所述熔化极等离子焊枪3的正极相连，所述熔化极气体保护焊电源5和等离子焊电源6的负极同时与所述变位机2相连，所述PLC及人机界面7分别与所述熔化极气体保护焊电源5的控制端、等离子焊电源6的控制端、机器人控制柜4的控制板相连。
如图3所示，电气接口关系基于人机界面、PLC可编程控制器、接口电路。
所述PLC的控制程序通过接口电路对机器人控制设定断丝、断气、电流反馈的功能；PLC通过232接口与人机界面相连，实现人机界面的参数、开关量、预检的功能设定；人机界面通过PLC实现等离子焊电源的电流的D/A、急停、起弧、检气的I/O信号输出；通过PLC实现熔化极气体保护焊电源的电流和电压的D/A、急停、起弧、送丝、检气的I/O信号输出；通过双电源的特性输出来实现熔化极气体复合焊的双电弧复合。
本实施例还提供一种焊接系统的焊接控制方法，包括如下步骤：
(1)进行熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的焊接参数的D/A给定、开关量的I/O设定、电源与机器人控制柜的I/O通讯；
(2)采用PLC及人机界面7对熔化极气体保护焊电源5及等离子焊电源6进行控制，采用3路D/A设定等离子电源电流IP、熔化极气体保护焊电流IM及电压UM；
(3)通过PLC及人机界面7的中间继电器，实现对熔化极气体保护焊电源5和等离子焊电源6的焊矩开关、检气、起弧、急停、电流反馈的功能设定，并与机器人控制器柜实现通讯；
(4)通过机器人示教器10编写焊接执行程序，实现机器人执行机构1与变位机2的联动，并规划焊接路径；设定起弧时序安排，并通过指令发送给熔化极气体保护焊电源5及等离子焊电源6，再由熔化极气体保护焊电源5和等离子焊电源6分为2路输出，一路直接输给熔化极等离子焊枪3，另一路通过电流反馈给PLC及人机界面7中，实现双电弧起弧及复合；
(5)当电流反馈进入PLC及人机界面7中，检测反馈熔化极气体保护焊电流IM及等离子焊电源6的电流IP，此时给PLC设定判断程序，若IP与IM同时存在说明等离子与熔化极气体电弧建立复合则进行焊接，若不同时存在则说明熔化极等离子电弧复合不成功，此时给机器人控制柜4一个急停指令来停止焊接并报错；当焊接结束时，通过机器人控制柜4输入熄弧指令停止焊接。
所示的装置能够实现熔化极等离子电弧复合自动化焊接过程。采用如图2所示的控制流程，通过人机界面、PLC、自主设计的接口电路及软件程序，完成包括等离子电源、熔化极气体焊电源、机器人的统一协调及控制，从而起到合理安排焊接时序的目的。本系统能够对双电源进行整体控制，实现包含电参数的给定、保护气、离子气、冷却水、等离子焊电流、熔化气体保护焊电流及电压，而且方便用户操作实现检气、电动送丝等功能的控制，通过IP+IM电流反馈监测复合电弧状态，并完成焊接时序安排。本发明能够实现基于等离子弧和熔化极气体保护焊电弧的任意复合方式的同时还能够实现其自动化焊接过程。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种熔化极等离子电弧复合焊接系统，其特征在于，包括：机器人执行机构、变位机、熔化极等离子焊枪、机器人控制柜、具备恒压特性的熔化极气体保护焊电源、具备恒流特性的等离子焊电源、PLC及人机界面、与所述熔化极气体保护焊电源连接的保护气体气源、与所述等离子焊电源连接的离子气体及中心气体气源、分别与所述机器人控制柜及机器人执行机构相连的机器人示教器，所述熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的正极同时与所述熔化极等离子焊枪的正极相连，所述熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的负极同时与所述变位机相连，所述PLC及人机界面分别与所述熔化极气体保护焊电源的控制端、等离子焊电源的控制端、机器人控制柜的控制板相连；所述系统的电气接口采用PLC作为主核心控制端口，PLC的I/O端与机器人执行机构的I/O接口相连，用以对机器人控制程序设定断弧、起弧、送丝、等离子送气、熔化极气体保护焊送气的功能；所述PLC的控制程序通过接口电路对机器人控制设定断丝、断气、电流反馈的功能；PLC通过232接口与人机界面相连，实现人机界面的参数、开关量、预检的功能设定；人机界面通过PLC实现等离子焊电源的电流的D/A、急停、起弧、检气的I/O信号输出；通过PLC实现熔化极气体保护焊电源的电流和电压的D/A、急停、起弧、送丝、检气的I/O信号输出；通过双电源的特性输出来实现熔化极气体复合焊的双电弧复合。
2.根据权利要求1所述的焊接系统的焊接控制方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)进行熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的焊接参数的D/A给定、开关量的I/O设定、电源与机器人控制柜的I/O通讯；
(2)采用PLC及人机界面对熔化极气体保护焊电源及等离子焊电源进行控制，采用3路D/A设定等离子电源电流IP、熔化极气体保护焊电流IM及电压UM；
(3)通过PLC及人机界面的中间继电器，实现对熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源的焊矩开关、检气、起弧、急停、电流反馈的功能设定，并与机器人控制器柜实现通讯；
(4)通过机器人示教器编写焊接执行程序，实现机器人执行机构与变位机的联动，并规划焊接路径；设定起弧时序安排，并通过指令发送给熔化极气体保护焊电源及等离子焊电源，再由熔化极气体保护焊电源和等离子焊电源分为2路输出，一路直接输给熔化极等离子焊枪，另一路通过电流反馈给PLC及人机界面中，实现双电弧起弧及复合；
(5)当电流反馈进入PLC及人机界面中，检测反馈熔化极气体保护焊电流IM及等离子焊电源的电流IP，此时给PLC设定判断程序，若IP与IM同时存在说明等离子与熔化极气体电弧建立复合则进行焊接，若不同时存在则说明熔化极等离子电弧复合不成功，此时给机器人控制柜一个急停指令来停止焊接并报错；当焊接结束时，通过机器人控制柜输入熄弧指令停止焊接。
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