CN105149735B - 一种焊枪位置调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及管道设备技术领域，特别涉及一种焊枪位置调节系统，包括焊接小车、焊缝跟踪单元、主控单元、控制单元及角度传感器。角度传感器设置在焊接小车的前侧，焊枪设置在焊接小车上，角度传感器与主控单元连接，主控单元与焊缝跟踪单元连接，控制单元与焊缝跟踪单元连接。焊缝跟踪单元内部设置有焊接电压与焊枪位置的对应关系函数，焊缝跟踪单元用于根据函数、焊接电压及焊枪的运动方向确定焊枪偏离的位置信息，并将焊枪偏离的位置信息传送至控制单元。控制单元与焊枪连接，控制单元根据焊枪偏离的位置信息控制焊枪运动。本发明实施例提供的焊枪位置调节系统，实现了对焊枪位置的自动判定和调节，保证了焊接的合格率和焊接效率。

Description

一种焊枪位置调节系统
技术领域
本发明涉及管道设备技术领域，特别涉及一种焊枪位置调节系统。
背景技术
焊接过程的机械化和自动化，是近代焊接技术的一项重要发展，不仅标志着更高的焊接生产效率和更好的焊接质量，而且还大大改善了生产劳动条件。电弧焊主要的焊接动作是引燃电弧、送进焊条以维持一定的电弧长度、向前移动电弧和熄弧，如果这几个动作都由机器来自动完成，则称为自动焊。自动焊技术已经发展几十年，随着科学技术的进步，自动焊技术随逐步替代手工焊不断实现自动化、智能化。但是焊枪的姿态仍然需要人工手动调整。人工手动调整焊枪姿态存在一定的滞后性，并且焊枪是否在焊缝的中心位置，仅靠肉眼观察容易造成焊接偏离、焊接未熔合等缺陷，无法保证焊接合格率和焊接效率。
发明内容
本发明实施例通过提供一种焊枪位置调节系统，解决了现有技术中无法准确判定焊枪的位置、容易造成焊接偏离的技术问题，实现了对焊枪位置的自动判定和调节，保证了焊接的合格率和焊接效率。
本发明实施例提供了一种焊枪位置调节系统，包括：焊接小车、焊缝跟踪单元、主控单元、控制单元及角度传感器。所述角度传感器设置在所述焊接小车的前侧，所述焊枪设置在所述焊接小车上，所述焊枪左右摆动时，所述角度传感器产生旋转脉冲信号；所述角度传感器与所述主控单元连接，所述角度传感器将所述旋转脉冲信号发送至所述主控单元。
所述主控单元与所述焊缝跟踪单元连接，所述主控单元对所述旋转脉冲信号进行正交解码后获知所述焊枪的摆动方向，并将所述焊枪的摆动方向信息发送至所述焊缝跟踪单元。
所述控制单元与所述焊缝跟踪单元连接，所述控制单元用于设置所述焊枪的摆动时间、焊接电压的采集频率以及焊接电压的采集周期；其中，每一个所述焊接电压的采集周期内所述控制单元发送一个中断信号给所述焊缝跟踪单元，所述焊缝跟踪单元每接收一次所述中断信号则对所述焊接电压进行一次采集。
所述焊缝跟踪单元内部设置有所述焊接电压与所述焊枪位置的对应关系函数，所述焊缝跟踪单元用于根据所述函数、焊接电压及所述焊枪的运动方向确定所述焊枪偏离的位置信息，并将所述焊枪偏离的位置信息传送至所述控制单元。
所述控制单元与所述焊枪连接，所述控制单元根据所述焊枪偏离的位置信息控制所述焊枪运动，对所述焊枪的位置进行调整。
进一步地，所述主控单元包括：正交解码模块，用于获取所述角度传感器上传的所述旋转脉冲信号，并将所述旋转脉冲信号进行正交解码形成数字计数值；计数器模块，用于对所述数字计数值进行计数，当所述计数值递增时，产生第一指示信号；当所述计数值递减时，产生第二指示信号；判断模块，用于从所述计数器模块获取第一指示信号或所述第二指示信号，当获取所述第一指示信号时，判断电机正转、焊枪向左运动；当获取所述第二指示信号时，判断电机反转、焊枪向右运动。
进一步地，所述控制单元包括：参数设定模块，用于设置所述焊枪的摆动时间、焊接电压的采集频率以及焊接电压的采集周期；定时器模块，用于从所述参数设定模块获取所述焊接电压的采集周期，每一个所述焊接电压的采集周期发送一个中断信号给所述焊缝跟踪单元；控制模块，用于控制所述焊枪运动，对所述焊枪的位置进行调整。
进一步地，所述焊缝跟踪单元包括：采集模块，用于获得所述中断信号，并在获得所述中断信号后采集所述焊接电压值；存储模块，用于存储从所述采集模块获取的焊接电压，存储从所述主控单元获取的焊枪的运动方向信息；处理模块，用于从所述存储模块获取所述焊接电压及所述焊枪的运动方向信息，根据所述焊接电压与所述焊枪位置的对应函数关系、焊接电压及所述焊枪的运动方向确定所述焊枪偏离的位置信息；以及用于将所述焊枪偏离的位置信息传送至所述控制模块，所述控制模块根据所述焊枪偏离的位置信息控制所述焊枪运动，对所述焊枪的位置进行调整。
进一步地，所述主控单元通过I/O接口与所述焊缝跟踪单元连接。
进一步地，所述控制单元通过I/O接口与所述焊缝跟踪单元连接。
本发明实施例提供的一种或多种技术方案，至少具备以下有益效果或优点：
1、本发明实施例提供的焊枪位置调节系统，大幅提高了焊接过程的自动控制程度，避免人为干预焊接过程。能够自动判定焊枪偏离的位置信息，根据焊枪偏离的位置信息控制焊枪运动，对焊枪的位置进行调整，解决了现有技术中无法准确判定焊枪的位置、容易造成焊接偏离的技术问题，实现了对焊枪位置的自动判定和调节，保证了焊接的合格率和焊接效率。
2、本发明实施例提供的焊枪位置调节系统，结构简单、成本较低，可广泛应用于工况企业中。
附图说明
图1为本发明实施例提供的焊枪位置调节系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的焊枪左右摆动运动轨迹与焊接电压对应关系图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种焊枪位置调节系统，解决了现有技术中无法准确判定焊枪的位置、容易造成焊接偏离的技术问题，实现了对焊枪位置的自动判定和调节，保证了焊接的合格率和焊接效率。
参见图1，本发明实施例提供了一种焊枪位置调节系统，包括：焊接小车、焊缝跟踪单元、主控单元、控制单元及角度传感器。
角度传感器设置在焊接小车的前侧，焊枪设置在焊接小车上，焊枪左右摆动时，角度传感器产生旋转脉冲信号。角度传感器与主控单元连接，角度传感器将旋转脉冲信号发送至主控单元。主控单元通过I/O接口与焊缝跟踪单元连接，主控单元对旋转脉冲信号进行正交解码后获知焊枪的摆动方向，并将焊枪的摆动方向信息发送至焊缝跟踪单元。控制单元通过I/O接口与焊缝跟踪单元连接，控制单元用于设置焊枪的摆动时间、焊接电压的采集频率以及焊接电压的采集周期。其中，每一个焊接电压的采集周期内控制单元发送一个中断信号给焊缝跟踪单元，焊缝跟踪单元每接收一次中断信号则对焊接电压进行一次采集。焊缝跟踪单元内部设置有焊接电压与焊枪位置的对应关系函数，焊缝跟踪单元用于根据对应关系函数、焊接电压及焊枪的运动方向确定焊枪偏离的位置信息，并将焊枪偏离的位置信息传送至控制单元。控制单元与焊枪连接，控制单元根据焊枪偏离的位置信息控制焊枪运动，对焊枪的位置进行调整。
其中，主控单元包括：正交解码模块、计数器模块及判断模块。正交解码模块用于获取角度传感器上传的旋转脉冲信号，并将旋转脉冲信号进行正交解码形成数字计数值。计数器模块用于对数字计数值进行计数，当计数值递增时，产生第一指示信号；当所述计数值递减时，产生第二指示信号。判断模块用于从计数器模块获取第一指示信号或所述第二指示信号，当获取第一指示信号时，判断电机正转、焊枪向左运动；当获取第二指示信号时，判断电机反转、焊枪向右运动。
控制单元包括：参数设定模块、定时器模块及控制模块。参数设定模块用于设置焊枪的摆动时间、焊接电压的采集频率以及焊接电压的采集周期。定时器模块用于从参数设定模块获取焊接电压的采集周期，每一个焊接电压的采集周期发送一个中断信号给焊缝跟踪单元。控制模块用于控制焊枪运动，对焊枪的位置进行调整。
焊缝跟踪单元包括：采集模块、存储模块及处理模块。采集模块用于在获得中断信号后采集焊接电压值。存储模块用于存储从采集模块获取的焊接电压，存储从主控单元获取的焊枪的运动方向信息。处理模块用于从存储模块获取焊接电压及焊枪的运动方向信息，根据焊接电压与焊枪位置的对应函数关系、焊接电压及焊枪的运动方向确定焊枪偏离的位置信息；以及用于将焊枪偏离的位置信息传送至控制模块，控制模块根据焊枪偏离的位置信息控制焊枪运动，对焊枪的位置进行调整。
下面结合具体的实施例对本发明提供的焊枪位置调节系统进行说明：
在焊接过程中，焊枪以最大摆动幅度的一半等幅摆动，并设定焊枪向左向摆动为电机正转，焊枪向右摆动为电机反转。焊枪左右摆动时，角度传感器产生旋转脉冲信号，角度传感器将旋转脉冲信号发送至正交解码模块，正交解码模块获取角度传感器上传的旋转脉冲信号，并将旋转脉冲信号进行正交解码形成数字计数值。计数器模块对数字计数值进行计数，当计数值递增时，产生第一指示信号；当计数值递减时，产生第二指示信号。判断模块从计数器模块获取第一指示信号或第二指示信号，当获取第一指示信号时，判断电机正转、焊枪向左运动；当获取第二指示信号时，判断电机反转、焊枪向右运动。同时设定主控单元的I/O端口(以下主控单元的I/O端口称为P0端口和P1端口)，当焊枪向左运动时P0端口为高电平、P1端口为低电平(记为P0＝1、P1＝0)；当焊枪向右运动时P0端口为低电、P1端口为高电平(记为P0＝0、P1＝1)。通过P0端口、P1端口与焊缝跟踪单元进行连接，将焊枪向左或向右的运动状态发送至焊缝跟踪单元，使焊缝跟踪单元确定当前焊枪的运动方向。
焊接过程中焊枪左右摆动运动轨迹与焊接电压对应关系，如图2所示。从图2中能看出焊枪在左右两边缘处的焊接电压最大，在焊缝中心位置焊接电压最小。焊枪左右摆动，不同位置对应焊接电压不相等，因此焊接电压的变化与焊枪摆动位置相互关联，构建焊接电压与焊枪位置的对应关系函数。
焊枪左行时，设摆动时间为20ms，采集频率F0＝10，首先主控单元通过角度传感器判断电机正向运动，焊枪左行，因此P0＝1且P1＝0，并通过主控单元P0端口、P1端口发送给焊缝跟踪单元，焊缝跟踪单元设定一个变量P2，用于存储P0和P1的状态。若P0＝1且P1＝0，则设定P2＝1，表示焊枪左行；若P0＝0且P1＝1，则设定P2＝0，表示焊枪右行。控制单元根据设定的摆动时间(20ms)、采集频率(F0＝10)，每一个采集周期(2ms)定时器模块产生一次中断，通过控制单元的I/O输出端口P3发送一个高电平给焊缝跟踪单元，焊缝跟踪单元接收到高电平就进行一次焊接电压的数据采集，并将采集的电压信号保存在数组中，数组名记为：Buf1[]。焊缝跟踪单元中实际存储的内容包括：焊枪左行信号P2，焊枪左行过程中10个位置对应的焊接电压大小Buf1[0]～Buf1[9]。焊枪右行时，设摆动时间为20ms，采集频率F0＝10。首先主控单元通过角度传感器判断电机正向运动，焊枪左行，因此P0＝0且P1＝1，并通过主控单元P0端口、P1端口发送给焊缝跟踪单元，焊缝跟踪单元设定一个变量P2，用于存储P0和P1状态。若P0＝0且P1＝1，则设定P2＝0，表示焊枪右行。控制单元根据设定的摆动时间(20ms)、采集频率(F0＝10)，每一个采集周期(2ms)定时器模块产生一次中断，通过控制单元的I/O输出端口P3发送一个高电平给焊缝跟踪单元，焊缝跟踪单元接收到高电平就进行一次焊接电压的数据采集，并将采集的电压信号，保存在数组中，数组名记为：Buf2[]。焊缝跟踪单元中实际存储的内容包括：焊枪右行信号P2，焊枪右行过程中10个位置对应的焊接电压大小Buf2[0]～Buf2[9]。焊枪左、右摆动一次完成一个周期运动，焊接过程中焊枪摆动循环执行。
焊缝跟踪单元判断出焊枪的偏离方向，以编码形式传送回控制单元，焊缝跟踪单元提供2路输出信号，记为G1，G2。真值表如表1所示。控制单元读取G1及G2的值，确定焊枪的调整方向，并按照设定的控制精度进行调整，通过坡口形式及摆动宽度，设定控制精度范围为每次调整0.1mm～0.3mm。
表1
本发明实施例提供的焊枪位置调节系统，至少具备以下有益效果：
本发明实施例提供的焊枪位置调节系统，大幅提高了焊接过程的自动控制程度，避免人为干预焊接过程。能够自动判定焊枪偏离的位置信息，根据焊枪偏离的位置信息控制焊枪运动，对焊枪的位置进行调整，解决了现有技术中无法准确判定焊枪的位置、容易造成焊接偏离的技术问题，实现了对焊枪位置的自动判定和调节，保证了焊接的合格率和焊接效率。
本发明实施例提供的焊枪位置调节系统，结构简单、成本较低，可广泛应用于工矿企业中。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种焊枪位置调节系统，其特征在于，包括：焊接小车、焊缝跟踪单元、主控单元、控制单元及角度传感器；
所述角度传感器设置在所述焊接小车的前侧，所述焊枪设置在所述焊接小车上，所述焊枪左右摆动时，所述角度传感器产生旋转脉冲信号；所述角度传感器与所述主控单元连接，所述角度传感器将所述旋转脉冲信号发送至所述主控单元；
所述主控单元与所述焊缝跟踪单元连接，所述主控单元对所述旋转脉冲信号进行正交解码后获知所述焊枪的摆动方向，并将所述焊枪的摆动方向信息发送至所述焊缝跟踪单元；
所述控制单元与所述焊缝跟踪单元连接，所述控制单元用于设置所述焊枪的摆动时间、焊接电压的采集频率以及焊接电压的采集周期；其中，每一个所述焊接电压的采集周期内所述控制单元发送一个中断信号给所述焊缝跟踪单元，所述焊缝跟踪单元每接收一次所述中断信号则对所述焊接电压进行一次采集；
所述焊缝跟踪单元内部设置有所述焊接电压与所述焊枪位置的对应关系函数，所述焊缝跟踪单元用于根据所述函数、焊接电压及所述焊枪的运动方向确定所述焊枪偏离的位置信息，并将所述焊枪偏离的位置信息传送至所述控制单元；
所述控制单元与所述焊枪连接，所述控制单元根据所述焊枪偏离的位置信息控制所述焊枪运动，对所述焊枪的位置进行调整；
所述主控单元包括：
正交解码模块，用于获取所述角度传感器上传的所述旋转脉冲信号，并将所述旋转脉冲信号进行正交解码形成数字计数值；
计数器模块，用于对所述数字计数值进行计数，当所述计数值递增时，产生第一指示信号；当所述计数值递减时，产生第二指示信号；
判断模块，用于从所述计数器模块获取第一指示信号或所述第二指示信号，当获取所述第一指示信号时，判断电机正转、焊枪向左运动；当获取所述第二指示信号时，判断电机反转、焊枪向右运动。
2.如权利要求1所述的焊枪位置调节系统，其特征在于，所述控制单元包括：
参数设定模块，用于设置所述焊枪的摆动时间、焊接电压的采集频率以及焊接电压的采集周期；
定时器模块，用于从所述参数设定模块获取所述焊接电压的采集周期，每一个所述焊接电压的采集周期发送一个中断信号给所述焊缝跟踪单元；
控制模块，用于控制所述焊枪运动，对所述焊枪的位置进行调整。
3.如权利要求2所述的焊枪位置调节系统，其特征在于，所述焊缝跟踪单元包括：
采集模块，用于获得所述中断信号，并在获得所述中断信号后采集所述焊接电压值；
存储模块，用于存储从所述采集模块获取的焊接电压，存储从所述主控单元获取的焊枪的运动方向信息；
处理模块，用于从所述存储模块获取所述焊接电压及所述焊枪的运动方向信息，根据所述焊接电压与所述焊枪位置的对应函数关系、焊接电压及所述焊枪的运动方向确定所述焊枪偏离的位置信息；以及用于将所述焊枪偏离的位置信息传送至所述控制模块，所述控制模块根据所述焊枪偏离的位置信息控制所述焊枪运动，对所述焊枪的位置进行调整。
4.如权利要求1-3任一项所述的焊枪位置调节系统，其特征在于，所述主控单元通过I/O接口与所述焊缝跟踪单元连接。
5.如权利要求1-3任一项所述的焊枪位置调节系统，其特征在于，所述控制单元通过I/O接口与所述焊缝跟踪单元连接。
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