CN105522302A - 伺服加压点焊系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种伺服加压点焊系统，包括焊接控制器、焊钳和连接电缆，所述焊接控制器通过连接电缆与焊钳相连，所述焊接控制器包括焊接主控板、焊接驱动板、电机控制板、电机驱动器、编程/显示界面和外部I/O总线通讯模块，所述焊钳包括变压器、电极臂、伺服电机和焊钳本体支架,所述连接电缆包括焊接电源线、焊机控制线、电机信号/电源线；本发明的有益效果：通过在传统焊接控制器基础上实现控制焊接压力的功能，并摆脱目前对机器人伺服控制的依赖，可扩大伺服焊接的使用范围，实现了手工焊钳和自动焊钳的伺服压力控制。

Description

伺服加压点焊系统
技术领域
本发明涉及焊接装置技术领域，特别涉及一种伺服加压点焊系统。
背景技术
在点焊技术领域，影响焊接质量的因素主要有三个：焊接电流、焊接时间、焊接压力，随着汽车工业的不断发展，新材料和新工艺不断被应用，对焊接电流和焊接压力控制越来越要求严格，从工频50Hz控制器发展到中频控制器，从控制精度上提高了很多，也保证了焊接质量。在焊接压力控制方面，目前手工焊接系统均无法实现伺服在线自动压力控制，广泛应用的伺服机器人焊接系统可以做到用伺服驱动来控制焊接压力，但是存在以下一些缺点：第一、焊接压力的控制是由机器人控制器来进行的，如果想实现伺服加压必须采用具有外部轴控制的伺服机器人和外部轴电机，因此增加了伺服加压的成本；第二、焊接电流和焊接时间都是由焊接控制器来进行控制的，而焊接压力由机器人控制，三者无法做到在工艺时序上同步控制，目前为了保证焊接稳定，只能是从焊接开始到焊接结束都是保持恒定的焊接压力；第三、从焊接工艺上来讲，焊接压力无法随焊接过程进行变化，在焊接过程中压力也随时变化无法实现，对于一些特殊焊接工艺的材料无法进行高质量的焊接。
随着焊接工艺的发展变化，越来越多的新材料需要采用复杂特殊的焊接工艺来进行有效焊接，传统的焊接控制器无法同时控制三个焊接参数，本发明就是在传统焊接控制器基础上实现控制焊接压力的功能，并摆脱目前对机器人伺服控制的依赖，可扩大伺服焊接的使用范围，实现了手工焊钳和自动焊钳的伺服压力控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种伺服加压点焊系统。
本发明的技术方案为：一种伺服加压点焊系统，其特征在于：包括焊接控制器、焊钳和连接电缆，所述焊接控制器通过连接电缆与焊钳相连，所述焊接控制器包括焊接主控板、焊接驱动板、电机控制板、电机驱动器、编程/显示界面和外部I/O总线通讯模块，所述焊钳包括变压器、电极臂、伺服电机和焊钳本体支架,所述连接电缆包括焊接电源线、焊机控制线、电机信号/电源线。
进一步，所述焊接控制器可进行工频或者中频焊接方式。
进一步，所述焊接主控板以单片机为核心进行程序控制，所述焊接主控板采用总线形式与周边模块部件进行通讯，单片机控制板内部集成有CPU、IO通讯芯片、电源控制电路、总线控制电路。
进一步，所述焊接驱动板主要由功率电阻电容器件组成，将所述焊接主控板控制信号转化成可以控制焊接电源功率器件的动力控制信号。
进一步，所述电机控制板主要由总线模块电路、输入输出电路组成，所述焊接主控板通过总线将焊接过程中的压力曲线信号传送给电机控制板，由电机控制板转化成可以驱动电机的信号，进行电机动作控制。
进一步，所述电机驱动器包括控制电路、功率控制回路、编码器反馈电路，可对电机速度、位置和扭矩进行实时控制，并将控制结果反馈给电机控制板，以达到闭环控制的目的。
进一步，所述外部I/O总线通讯模块包括端子电路、接线端子排和总线控制器，实现系统与外部设备之间的信号通讯，可采用点对点控制接口或者总线控制接口。
进一步，所述编程/显示界面由触摸屏和操作按钮组成，所述触摸屏与焊接主控板进行总线通讯。
进一步，所述焊接电源线由多股电缆线制成，用于连接所述焊接驱动板上的功率器件和所述焊钳上的变压器。
进一步，所述焊机控制线、电机信号/电源线主要由多芯电缆线组成，所述电机信号/电源线用于连接所述电机驱动器和伺服电机，可将所述电机驱动器信号和控制信号输送给伺服电机。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用先进的伺服加压控制技术，实现焊接时间、焊接电流等工艺参数同步控制，提高焊接质量；
(2)本发明取消了传统焊机上的气缸，利用电机作为焊接加压装置，省去了复杂的气动元件及控制系统，简化了焊机的机械结构，安装方便；
(3)本发明所采用的伺服加压既可以应用在机器人焊钳产品上实现自动焊接，也可以安装在手动焊钳上，实现手工焊接的伺服控制，提高应用范围；
(4)本发明具备完整的电阻焊控制器功能，实现初级或者次级电流反馈的恒流控制，并且具备完整的外部通讯接口，可以和外部PLC控制器或者机器人系统进行通讯；同时具备完整的伺服加压控制功能，具有位置、速度、力矩控制，实现各种焊接工艺；
(5)本发明通过对焊接过程中的实时压力控制，相比传统的气动系统压力控制，系统响应速度快，精度高，能够实现精确的控制，提高焊接过程中的工艺控制精度，提高焊接质量；
(6)本发明有利于实现气动机器人焊钳的工艺升级，应用此系统实现伺服加压焊接的功能，不需要机器人具备外部轴控制的功能，目前市场上在用的气动机器人焊钳均可以升级成伺服加压焊接，延长生产线生命力。
附图说明
图1为本发明结构原理示意图；
图2为配备了伺服加压系统的手工焊钳结构示意图；
图3为配备了伺服加压系统的自动焊钳结构示意图。
其中：
1、焊接控制器2、焊钳3、连接电缆4、焊接主控板
5、焊接驱动板6、电机控制板7、电机驱动器8、外部I/O总线通讯模块
9、编程/显示界面10、伺服电机11、变压器12、电极臂
13、焊钳机体14、工件15、操作手柄16、焊钳吊挂装置
17、焊钳安装接口板18、焊钳保护壳19、焊接电源线20、电机信号/电源线
21、焊机控制线
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出简要说明。
如图1所示，一种伺服加压点焊系统，其特征在于：包括焊接控制器1、焊钳2和连接电缆3，所述焊接控制器1通过连接电缆3与焊钳2相连，所述焊接控制器1包括焊接主控板4、焊接驱动板5、电机控制板6、电机驱动器7、外部I/O总线通讯模块8和编程/显示界面9，所述焊钳2包括伺服电机10、变压器11、电极臂12和焊钳本体13,所述连接电缆3包括焊接电源线19、电机信号/电源线20、焊机控制线21。
焊机主控板4以单片机为核心进行程序控制，通过内置程序实现对点焊过程的工艺控制，是整套焊接系统的核心部件，所述焊机主控板4采用总线形式与周边模块部件进行通讯，单片机控制板内部集成CPU、IO通讯芯片、电源控制电路、总线控制电路等。
焊接驱动板5主要由功率电阻电容器件组成，实现焊接电源的功率控制、信号反馈、滤波等功能，可将焊接主控板4的信号转化成可以控制焊接电源功率器件(可控硅或者IGBT)的动力控制信号，是将设备电源转化成焊接电源的主要部件。
电机控制板6一般是由总线模块电路、输入输出电路组成，是连接焊接主控板4与电机驱动器7之间的桥梁，焊接主控板4通过总线将焊接过程中的压力曲线信号传送给电机控制板6，由电机控制板6转化成可以驱动电机的信号，进行电机动作控制。
电机驱动器7是直接对电机进行驱动的部件，主要由控制电路、功率控制回路、编码器反馈电路等组成，实现对电机速度、位置和扭矩的实时控制，并将控制结果反馈给电机控制板6，以达到闭环控制的目的。
外部I/O总线通讯模块8主要有端子电路、接线端子排、总线控制器等组成，实现系统与外部设备(比如机器人控制、PLC控制器等)之间的信号通讯，一般有点对点控制接口和总线控制接口，可根据功能不同选用。
编程/显示界面9由触摸屏和操作按钮组成，触摸屏与焊接主控板4进行总线通讯，是人机交互的接口，通过触摸屏界面的操作，完成了焊接程序的编制、系统维护、故障显示等主要接口功能。
如图1所示，焊钳2主要由伺服电机10、变压器11、电极臂12和焊钳本体13组成。焊接控制器1的焊接电源通过焊接电源线19输送到变压器11的初级端，通过变压器11电磁变换，转化成次级端的低电压用于焊接(直流或者交流)，伺服电机10可输出直线的压力(直线电机或者旋转电机加丝杠)，通过电极臂12将工件14夹紧在一起，将变压器13次级电压施于工件14上，实现电路焊接，完成焊接工艺过程。
如图1所示，焊接控制器1和焊钳3之间由连接电缆3连接，连接电缆3主要由焊接电源线19、电机信号/电源线20、焊机控制线21三部分组成。焊接电源线19连接焊接驱动板5上的功率器件和焊钳2上的变压器11，用来传输焊接电源，一般由多股电缆线制成，用以保证柔性连接。电机信号/电源线20连接于电机驱动器7和伺服电机10之间，用来将电机驱动器7信号和控制信号输送给伺服电机10，实现对伺服电机10的控制，一般有多芯电缆组成，高柔性。焊机控制线21主要由多芯电缆线组成，可将焊钳2上除焊接电源之外的控制部分信号与焊接主控板4连接起来，主要包括变压器温度监控信号、变压器次级电流反馈信号、变压器次级电压反馈信号等。
伺服加压点焊系统根据应用可分为手工焊接方式和自动焊接方式。图2为手动焊接方式示意图，焊钳被安装在一个焊钳吊挂装置16上，有操作手柄15进行操作，人工移动焊钳对准工件14进行焊接。图3为自动焊接方式示意图，焊钳被安装在一个规则形状的焊钳机体13上，无吊挂和人工操作手柄，机体支架通过焊钳安装接口板17固定在自动机械设备上(直线或者关节机器人)，自动移位进行焊接操作。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种伺服加压点焊系统，其特征在于：包括焊接控制器、焊钳和连接电缆，所述焊接控制器通过连接电缆与焊钳相连，所述焊接控制器包括焊接主控板、焊接驱动板、电机控制板、电机驱动器、编程/显示界面和外部I/O总线通讯模块，所述焊钳包括变压器、电极臂、伺服电机和焊钳本体支架,所述连接电缆包括焊接电源线、焊机控制线、电机信号/电源线。
2.根据权利要求1所述一种伺服加压点焊系统，其特征在于：所述焊接控制器可进行工频或者中频焊接方式。
3.根据权利要求1所述一种伺服加压点焊系统，其特征在于：所述焊接主控板以单片机为核心进行程序控制，所述焊接主控板采用总线形式与周边模块部件进行通讯，单片机控制板内部集成有CPU、IO通讯芯片、电源控制电路、总线控制电路。
4.根据权利要求1所述一种伺服加压点焊系统，其特征在于：所述焊接驱动板主要由功率电阻电容器件组成，将所述焊接主控板控制信号转化成可以控制焊接电源功率器件的动力控制信号。
5.根据权利要求1所述一种伺服加压点焊系统，其特征在于：所述电机控制板主要由总线模块电路、输入输出电路组成，所述焊接主控板通过总线将焊接过程中的压力曲线信号传送给电机控制板，由电机控制板转化成可以驱动电机的信号，进行电机动作控制。
6.根据权利要求1所述一种伺服加压点焊系统，其特征在于：所述电机驱动器包括控制电路、功率控制回路、编码器反馈电路，可对电机速度、位置和扭矩进行实时控制，并将控制结果反馈给电机控制板，以达到闭环控制的目的。
7.根据权利要求1所述一种伺服加压点焊系统，其特征在于：所述外部I/O总线通讯模块包括端子电路、接线端子排和总线控制器，实现系统与外部设备之间的信号通讯。
8.根据权利要求1所述一种伺服加压点焊系统，其特征在于：所述编程/显示界面由触摸屏和操作按钮组成，所述触摸屏与焊接主控板进行总线通讯。
9.根据权利要求1所述一种伺服加压点焊系统，其特征在于：所述焊接电源线由多股电缆线制成，用于连接所述焊接驱动板上的功率器件和所述焊钳上的变压器。
10.根据权利要求1所述一种伺服加压点焊系统，其特征在于：所述焊机控制线、电机信号/电源线主要由多芯电缆线组成，所述电机信号/电源线用于连接所述电机驱动器和伺服电机，可将所述电机驱动器信号和控制信号输送给伺服电机。
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