CN1061920C

CN1061920C - 平行间隙精密电阻焊机控制执行系统

Info

Publication number: CN1061920C
Application number: CN97106268A
Authority: CN
Inventors: 曾乐; 张红权; 居建华; 石小平
Original assignee: Metallurgy Department Architectural Research Institute Shanghai Branch Department; Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Branch of General Institute of Architectural Research, Ministry of Metallurgy; Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 2001-02-14
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: CN1165068A

Abstract

本发明公开了一种平行间隙精密电阻焊机控制执行系统，属于电阻点焊机的控制执行系统。焊接机头在X轴、Y轴方向的驱动控制机构由马达控制器控制直流伺服马达经变速器驱动丝杆副运转，光栅尺的信号输出端与马达控制器相联接，构成大闭环形式。电极Z轴方向的移动加压控制机构由带压力内闭环的比例压力调节阀调节气压，通过换向阀驱动气缸，构成开环形式。该系统使焊接头在X轴、Y轴方向的移动精度不受传动机构内的间隙等因素影响，电极Z轴方向的加压控制精确，特别适于用作航天太阳电池方阵组装等精密电阻焊机的控制执行系统。

Description

平行间隙精密电阻焊机控制执行系统

本发明涉及一种平行间隙精密电阻焊机控制执行系统，属于电阻点焊机的控制执行系统，特别适于用作航天太阳电池方阵组装等精密电阻焊机的控制执行系统。

航天用单晶硅太阳电池方阵作为供电系统，通常由数万片单体电池经数十万点焊接组装而成。这就要求X、Y轴方向能够快速响应，并精确地重复定位。而每片电池厚度仅为0.24mm或更薄，质地极脆，不能承受高压，故焊接压力和压力误差都必须很小。现有技术中的电阻焊机控制执行系统，包括焊接在X、Y轴方向的驱动控制机构，电极Z轴方向移动加压控制机构，焊接电源控制机构。焊接头在X、Y轴方向的移动一般采用步进电机或伺服电机加旋转编码器的闭环形式控制。这种控制方式在理论上也能达到较高精度水平，但实际控制中，因传动机构内不可避免的间隙等原因造成的误差，直接影响焊接头在X、Y轴方向的重复定位精度。电极在Z方向的移动加压，如日本专利JP62254986公开的《电阻焊机加压压力控制设备》，采用由气源、比例阀、流量选择阀构成的气动回路，其比例阀由一专用控制回路控制。控制回路复杂，目的是防止焊接压力不稳定，而造成的质量问题。其压力控制以公斤计，无法满足航天太阳电池焊接的低压、高精度要求。

本发明的目的是提供一种能使焊接机头在X轴、Y轴方向的移动精度不受传动机构内的间隙等因素影响、电极Z轴方向加压压力控制精确的平行间隙精密电阻焊机控制执行系统，以提高焊机的重复定位和加压精度，满足航天太阳电池方阵组装工艺对焊接定位和加压的高精度要求。

本发明的目的是这样实现的。

一种平行间隙精密电阻焊机控制执行系统，包括焊接机头在X轴、Y轴方向移动的驱动控制机构、电极Z轴方向移动加压控制机构和焊接电源控制机构，采用微机系统，由直流伺服马达经变速器驱动X轴、Y轴丝杆副的丝杆旋转，带动焊接机头作X轴方向或Y轴方向的移动，由比例阀经换向阀驱动气缸Z方向移动电极，施加焊接压力，焊接电源控制机构由电源控制器、电源开关和电极构成。焊接机头在X轴方向的驱动控制机构是由马达控制器、直流伺服马达、变速器、丝杆副和光栅尺构成的大闭环形式，马达控制器控制直流伺服马达经变速器驱动丝杆副运转，光栅尺的信号输出端与马达控制器相联接。焊接机头在Y轴方向的驱动控制机构是由马达控制器、直流伺服马达、变速器、丝杆副和光栅尺构成的大闭环形式，马达控制器控制直流伺服马达经变速器驱动丝杆副运转，光栅尺的信号输出端与马达控制器相联接。电极Z轴方向的移动加压控制机构是由带压力内闭环的比例压力调节阀、换向阀和气缸构成的开环形式，由带压力内闭环的比例压力调节阀调节气压，通过换向阀驱动气缸。马达控制器和电源控制器各自分别有一信号输入、输出端与微机相联，接受微机对其操作发出的目标设定信号值，并将执行结果反馈给微机。比例压力调节阀的信号输入端与微机相联，接受微机对其发出的压力设定信号值。

焊接机头下方安装有一摄像头，摄像头的信号输出端与微机相联，将所摄图像输入微机。微机内的图像识别软件识别焊点位置并计算出焊点间距离，将焊点间距离转换成脉冲数，输出给马达控制器作为X轴、Y轴方向驱动控制的目标值，可使整个焊接过程在无人操作的情况下自动完成，彻底消除累积误差。

X轴丝杆副、Y轴丝杆副均为适当预紧的二级精度滚珠丝杆副，可使机构误差及间隙消减至尽可能小的程度，变速器为变频调速器，是一种没有机械误差的变速器，大大提高了焊接机头在X轴、Y轴方向移动的响应速度和移动平稳性。

电极Z轴方向的移动加压控制机构，也可以是由控制板、比例压力调节阀、换向阀、气缸和压力传感器构成的大闭环形式，控制板控制比例压力调节阀调节气压，通过换向阀驱动气缸，安装于汽缸下面的压力传感器的信号输出端与控制板相联。可彻底消除因电极高低位置不同造成的焊接压力实际值的差异。采用这种闭环形式的加压控制机构时，比例压力调节阀可以是普通的比例调节阀。

气缸为带导向杆的短行程气缸，消除了电极在XY平面内旋转的可能性，焊接机头内下端安装固定有一直线滚珠轴承，电极的导杆与直线滚珠轴承滚动配合，以保证加压控制精度和高随动性。

下面结合附图与实施例对本发明进行详细论述。

附图1为本发明平行间隙精密电阻焊机控制执行系统的机构配制图。

本发明平行间隙精密电阻焊机控制执行系统的机构配制如图所示，主要包括微机系统13、由马达驱动器3及20、直流伺服马达2及19、变频调速器1及18、X轴滚珠丝杆副16、Y轴滚珠丝杆副4、光栅尺5及17构成的大闭环形式的X轴、Y轴驱动控制机构，由控制板12、比例压力调节阀9、换向阀7、带导向杆的短行程气缸8、压力传感器10构成的大闭环形式的电极Z轴方向移动加压控制机构和由电源控制器24、电源开关23和电极21构成的焊接电源控制机构。光栅尺5的定尺固定在机架14上，动尺与焊接机头6固定并与之随动。光栅尺17的定尺固定于地基，动尺与机架14固连并与之随动。光栅尺5、17的信号输出端分别与马达控制器3、20相联接。焊接机头6内下端安装固定有一直线滚珠轴承15，电极21的导杆与其滚动配合。马达控制器3及20、控制板12、电源控制器24各自分别有一信号输入输出端与微机13相联，电源开关23信号输入端，换向阀7两端的换向开关信号输入端也与微机13相联。

进入工作状态之前，首先要对马达控制器3和20进行精度设定，如设精度K=±5个脉冲数。在满足定位精度要求的情况下，一般设定后就不再调整。工作时，首先在微机13上进行参数设定，包括焊接压力，焊接电源参数如：电流、电压或功率，并将被焊电池组的焊点矩阵参数输入微机13。手动调整使电极21至第一个焊点，接通控制执行机构电源。微机13向换向阀7发出信号使其正向导通，同时向控制板12发出焊接压力设定信号值，控制板12控制比例压力调节阀9按设定输出值调节气压，通过换向阀7驱动气缸8，使电极21沿Z向位移并施加焊接压力，安装于气缸8下面的压力传感器10的信号输出端与控制板12相联，将测得的实际施加压力值反馈给控制板12，控制比例压力调节阀9的实际输出压力，由于气缸8活塞下部气路上安装的节流阀11所具有的单向阻尼作用使电极21下降平稳，避免对电池产生冲击。当压力传感器10实测压力等于压力设定值时，控制板12将执行结果反馈给微机13。微机13向电源开关23发出控制信号，接通电源，并向电源控制器24输出焊接电源参数控制设定信号值。焊接操作结束，电源控制器24将执行结果反馈给微机13。微机13向电源开关23发出控制信号，将电源切断，继而向换向阀7发出信号，使其反向导通，电极21复位，接下来，微机13根据输入的焊点矩阵参数进行判断，如焊接结束，则自动停机。否则微机13根据下一个焊点位置，决定驱动焊接机头6作X轴方向或Y轴方向移动，假设下一步作X轴方向的移动。微机13对马达控制器20发出位移脉冲设定信号值，马达控制器20驱动直流伺服马达19经变速器18、滚珠丝杆副16带动焊接机头6与机架14一起作X轴方向移动，同时光栅尺17的动尺相对于定尺移动，光栅尺17将测得的实际走行脉冲数反馈给马达控制器20，马达控制器20控制直流伺服马达19的运转方向、角度及速度，当光栅尺17所测实际走行脉冲数与位移脉冲数设定信号值之差，达到马达控制器20的设定精度值时，马达控制器20将执行结果反馈给微机13。Y轴方向的移动与X轴方向的执行过程基本相同。系统继续执行电极21沿Z轴方向的位移、加压，焊接操作。重复上述过程，直到将焊点全部焊接完毕。

在焊接机头6的下方安装一摄像头22，摄像头22的信号输出端与微机13相联。将所摄图像输入微机13，即可自动识别焊点位置，完成包括第一个焊点的定位操作，使整个焊接过程在无人操作的情况下自动完成。

本发明与现有技术相比所具有的优点是，X轴、Y轴方向的移动采用包括光栅尺构成的大闭环控制方式，彻底消除了所有可能存在的机构间隙及误差造成的影响，重复定位精度高，当马达驱动器精度为2个脉冲当量时，即可获得高于±20μm的重复定位精度。Z轴方向的移动加压采用带压力内闭环的比例压力调节阀，由于其本身压力调节精度高，且为线性变化，在开环形式下压力重复精度也可达到±0.5N，在保证加压精度的情况下，大大简化了控制回路。微机只对操作发出目标值并监视执行结果，增加了控制的协调性，由于其监控任务降到了最低水平，因而可采用型号较低的微机，降低了成本。该机还具有快速响应，运转平稳等优点，完全能够满足航天太阳电池方阵组装工艺对焊接定位的高精度要求。

Claims

1、一种平行间隙精密电阻焊机控制执行系统，包括焊接机头在X轴、Y轴方向移动的驱动机构、电极Z轴方向的移动加压控制机构和焊接电源控制机构，采用微机系统，由直流伺服马达经变速器驱动X轴、Y轴丝杆副的丝杆旋转，带动焊接机头作X轴方向或Y轴方向的移动，由比例阀经换向阀驱动气缸Z方向移动电极，施加焊接压力，焊接电源控制机构由电源控制器、电源开关和电极构成，其特征在于：焊接机头[6]在X轴方向的驱动控制机构是由马达控制器[20]、直流伺服马达[19]、变速器[18]、丝杆副[16]和光栅尺[17]构成的大闭环形式，马达控制器[20]控制直流伺服马达[19]经变速器[18]驱动丝杆副[16]运转，光栅尺[17]的信号输出端与马达控制器[20]相联接；焊接机头[6]在Y轴方向的驱动控制机构是由马达控制器[3]、直流伺服马达[2]、变速器[1]、丝杆副[4]和光栅尺[5]构成的大闭环形式，马达控制器[3]控制直流伺服马达[2]经变速器[1]驱动丝杆副[4]运转，光栅尺[5]的信号输出端与马达控制器[3]相联接；电极[21]Z轴方向的移动加压控制机构是由带压力内闭环的比例压力调节阀[9]、换向阀[7]和气缸[8]构成的开环形式，由带压力内闭环的比例压力调节阀[9]调节气压，通过换向阀[7]驱动气缸[8]；马达控制器[3][20]和电源控制器[24]各自分别有一信号输入、输出端与微机[13]相联，接受微机[13]对其操作发出的目标设定信号值，并将执行结果反馈给微机[13]，比例压力调节阀[9]的信号输入端与微机[13]相联，接受微机[13]对其发出的压力设定信号值。

2、根据权利要求1所述的控制执行系统，其特征在于：所述的焊接机头[6]下方安装有一摄像头[22]，摄像头[22]的信号输出端与微机[13]相联。

3、根据权利要求1所述的控制执行系统，其特征在于：所述的X轴丝杆副[16]、Y轴丝杆副[4]均为适当预紧的二级精度滚珠丝杆副。

4、根据权利要求1所述的控制执行系统，其特征在于：所述的电极[21]Z轴方向的移动加压控制机构，也可以是由控制板[12]、比例压力调节阀[9]、换向阀[7]、气缸[8]和压力传感器[10]构成的大闭环形式，控制板[12]控制比例压力调节阀[9]调节气压，通过换向阀[7]驱动气缸[8]，安装于汽缸[8]下面的压力传感器[10]的信号输出端与控制板[12]相联。

5、根据权利要求4所述的控制执行系统，其特征在于：所述的电极[21]Z轴方向的移动加压控制机构中的比例压力调节阀是普通的比例调节阀。

6、根据权利要求1所述的控制执行系统，其特征在于：所述的气缸[8]为带导向杆的短行程气缸。

7、根据权利要求1所述的控制执行系统，其特征在于：所述的焊接机头[6]内下端安装固定有一直线滚珠轴承[15]，电极[21]的导杆与直线滚珠轴承[15]滚动配合。