CN106378556A - 一种汽车车身焊接总成的自动下线装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车车身焊接总成的自动下线装置，包括工控机，其与运动控制卡双向通讯，运动控制卡的输出端分别与电机驱动器、输出信号调理电路的输入端相连，电机驱动器的输出端与电机的输入端相连，输出信号调理电路的输出端与电磁铁或电磁阀相连，所述运动控制卡的输入端与输入信号调理电路的输出端相连，输入信号调理电路的输入端与光电传感器的输出端相连。使用运动控制卡，对生产线进行更加精确的位置和速度控制，能够使得工厂自动化达到一个更高、更精细的程度；将“工控机+运动控制卡”这一类开放式数控系统引入生产线系统的开发和研究，对设备进行更加精细的管理和使用，对工厂的信息化发展起到一定的促进作用。

Description

一种汽车车身焊接总成的自动下线装置

技术领域

本发明涉及自动化设备硬件系统的设计研发技术领域，尤其是一种汽车车身焊接总成的自动下线装置。

背景技术

生产线是现代工厂实现自动化、批量大规模生产的先进工艺流程，生产线的效率对于工厂的发展及利益起着至关重要的作用。汽车车身焊接总成的下线装置比以往工人手工搬运汽车车身焊接总成的方式有着巨大的优势，而要实现自动化控制，汽车车身焊接总成的下线装置的硬件结构起着核心作用。

目前生产线采用的方法是工人手动从生产线上面将汽车车身焊接总成取下，生产效率低下，工人劳动强度大。在当前的生产线下线装置中，由于生产线是根据不同的生产功能由工厂专门定制的设备，本身做生产线下线装置研发的比较少。一般情况就是采用PLC作为生产线研发的主要控制单元，进行生产线设备的研发,而PLC的体系结构封闭，且数据处理能力较弱，兼容性较差，很难兼容不同的硬件体系，相反的是PC不仅能实现PLC的控制功能，更具有强大的数据处理能力，开放性和兼容性较PLC都有很大提高。在生产线设备研发领域，暂时还没有将工控机和运动控制卡这种研发方法引入该领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用“工控机+运动控制卡”的方式，提高设备的控制精度的汽车车身焊接总成的自动下线装置。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种汽车车身焊接总成的自动下线装置，包括工控机，工控机与运动控制卡双向通讯，运动控制卡的输出端分别与电机驱动器、输出信号调理电路的输入端相连，电机驱动器的输出端与电机的输入端相连，输出信号调理电路的输出端与电磁铁或电磁阀相连，所述运动控制卡的输入端与输入信号调理电路的输出端相连，输入信号调理电路的输入端与光电传感器的输出端相连，开关电源分别向运动控制卡、电机驱动器、电机、输入信号调理电路、输出信号调理电路、电磁铁或电磁阀供电，所述工控机接220V市电。

所述电机驱动器为伺服电机驱动器，所述电机为伺服电机，所述伺服电机驱动器的输出端与伺服电机的输入端相连。

所述电机驱动器与步进电机驱动器，所述电机为步进电机，所述步进电机驱动器的输出端与步进电机的输入端相连。

所述输入信号调理电路包括传感器插座P4，传感器插座P4外接安装在生产线上的光电传感器，传感器插座P4的1脚接地，传感器插座P4的2脚与光耦U5的2脚相连，传感器插座P4的3脚与限流电阻R12的一端相连，限流电阻R12的另一端与限流电阻R10的一端相连，二者共同接+24V直流电，限流电阻R10的另一端与光耦U5的1脚相连，光耦U5的4脚接地，光耦U5的3脚分两路输出，一路与限流电阻R11的一端相连，另一路作为输入信号调理电路的输出端，限流电阻R11的另一端接+5V直流电，所述光耦U5采用PC817芯片。

所述输出信号调理电路包括光耦U7，其2脚作为输出信号调理电路的输入端，其1脚与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端分别接电阻R21的一端、+5V直流电，电阻R21的另一端接光耦U7的2脚，光耦U7的4脚接地，光耦U7的3脚分别与电阻R27的一端、场效应管Q1的栅极相连，场效应管Q1的漏极接+24V直流电，场相应管Q1的源极与继电器K1的其一接点相连，继电器K1的另一接点接地，所述光耦U7采用PC817芯片，所述场效应管Q1采用IRF3205芯片。

由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，在生产线系统中使用运动控制卡，对生产线进行更加精确的位置和速度控制，能够使得工厂自动化达到一个更高、更精细的程度；第二，将“工控机+运动控制卡”这一类开放式数控系统引入生产线系统的开发和研究，未来可以实现工厂的信息化，对设备进行更加精细的管理和使用，对工厂的信息化发展起到一定的促进作用；第三，现有的生产线控制技术基本都是采用PLC作为生产线系统的控制单元，引入运动控制卡之后，整个设备的控制精度提高了一个档次。

附图说明

图1位本发明的电路结构框图。

图2为本发明中输入信号调理电路的电路原理图。

图3为本发明的输出信号调理电路的电路原理图。

图4为本发明的反方向运动控制实施示意图。

图5为本发明的正方向运动控制实施示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种汽车车身焊接总成的自动下线装置，包括工控机，工控机与运动控制卡双向通讯，运动控制卡的输出端分别与电机驱动器、输出信号调理电路2的输入端相连，电机驱动器的输出端与电机的输入端相连，输出信号调理电路2的输出端与电磁铁或电磁阀相连，所述运动控制卡的输入端与输入信号调理电路1的输出端相连，输入信号调理电路1的输入端与光电传感器的输出端相连，开关电源分别向运动控制卡、电机驱动器、电机、输入信号调理电路1、输出信号调理电路2、电磁铁或电磁阀供电，所述工控机接220V市电。所述电机驱动器为伺服电机驱动器，所述电机为伺服电机，所述伺服电机驱动器的输出端与伺服电机的输入端相连。所述电机驱动器与步进电机驱动器，所述电机为步进电机，所述步进电机驱动器的输出端与步进电机的输入端相连。

如图2所示，所述输入信号调理电路1包括传感器插座P4，传感器插座P4外接安装在生产线上的光电传感器，传感器插座P4的1脚接地，传感器插座P4的2脚与光耦U5的2脚相连，传感器插座P4的3脚与限流电阻R12的一端相连，限流电阻R12的另一端与限流电阻R10的一端相连，二者共同接+24V直流电，限流电阻R10的另一端与光耦U5的1脚相连，光耦U5的4脚接地，光耦U5的3脚分两路输出，一路与限流电阻R11的一端相连，另一路作为输入信号调理电路1的输出端，限流电阻R11的另一端接+5V直流电，所述光耦U5采用PC817芯片。

如图3所示，所述输出信号调理电路2包括光耦U7，其2脚作为输出信号调理电路2的输入端，其1脚与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端分别接电阻R21的一端、+5V直流电，电阻R21的另一端接光耦U7的2脚，光耦U7的4脚接地，光耦U7的3脚分别与电阻R27的一端、场效应管Q1的栅极相连，场效应管Q1的漏极接+24V直流电，场相应管Q1的源极与继电器K1的其一接点相连，继电器K1的另一接点接地，所述光耦U7采用PC817芯片，所述场效应管Q1采用IRF3205芯片。

以下结合图1至5对本发明作进一步的说明。

运动控制卡通过输出高频脉冲的形式，控制步进电机或伺服电机的运动，包括对电机的速度，电机位置和加速度的控制；电磁继电器K1实现电气控制，电磁继电器K1根据运动控制卡的0～5V控制信号执行开关动作；运动控制卡具有通用输入端口，输入端口为低电平有效，输入的端口给定的信号为控制信号，控制信号转换成用于控制电磁阀或电磁铁的电压。运动控制卡输出的高电平信号为24V电压信号，运动控制卡的最终输出控制信号控制气缸伸缩。输入信号调理电路1和输出信号调理电路2焊接在同一个电路板上，输入信号调理电路1和输出信号调理电路2通过信号线连接在运动控制卡上；电磁铁或电磁阀通过电源线和输出信号调理电路2连接，光电传感器通过电源线和输入信号调理电路1连接。

本装置采用开关电源供电，其中，给运动控制卡、输入信号调理电路1、输出信号调理电路2供电的开关电源额定电压为24V，该开关电源的额定电流为0.3A；给电磁阀、电磁铁供电的开关电源的额定电压为24V，额定电流电流为6A；给电机和电机驱动器供电的开关电源的额定电压为48V，额定电流电流为10A。工控机使用工厂现场提供的220V交流电。

运动控制卡通过控制发出的脉冲波的频率来控制电机驱动器，然后电机驱动器直接控制电机，电机安装在滑翘上，带动滑翘运动。采用的运动控制卡为阿尔泰的PCI1010运动控制卡，PCI1010运动控制卡具有通用输入端口，输出端口为低电平有效。输入的端口给定的信号为控制信号，需要将这些信号转换成可以直接控制电磁阀、电磁铁的电压。根据图2所示，输入信号的转换是将外部的高低电压信号，转换成运动控制卡可以接收的信号。电路的工作核心部件是光耦器件图2所示的U5，型号为PC817，其中的P4为传感器的插座，外接安装在生产线上的光电传感器，光电传感器型号为欧姆龙的E3F-DS30C4，R12为光电传感器的限流电阻，该限流电阻为2W/330Ω的碳膜电阻，R10为1/8W的2.2KΩ的碳膜电阻所起作用为限制流过光耦U5中1、2引脚的电流，R11为1/8W的1KΩ的碳膜电阻所起作用为限制流过光耦U5中3、4引脚的电流。使用本装置就可以使得外部电压信号转换为运动控制卡可以接收的信号，该电路的特点为严格的分开了外部控制执行部件的电路和信号控制电路，使得相互之间不产生信号干扰。

图2所示电路的工作原理：当外部传感器未被触发的时候，光耦U5的2引脚处于高电平状态，电路中P4为接线口，其1、3引脚给光电传感器供电，这样光耦U5的1、2引脚就没有电流流过，光耦U5的引脚3、4之间也没有电流流过，5V的信号电压通过限流电阻R11加载在运动控制卡的输入端口上。运动控制卡的输入端口为低电平有效，所以运动控制卡不执行动作。当外部传感器被触发的时候，光耦U5的2引脚处于低电平状态，这样光耦U5的1、2引脚就有电流流过，光耦U5的引脚3、4之间也就有电流流过，限流电阻R11的下端相当于和地之间相连，control4的信号为低电平。运动控制卡的输入端口为低电平有效，所以运动控制将根据内置软件的程序进行动作。

PCI1010运动控制卡具有通用输出端口，输出端口为低电平有效。输出的端口给定的信号为控制信号，需要将这些信号转换成可以直接控制电磁阀、电磁铁的电压。实现该种输出信号转换的电路就是图3所示的电路。Control7端接运动控制卡的输出信号端口，运动控制卡的输出端口初始状态为高电平。其中U7为光耦PC817，电阻R21作用为拉高control7的电平，防止出现低电平的信号干扰，并且电阻R21起到限流的作用，型号为1/8W，10kΩ的碳膜电阻；R19作用为限流电阻，型号为1/8W，510Ω的碳膜电阻；R27起到限流的作用，型号为1/8W，10kΩ的碳膜电阻。Q1为IRF3205的MOSFET的场效应管，用于控制电磁继电器K1，K1为24V0.5A的电磁继电器，用来控制电磁铁和电磁阀的电源通断。使用本发明设计的电路就可以使运动控制卡的控制信号转变为外部控制电压，控制执行部件电磁铁和电磁阀，该电路的特点为严格的分开了外部控制执行部件的电路和信号控制电路，使得相互之间不产生信号干扰。

图3所示电路的工作原理：初始状态的时候，由于运动控制卡的输入端口是低电平，所以光耦U7是处于打开状态，就是光耦U7的发光部分是处于工作的状态下的，因此光耦U7的右边电路是导通的，相当于场效应管Q1的门级直接地，此时场效应管处于不工作的状态下，使得电磁继电器K1的线圈就没有电流流过，电磁继电器K1处于打开状态。此时电磁阀和电磁铁不通电。

当运动控制卡给出高电平的时候，此时光耦U7是处于关闭状态，此时光耦U7的3、4引脚处于断开状态，这样场效应管Q1的栅极施加电压为24V，此时漏极和源极处于导通状态，场效应管Q1处于工作的状态下，使得电磁继电器K1的线圈就有电流流过，电磁继电器K1处于接通状态。此时电磁阀和电磁铁通电。

电磁阀的型号为五位三通的SDPC4V230C-08,气缸的型号为SC080-500。工厂现场提供气源，气源、电磁阀、气缸之间采用内径为10的气管连接。电磁阀具有“O”型中位机能，整套设备的应用程序的编写使用的是LabVIEW软件开发平台。

反方向的运动说明：整个起吊装置的反向运行规律如图4所示。起吊装置由停止位置开始，当生产线输送过来一个装配完成的总成工件，工件被传感器a感知到，此时下线装置进行动作，最开始的动作为经过0.2～0.5s起吊装置加速到生产线的速度；然后电磁阀由运动控制卡给出的I/O信号，接通电磁阀，释放出气缸，并且此时电磁铁通电产生吸附力；气缸下降碰到翻转总成的支撑臂，那么此时通过电磁铁和横杆之间的弹簧，缓冲之后，碰到限位传感器Xin0，由于电磁铁通电，所以电磁铁就吸附在支撑臂上面，此时运动控制卡感知到Xin0的信号，由程序给出提升气缸的I/O信号，提升气缸。在Xin0触发表示工件已经吸附，此时起吊装置将会以2000pps/s的加速度加速；如果无Xin0信号，则气缸不会提升，起吊装置也不会加速，而是要在碰到传感器b之后完成气缸提升和加速的动作。气缸提升，下线装置加速之后；由下线装置吸附着翻转总成工件以较快的速度运动到生产线的末端；然后在碰到传感器c之后，气缸下降，碰到传感器d下线装置停止运动，当下线装置完全停止之后，电磁铁断电释放工件，此为下线装置的反方向的运动过程。

正方向的运动说明：在反方向的最终停止位置，此位置也是正方向的运动起始位置，如图5所示，程序控制下线装置完成反方向停止动作后，要求程序立即控制下线装置正向加速到程序设定速度，且要求在碰到位置传感器d、c的时候运动状态不发生改变。当达到指定位置时，气缸缩回缸体内，保持设定速度匀速运动，直到碰到传感器b为止，此时程序控制电机减速停止，最终到达下次反方向运动的起始位置。

综上所述，本发明在生产线系统中使用运动控制卡，对生产线进行更加精确的位置和速度控制，能够使得工厂自动化达到一个更高、更精细的程度；将“工控机+运动控制卡”这一类开放式数控系统引入生产线系统的开发和研究，未来可以实现工厂的信息化，对设备进行更加精细的管理和使用。对工厂的信息化发展起到一定的促进作用。

Claims (5)

1.一种汽车车身焊接总成的自动下线装置，其特征在于：包括工控机，工控机与运动控制卡双向通讯，运动控制卡的输出端分别与电机驱动器、输出信号调理电路（2）的输入端相连，电机驱动器的输出端与电机的输入端相连，输出信号调理电路（2）的输出端与电磁铁或电磁阀相连，所述运动控制卡的输入端与输入信号调理电路（1）的输出端相连，输入信号调理电路（1）的输入端与光电传感器的输出端相连，开关电源分别向运动控制卡、电机驱动器、电机、输入信号调理电路（1）、输出信号调理电路（2）、电磁铁或电磁阀供电，所述工控机接220V市电。

2.根据权利要求1所述的汽车车身焊接总成的自动下线装置，其特征在于：所述电机驱动器为伺服电机驱动器，所述电机为伺服电机，所述伺服电机驱动器的输出端与伺服电机的输入端相连。

3.根据权利要求1所述的汽车车身焊接总成的自动下线装置，其特征在于：所述电机驱动器与步进电机驱动器，所述电机为步进电机，所述步进电机驱动器的输出端与步进电机的输入端相连。

4.根据权利要求1所述的汽车车身焊接总成的自动下线装置，其特征在于：所述输入信号调理电路（1）包括传感器插座P4，传感器插座P4外接安装在生产线上的光电传感器，传感器插座P4的1脚接地，传感器插座P4的2脚与光耦U5的2脚相连，传感器插座P4的3脚与限流电阻R12的一端相连，限流电阻R12的另一端与限流电阻R10的一端相连，二者共同接+24V直流电，限流电阻R10的另一端与光耦U5的1脚相连，光耦U5的4脚接地，光耦U5的3脚分两路输出，一路与限流电阻R11的一端相连，另一路作为输入信号调理电路（1）的输出端，限流电阻R11的另一端接+5V直流电，所述光耦U5采用PC817芯片。

5.根据权利要求1所述的汽车车身焊接总成的自动下线装置，其特征在于：所述输出信号调理电路（2）包括光耦U7，其2脚作为输出信号调理电路（2）的输入端，其1脚与电阻R19的一端相连，电阻R19的另一端分别接电阻R21的一端、+5V直流电，电阻R21的另一端接光耦U7的2脚，光耦U7的4脚接地，光耦U7的3脚分别与电阻R27的一端、场效应管Q1的栅极相连，场效应管Q1的漏极接+24V直流电，场相应管Q1的源极与继电器K1的其一接点相连，继电器K1的另一接点接地，所述光耦U7采用PC817芯片，所述场效应管Q1采用IRF3205芯片。