CN108480808A - 一种钛合金零件真空焊接箱控制装置 - Google Patents

Abstract

一种钛合金零件真空焊接箱控制装置属于焊接箱体控制装置领域，包括焊接箱体、焊枪移动机构、各类传感器、电气控制柜及计算机等。滑动小车通过焊接箱体底部的导轨进出焊接箱体；与纵向、旋转、横向电机连接的零件工作台设于滑动小车上方，待焊接的钛合金零件放置于零件工作台上，实现零件在纵向、横向、旋转方向的运动，调整零件姿态。焊枪移动机构设于焊接箱体内，通过升降电机实现焊枪高度方向的运动。焊接箱体上设有真空、氩气浓度、流量传感器，电磁阀，真空泵，保障焊接质量。本发明具有自动化程度高、稳定性好、操作简便、适应性强等特点，能够改变钛合金零件焊接姿态，保障焊接效率和质量；能够提高焊接的定位精度，保障系统安全性和可靠性。

Description

一种钛合金零件真空焊接箱控制装置

技术领域

本发明属于焊接箱体控制装置领域，提供一种钛合金零件真空焊接箱控制装置。

技术背景

科学技术的不断进步推动了航空飞行器的快速发展，对航空飞行器的性能也提出了更高的要求。由于航空飞行器的飞行速度、飞行距离、运载能力和机动性能受到机体质量的影响和制约，如何有效减轻飞行器重量，成为一大难题，也就对航空材料提出了新的挑战。因此，研发轻质、高强的新型材料，己经成为人们在材料开发及应用过程中迫切寻求的目标。

钛合金作为一种新型材料，具有比强度高、抗腐蚀性好、耐高温以及韧性和焊接性较好等一系列优点，又具有与先进复合材料在热学、电化学方面的相容性，已经成为航空制造业重要的结构材料，在其他行业也受到越来越多的重视，具有越来越广泛的应用前景。由于钛合金是活泼金属，在200℃以上即氧化，所以钛的焊接要在真空箱体内进行。

目前针对于钛合金零件焊接，零件焊接工作台固定，不能进行移动，只能依靠人工进行调整，不能实现多个角度的自动焊接。且焊枪移动机构采用机械式进行高度调整，同时定位精度不高，或部分设备不具备焊枪移动机构，不能实现焊枪高度调整。及其焊接箱体控制自动化程度不高，不能实现计算机远程监视与控制等，存在以上一系列相关问题。

发明内容

本发明针对上述问题，综合运用传感检测、数据分析处理、伺服控制、人机交互及远程监控等技术，提供一种自动化程度高，功能齐全，操作便捷的钛合金零件真空焊接箱控制装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种钛合金零件真空焊接箱控制装置，包括焊接箱体、焊枪移动机构、工业插头、流量传感器、电磁阀、电气控制柜、真空泵、远程监控计算机。所述的电气控制柜内设有PLC控制器，及与其进行电连接的升降伺服控制器、纵向伺服控制器、旋转伺服控制器、横向伺服控制器、操作按钮、检测开关；电气控制柜上的触摸屏、警示灯，电气控制柜外的真空泵、远程监控计算机也与PLC控制器进行电连接。

所述的焊接箱体为整个焊接装置的主体，通过支架进行支撑，焊接箱体表面设有观察口1、观察口2，内部上方安装照明灯，照明灯通过工业插头与PLC控制器连接，便于在焊接过程中操作人员对焊接的有效观察。在箱体底部放置导轨，导轨上安装滑动小车，滑动小车通过导轨进行滑动，用于进出焊接箱体；零件工作台设于滑动小车上方，需要焊接的钛合金零件放置于零件工作台上，便于有效焊接，零件工作台与纵向电机、旋转电机、横向电机进行机械连接，三个电机与电气控制柜内的纵向伺服控制器、旋转伺服控制器、横向伺服控制器通过工业插头连接，通过纵向电机、旋转电机、横向电机的运动实现滑动零件工作台的运动，从而实现钛合金零件在纵向、横向、旋转方向的运动，用于在焊接过程中调整钛合金零件的姿态。

所述的焊枪移动机构穿过焊接箱体上方通孔深入焊接箱体内，焊枪移动机构与升降电机相连，其与电气控制柜内的升降伺服控制器相连，实现焊枪在高度方向的运动。

所述的焊接箱体上设有真空压力传感器、氩气浓度传感器、流量传感器、电磁阀、真空泵，以上部件均与PLC控制器相连，真空压力传感器、氩气浓度传感器用于对箱体内的系统真空压力以及氩气浓度进行检测，真空泵为焊接装置提供有效的真空压力，电磁阀对氩气的充气和排气提供通断控制，流量传感器对充入焊接箱体的氩气流量进行实时的检测，保障焊接质量。

通过触摸屏对零件工作台的旋转、纵向、横向以及焊接升降机构升降高度方向的速度以及运动方向进行设置，对系统状态及其运行信息进行显示，并通过触摸屏对焊接装置进行整体的运动控制。及其利用警示灯对控制装置运行工作状态进行指示。检测开关包括开门和关门的位置、滑动小车的前进和后退位置，焊枪升降机构的上部和下部位置、零件工作台的纵向左右极限、横向的前后极限、旋转的初始和终点位置进行检测，为系统提供有效的保护。

本发明的工作流程为：

首先，接通控制装置电源，然后按照生产工艺要求，将待焊接的钛合金零件放置零件工作台上，推动滑动小车将钛合金零件推入到焊接箱体内部，关闭焊接箱体门；在触摸屏上设置合理的运行参数，开启真空泵进行抽真空，真空度达到设置的一定要求时，停止抽真空后开始给焊接装置充氩气，当焊接装置的氩气压力达到设定要求压力时，停止充氩气，通过控制装置给焊枪系统发准备好信号，开始进行焊接；零件工作台纵向、横向、旋转运动和焊枪的上下运动相互配合实现组合对钛合金零件横向、纵向和环向焊接，在整个焊接过程中焊接箱体内的氩气压力必须保持在所要求的压力范围内，保障焊接质量。当焊接完成后焊枪系统发完成信号后，停止焊接，系统排气，等待完成后打开焊接箱体，将滑动小车推出，取下钛合金零件，同时关闭控制装置电源，完成整个工作流程。

本发明的有益效果为：该控制装置优点在于利用自动化技术和简单的装置，改变了钛合金零件焊接不能自动调整姿态，以及焊枪高度不能自动调整的不便方式；通过控制装置实现了焊接的远程监控和管理，提高了对焊接过程的监控能力，保障了焊接效率和质量，进一步保证了生产的进度。同时通过伺服控制方式，提高了焊接的定位精度，保障了系统安全性和可靠性。以及且具有自动化程度高、稳定性好、操作简便、适应性强等特点。

附图说明

图1是该发明的结构系统框图。

图2是该装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对发明专利作进一步的描述，参见附图1。该控制装置由焊接箱体、导轨、滑动小车、零件工作台、纵向电机、旋转电机、横向电机、观察口1、观察口2、照明灯、焊枪移动机构、升降电机、照明灯、工业插头、流量传感器、电磁阀、真空压力传感器、氩气浓度传感器、电气控制柜、升降伺服控制器、纵向伺服控制器、旋转伺服控制器、横向伺服控制器、操作按钮、检测开关、PLC控制器、触摸屏、警示灯、远程监控计算机等组成。

焊接箱体机械结构作为焊接的重要组成部分，用于形成真空罐体，真空罐体采用不锈钢材料制作而成，可以保证箱体内的真空度及氧含量，保证具备良好的焊接效果。

在焊接箱体的底部安装有钢制导轨，便于使滑动小车运动，将钛合金零件推入和退出焊接箱，滑动小车放置在导轨上，滑动小车采用四轮结构，其他平面结构采用刚体结构焊接而成，最大承重量为200KG，在滑动小车上面上设置零件工作台，零件工作台作为放置钛合金零件的工作平面，为了能够在焊接过程中对钛合金零件的姿态调整，在零件工作台下部放置纵向电机、旋转电机、横行电机、及其机械结构，在纵向电机的驱动下使工作台实现纵向运动，在横向电机的驱动下使工作台实现横向运动，在旋转电机的驱动下使工作台实现旋转运动，从而实现对焊接过程中钛合金零件的姿态。同时为了保障罐体的密闭性，焊接箱体内部纵向电机、旋转电机、横行电机与外部控制柜外的伺服控制器通过工业插头进行电连接。

在焊接箱体的中上部放置两个观察口，包括观察口1和观察口2，观察口采用密闭结构，在焊接过程中通过观察口对焊接的钛合金零件进行有效观察，保障系统的可靠性。

在焊接箱体顶部放置焊枪移动机构，通过焊枪移动机构的运动带动焊枪运动，使焊枪在升降高度方向进行有效调整，焊枪移动机构的运动通过升降电机运动而实现。同时在焊接箱体顶部放置照明灯，照明灯也通过工业插头与外部的电气柜控制柜内的电器件进行电连接，通过照明灯为箱体内部提供有效的照明。

在焊接箱体的右侧放置真空压力传感器、氩气浓度传感器用于对系统的真空压力和箱体内部的氩气浓度进行检测，箱体内部的真空度直接影响焊接的效果，真空压力传感器、氩气浓度传感器与控制柜的PLC控制器进行连接，并通过PLC控制器进行运算处理，通过触摸屏对采集的真空压力和氩气浓度进行显示。

在焊接箱体的不远处放置真空泵，真空泵与PLC控制器进行连接，通过开启真空泵，使焊接箱体内部进行抽真空控制。

在焊接箱体侧面上放置电磁阀和流量传感器，通过控制电磁阀的开启和关闭控制供给箱体内部氩气的启停，并通过流量传感器检测供给氩气的流量，氩气的流量也直接影响到焊接的质量。电磁阀、流量传感器与PLC控制器连接，通过PLC控制器对电磁阀进行控制，同时通过PLC控制器对采集的流量进行采集分析和处理。

PLC控制器分别与升降伺服控制器、纵向伺服控制器、旋转伺服控制器、横向伺服控制器、操作按钮、检测开关、触摸屏、警示灯、远程监控计算机以及与焊枪系统进行连接。PLC控制器配置有SSCNET总线通讯模块，便于与升降伺服控制器、纵向伺服控制器、旋转伺服控制器、横向伺服控制器进行连接。同时PLC控制器扩展两个RS232接口模块，一方面通过RS232接口与触摸屏的RS232接口连接，另一方面通过RS232接口与远程监控计算机进行数据交换，实现通讯功能。控制器选用三菱FX-3U系列控制器。

同时PLC控制器与焊枪系统通过无源干接点信号进行交联，PLC控制器给焊枪系统发出焊接箱体准备好，有无/故障，系统运行状态等信息，同时焊枪系统给PLC控制器发出焊接完成、有无/故障，系统运行状态等信息，实现真空焊接箱控制装置与焊枪系统的数据交换。

触摸屏选用三菱GOT-1000型，负责发出对零件工作台的旋转电机、纵向电机、横向电机、升降电机的正反转、启动停止控制命令、以及运行速度、位置等参数设置，并对各电机的运行速度、位置以及运行状态进行显示。配有以RS232通讯接口，便于与PLC控制器进行连接和数据的交互。在触摸屏上分别设置参数设置操作、手动操作控制、自动操作控制、状态显示操作、报警信息等画面。

控制按钮安装在控制柜的面板上，主要包括手动/自动状态切换、本地/远程状态切换、急停等，与触摸屏一同完成整体的控制功能。

报警器放置在控制柜的顶部，与控制柜内的PLC控制器进行连接，报警器采用柱状报警器，包括红色、绿色、黄色灯及其蜂鸣器，用于对系统运行状态提示。

升降伺服控制器、纵向伺服控制器、旋转伺服控制器、横向伺服控制器均采用SSCNET高速串行通讯接口，与PLC控制器扩展SSCNET总线模块进行连接，伺服控制器采用三菱MR-J4系列控制器，各伺服控制器接收PLC控制器的发送的运行指令信息，同时升降伺服控制器、纵向伺服控制器、旋转伺服控制器、横向伺服控制器分别与升降电机、纵向电机、旋转电机、横向电机进行连接，对各个电机的有效运动控制。

光电开关采用电感式接近开关，分别放置在焊接箱开门和关门的位置、滑动小车的前进和后退位置、焊枪升降机构的上部和下部位置、零件工作台的纵向左右极限、横向的前后极限、旋转的初始和终点位置进行检测，为系统提供有效的保护，将上述光电开关与PLC控制器进行连接。

该系统采用本地/远程方式对真空焊接装置进行控制，通过本地的控制按钮及触摸屏整合实现本地控制，并通过远程监控计算机与PLC控制器进行连接，通过远程的管理计算机对真空焊接装置进行远程监视与控制，同时远程监控计算机上安装组态王软件，通过二次开发的组态王监控软件对真空焊接装置进行有效控制，以及利用该软件对焊接装置的运行数据、运行状态等进行有效监控。

上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种钛合金零件真空焊接箱控制装置，其特征在于，所述的钛合金零件真空焊接箱控制装置包括焊接箱体、焊枪移动机构、流量传感器、电磁阀、电气控制柜、真空泵、远程监控计算机；所述的电气控制柜内设有PLC控制器，及与其进行电连接的升降伺服控制器、纵向伺服控制器、旋转伺服控制器、横向伺服控制器、操作按钮、检测开关；电气控制柜上的触摸屏、警示灯，电气控制柜外的真空泵、远程监控计算机也与PLC控制器相连；

所述的焊接箱体通过支架进行支撑，焊接箱体表面设有观察口，内部上方安装照明灯，照明灯通过工业插头与PLC控制器连接，用于操作人员观察焊接过程；在箱体底部放置导轨，滑动小车通过导轨进出焊接箱体；零件工作台设于滑动小车上方，待焊接的钛合金零件放置于零件工作台上，零件工作台与纵向电机、旋转电机、横向电机连接，三个电机与电气控制柜内的纵向伺服控制器、旋转伺服控制器、横向伺服控制器通过工业插头连接，通过电机的运动实现滑动零件工作台的运动，从而实现钛合金零件在纵向、横向、旋转方向的运动，用于在焊接过程中调整钛合金零件的姿态；

所述的焊枪移动机构设于焊接箱体内，通过升降电机带动其运动；

所述的焊接箱体上设有真空压力传感器、氩气浓度传感器、流量传感器、电磁阀、真空泵，以上部件均与PLC控制器相连，真空压力传感器、氩气浓度传感器用于对箱体内的系统真空压力以及氩气浓度进行检测，电磁阀对氩气的充气和排气提供通断控制，流量传感器对充入焊接箱体的氩气流量进行实时的检测，保障焊接质量；

通过触摸屏对零件工作台的旋转、纵向、横向以及升降机构升降高度、速度以及运动方向进行设置，对系统状态及其运行信息进行显示，并通过触摸屏对焊接装置进行整体的运动控制；检测开关包括开门和关门的位置、滑动小车的前进和后退位置，焊枪升降机构的上部和下部位置、零件工作台的纵向左右极限、横向的前后极限、旋转的初始和终点位置进行检测，为系统提供有效的保护。