CN112756757A - 自动焊接钢卷内端电阻焊焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明是针对现有技术钢卷内端电阻焊枪需人工进行高度调整、电极进给和枪头旋转，使操作不便，焊接质量不稳定的不足，提供钢卷内端电阻焊焊接方法，采用可编程控制器对焊枪进行控制，包括可编程控制器获得钢卷信息的步骤，焊接工艺选择确定的步骤，确定焊点位置的步骤，实施焊接的步骤、自动进给的步骤、焊枪退回的步骤，采用本发明焊接方法，可以对焊枪实施自动化的精准控制，操作简单，易学且省去了人工控制的不确定性，焊接质量和焊接效率高。

Description

自动焊接钢卷内端电阻焊焊接方法

本申请是申请日为 2019.05.27日申请号为201910447386.3、发明创造名称为“钢卷内端电阻焊焊接方法及焊接方法”的中国发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及电阻焊焊接方法，特别涉及自动焊接钢卷内端电阻焊焊接方法。

背景技术

为防止钢卷在生产过程中多次转运、起吊或在罩式炉中加热时松脱，一般会将钢卷内圈带头位置进行焊接，从而防止带头从钢卷内脱出造成事故、危险或返工。目前市场上采用电阻焊焊枪来焊接钢卷内圈带头，如图6所示，该电阻焊焊枪包括焊枪70、轮盘71、转盘72及可180度自由旋转的吊架73、导轨74，焊枪包括焊枪本体和焊枪杆，焊枪本体具有两个电极、两个电极进给气缸和一个小支撑气缸，每个电极的电极握杆通过导电桥连接对应的进给气缸的输出端，支撑气缸与进给气缸相背设置，支撑气缸和电极进给气缸均固定在架体内，焊枪杆连接架体，焊枪杆与两个电极所确定的平面垂直，焊接时采用单面双点焊接方式，导轨水平设置在吊架73的顶部，电葫芦75设置在导轨74上，转盘72通过钢丝绳77吊挂在电葫芦75的挂钩上，焊枪杆穿过转盘，其焊枪本体位于转盘的一端，轮盘设置在焊枪的另一端，采用上述结构的点焊设备进行钢卷内端焊接时，由转盘72对焊枪进行支撑，需要通过电葫芦75来调整焊枪70的高度，寻找钢卷内端接头时需要人力转动轮盘71旋转枪杆76带动焊枪本体70转动，变换焊点位置时，需在人力的推动作用下使焊枪70前进后退完成多个焊点的焊接，因此操作起来不仅费时且对工人的操作水平要求比较高，需要对工人进行一定时期的培训方可熟练进行操作，更重要的是，由于焊枪70通过转盘72悬挂，为悬臂式，因此操作时很难使焊枪杆保持水平，从而使得焊枪杆体的高底位置及电极轴的方向等均不稳定，因此使得焊接时对于焊缝处的压力不均衡，使焊接质量不稳定，再者当人工向钢卷60内端推入焊枪70时，由于手动操作稳定性比较差，当焊枪70进入钢卷60时焊枪70的电极易和钢卷60发生碰撞，易造成电极损坏，人工推进焊枪本体时由于操作人员距离带头比较远，且全凭经验和手感推进焊枪本体，因此两次焊点间的间距无法保证一致，当焊点间距小时易产生分流，影响焊接质量 ；在焊接时，需要人工维持电极相对于转盘72的转角，对工人操作的稳定度要求高，当移动焊接位置时，人工移动焊接位置精底低，使得焊点分布不理想。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术钢卷内端电阻焊枪需人工进行高度调整、电极进给和枪头旋转，使操作不便，焊接质量不稳定的不足，提供自动焊接钢卷内端电阻焊焊接方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种自动焊接钢卷内端电阻焊焊接方法，采用可编程控制器对焊枪进行控制，包括可编程控制器获得钢卷信息的步骤，焊接工艺选择确定的步骤，确定焊点位置的步骤，实施焊接的步骤、自动进给的步骤、焊枪退回的步骤；

在可编程控制器获得钢卷信息的步骤中，可编程控制器通过数据交换从上位机获取钢卷信息，或通过输入面板输入获得钢卷信息，所述钢卷信息包括钢卷直径、钢板宽度、钢板厚度、钢板材质信息；

焊接工艺选择确认的步骤中，可编程控制器通过钢卷材质信息和钢板厚度信息从预先存储的焊接工艺中选定相应的焊接工艺；

确定焊点位置的步骤中，可编程控制器通过钢卷直径计算钢卷中心线的高度，并据此控制焊枪升降的高度，据钢板宽度计算首个焊点所在的轴向位置、焊点间距和/或数量，据此控制焊枪水平移动的距离、每次进给的距离和进给的次数，据带头视觉识别系统确定的带头的方位控制焊枪旋转使电极与带头相对，确定出首个焊点的位置；

在实施焊接的步骤中，可编程控制器控制电极和小支撑气缸伸出压住带头，变压器按选定的焊接工艺向电极输出电流；

在自动进给的步骤中，每个位置的焊点焊接完成后向可编程控制器发出完成焊接信号，由可编程控制器控制电极和小支撑气缸放开带头，焊枪进给到下一焊接位置后电极和小支撑气缸压住带头进行焊接；

在焊枪退回的步骤中，当最后一个位置的焊点焊接完毕，可编程控制器向焊枪发出退出指令，电极和小支撑气缸缩回，焊枪平移退出钢卷；

钢卷信息还包括钢卷是否就绪信息，当可编程控制器获得钢卷就绪信息后，控制焊枪升降到与钢卷中心线等高的位置、移动到首个焊点所对应的轴向位置、寻找带头所在的位置并确定首个焊点位置实施焊接，当所述焊枪平移退出钢卷时退回到零点位置，所述零点位置为可编程控制器计算平移距离和升降高度的参考点,所述的焊接工艺存储在焊按控制器中，焊接控制器控制变压器向电极输出的电流；

焊接时，电极轴线与焊点所在钢卷内表面的切面垂直；

焊接时采用如下结构的电阻焊枪进行焊接，包括焊枪本体和变压器，变压器与电极连接，焊枪本体包括焊枪架、正负两个电极、小支撑气缸和驱动两电极伸出和缩回的焊接气缸，两电极通过各自的焊接气缸固定在焊枪架内，小支撑气缸的输出轴线位于两电极确定的平面内，且两电极对称设置在小支撑气缸输出轴线的两侧，还包括升降机构、旋转机构、行走机构、带头视觉识别系统及控制装置；

控制装置包括可编程控制器和焊接控制器，所述可编程控制器包括输入模块、输出模块、PID模拟量控制程序、数据采集模块和数据分析处理模块；

所述升降机构包括升降机架、滑动连接在升降机架上的升降平台和驱动升降平台上下滑动的升降驱动装置，所述升降驱动装置包括升降电机和升降传动装置，由升降电机通过升降传动装置驱动升降平台升降带动焊枪本体升降；

所述旋转机构包括转动连接在升降平台上的旋转轴和驱动旋转轴转动的旋转驱动装置，旋转轴垂直于两电极确定的平面,旋转轴的一端悬于升降平台外，焊枪本体设置在旋转轴的自由端，旋转驱动装置包括旋转电机和旋转传动装置，由旋转电机通过旋转传动装置驱动旋转轴转动带动焊枪本体转动；

所述行走机构包括行走导向装置和行走驱动装置，升降机架沿行走导向装置的导向方向行走，所述行走导向装置的导向方向与旋转轴 平行，所述行走驱动装置包括行走电机和行走传动装置，由行走电机通过行走传动装置驱动升降机架前行或后退带动焊枪本体进入或退出钢卷；

所述升降电机、旋转电机、行走电机、所述焊接控制器分别与所述可编程控制器的输出端信号连接，所述带头视觉识别系统与可编程控制器的输入端信号连接；

由可编程控制器控制升降电机驱动升降平台升降，使旋转轴轴线与钢卷轴线同轴，控制行走电机驱动升降机架水平移动带动焊枪到达首个焊点所对应的轴向位置、按各焊点位置进给并退出钢卷，据钢板厚度、钢板材质信息确定焊接程序并控制所述的焊接控制器控制变压器向电极的电流输出，控制小支撑气缸和焊接气缸输出端的伸缩压住带头进行焊接，按带头视觉识别系统识别的带头位置驱动旋转电机旋转，使电极面对带头；

所述可编程控制器为PLC，还包括数据采集模块和通信模块，所述通信模块与上位机的输出端信号连接，所述数据采集模块从上位机获取钢卷直径、钢板宽度、钢板厚度、钢板材质信息和钢卷是否就绪信息，由数据分析处理模块据数据采集模块获得的钢卷直径计算钢卷中心距离零点的高度计算出升降电机的转动圈数或步数，据钢板宽度计算首个焊点的位置，确定行走电机行走到首个焊点的距离和每次进给的距离及进给的次数，并控制行走电机行走和进给，数据分析处理模块据获得的钢板厚度和材质信息进行分析比较对预设在焊接控制器中的焊接程序进行选择，控制焊接控制器按选定的焊接程序控制变压器向电极进行电流输出实施焊接，当可编程控制器收到钢卷就位信号后控制升降电机驱动升降平台上升到旋转轴轴线与钢卷轴线等高的位置，控制行走电机驱动焊枪前行到首个焊点对应的轴向位置，控制旋转电机驱动旋转轴转动使电极面向带头定位于首个焊点位置，而后PLC控制小支撑气缸和焊接气缸输出端伸出压住带头，启动焊接控制器按选定的焊接程序进行焊接，焊接完毕焊接控制器向PLC发出信号，PLC控制小支撑气缸和焊接气缸收回输出端，控制行走电机进给到下一焊点位置，进行下一焊点位置的焊接，各焊点均焊接完毕，PLC控制行走电机退回、控制升降电机反转驱动焊枪本体下降，使焊枪回到零点位置；

所述带头视觉识别系统包括工业智能相机或摄像机，所述工业智能相机或摄像机与可编程控制器的输入端信号连接，所述工业智能相机或摄像机固定设置在所述焊枪本体的前端面上，其镜头的朝向与电极对称轴的方向相同，在可编程控制器中设置图像识别模块，当所述旋转电机驱动旋转轴转动时，所述工业智能相机或摄像机获取钢卷内表面图像并输送给可编程控制器，由图像识别模块识别带头，当识别到带头时可编程控制器控制旋转电机停止转动，实现首个焊点位置确定；

所述带头视觉识别系统包括激光测距传感器，所述激光测距传感器设置在焊枪本体前端面，与电极朝向一致，激光测距传感器与所述可编程控制器输入端信号连接，当所述激光测距传感器检测到带头时，向可编程控制器发出识别到带头的信号，所述可编程控制器控制旋转电机停止转动，实现首个焊点位置确定；

每个所述电极包括电极握杆和电极帽，每个电极握杆的一端连接导电桥，另一端连接电极帽，当进行焊接时，两所述电极握杆在旋转轴轴线处相交；

在焊接架上，相邻焊接气缸成对固定设置大支撑气缸，每对大支撑气缸的输出方向相反，与小支撑气缸的输出方向平行，大支撑气缸的输出轴线位于旋转轴与小支撑气缸的输出轴线所确定的平面内；

所述大支撑气缸为一对，位于所述焊接气缸前端。

本发明具有以下有益效果：

采用本发明结构的焊接方法，通过设置包括升降机架、滑动连接在升降机架上的升降平台和升降驱动装置的升降机构，将焊枪本体悬臂设置在升降平台上，利用升降机构驱动升降平台上下滑动调节焊枪本体的高低位置，保证焊枪本体可以对准钢卷的中心，可以适应不同外径的钢卷，将焊枪本体设置在升降平台上，由升降平台对焊枪进行支撑比通过吊装的转盘支撑更为平稳，有助于提高焊接精度，调整高低位置时更方便快捷；焊枪本体通过旋转轴转动地与升降平台连接、并通过旋转轴悬臂设置在平台外，由旋转驱动装置驱动焊枪本体转动，升降平台对焊枪本体提供稳定的支撑，使焊枪本体位置稳定，便于保持焊接压力稳定，同时便于维持焊接电极对称轴的方向稳定，有助于进一步提高焊接精度；由行走电机驱动升降平台沿着行走导轨平移，可以使焊枪本体平稳的前进，便于控制焊点的间距，焊点定位精度更高。综上，采用升降机构、旋转机构和行走机构调整焊枪本体的高度、驱动焊枪本体旋转，推动焊枪本体移动可以减少人工，调整焊枪本体的位置更方便， 焊点定位更精准更易保持焊接位置稳定，提高焊接效率，提高焊接精度，并可降低对操作人员操作水平的要求；通过PLC控制系统对升降机构、旋转机构和行走机构进行协调控制，并通过数据分析处理模块计算行走机构驱动升降机架移动的距离、每次进给的长度、进给的次数，及升降平台上升的高度，因此，可以对焊枪实施自动化的精准控制，操作简单，易学且省去了人工控制的不确定性，焊点定位准确，因此，焊接质量和焊接效率高。

附图说明

图1是本发明钢卷内端电阻焊焊接方法实施例结构示意图；

图2是本发明钢卷内端电阻焊焊接方法实施例的主视图示意图；

图3是本发明钢卷内端电阻焊焊接方法实施例的左视图示意图；

图4是本发明焊枪本体处理焊状态时电极、支撑气缸结构位置关系示意图，其中省略了大支撑气缸结构；

图5是本发明焊接气缸转动设置的示意图；

图6是现有技术点焊设备的结构示意图；

图7为相机或摄像机设置位置示意图；

图8为本发明钢卷内端电阻焊焊接方法电控原理示意图；

图9为焊接控制器控制电流输出原理图；

图10为本发明PLC控制原理图；

图11为PLC的I/O扩展接口连接示意图；

图12为各轴电机控制原理图。

附图标记说明，

9、变压器；10、焊枪本体；11、焊枪架；111、角度调节板；112、腰孔；113、安装板；12、电极握杆；8、电极；13、大支撑气缸；14、小支撑气缸；15、焊接气缸；16、导电桥；17、电极帽；18、转轴螺栓；19、角度锁定螺栓；

20、升降机构；21、升降机架；22、升降平台；23、升降丝杠；24、丝杠螺母；25、升降电机；26、升降减速机；27、升降导轨；28、升降滑块；

30、旋转机构；31、旋转轴；32、旋转电机；33、旋转减速机；34、旋转传动副；35、轴承座；36、限位片；37、旋转接近开关；

40、行走机构；41、行走轮；42、行走导轨；43、行走电机；44、行走减速机；45、行走传动副；46、行走限位装置；

50、配重机构；51、配重物；52、配重滑轮一；53、配重滑轮二；54、配重绳；55、配重导轨；56、配重滑块；

60、钢卷；

70、焊枪；71、轮盘；72、转盘；73、吊架；74、导轨；75、电葫芦；76、枪杆；77、钢丝绳；78、相机或摄像机

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。为描述方便，以图示位置为前后左右上下位置，但此方位并非对本实施例结构的限定。

如图1和图2所示，本发明结构的钢卷内端电阻焊焊接方法包括焊枪本体10、升降机构20、旋转机构30、行走机构40和控制装置。其中升降机构20调整焊枪本体10的高低位置，完成焊枪本体10及连接部件的升降作业，使焊枪本体10对准钢卷60的中心轴线，可以适应不同外径的钢卷60。旋转机构30用来驱动焊枪本体10转动，使电极握杆12可以对准钢卷60内端的带头，从而找到合适的焊接位置。由行走机构40驱动焊枪本体10沿着钢卷60轴向移动，使焊枪本体10可以进出钢卷60内圈并沿带头进行点焊焊接形成多个沿带头排列的焊点，通过控制装置控制升降机构、旋转机构、执行相应的动作。

结合图1和图3所示，升降机构20包括升降机架21、升降平台22和升降驱动装置。升降平台22滑动连接在升降机架21上，旋转机构30和焊枪本体10设置在升降平台22上，通过升降驱动装置驱动升降平台22上下滑动实现焊枪本体10和旋转机构30的升降作业。本实施例中升降机架21为一架体结构，包括设置在四角的立柱，升降平台22为板状结构，与立柱垂直设置，优选在升降机架21的立柱上设置有四根升降导轨，升降导轨27分布在升降机架21的四角，升降平台22的两端分别设置有连接板，在连接板上设置有升降滑块28，升降滑块28分布在升降平台22的四角处，也可以是前后两端各设置一升降滑块，升降滑块28与升降导轨27相适配并且与升降导轨滑动连接，可以使升降平台22更好地保持水平，焊枪本体10可以平稳运行。升降驱动装置可以采用丝杠螺母传动副进行传动，也可采用齿轮齿条传动或者链传动，现以采用丝杠螺母传动副为例进行说明，设置升降丝杠23转动连接在升降机架21上，升降丝杠23竖向设置，在升降机架21顶部设置升降电机25和升降减速机26，升降丝杠的上端通过升降减速机与升降电机25的输出轴连接由升降电机25驱动升降丝杠转动，丝杠螺母24与升降丝杠螺纹连接，丝杠螺母24与升降平台22固接。优选在升降机架21上设置有高位限位装置和低位限位装置，升降平台22在高位限位装置和低位限位装置之间升降，对升降平台22升降的最高位和最低位进行限制，防止升降平台22脱轨。限位装置可以是限位开关，也可以是接近开关，当限位装置被触发时，升降电机25停止转动或反向转动。高限位装置和低限位装置组成了升降限位装置。

如图1和图2所示，旋转机构30包括转动连接在升降平台22上的旋转轴31和驱动旋转轴31转动的旋转驱动装置，旋转轴31为悬臂轴，其后端转动设置在升降平台的后端，其前端为自由端伸出到升降平台外，焊枪本体10设置在旋转轴31的自由端，避免焊枪本体10伸入钢卷60时与升降机构20发生干涉。焊枪本体10的电极握杆12垂直于旋转轴31。旋转驱动装置包括旋转电机32、旋转减速机33和旋转传动副34，旋转电机32的输出轴连接旋转减速机33的输入端，由旋转减速机33的输出端通过旋转传动副34连接旋转轴31。旋转传动副34可以使带传动装置、链轮传动装置或者齿轮传动装置等等，这里以带传动装置为例，带传动装置包括与旋转减速机输出端连接的主动带轮和与旋转轴31同轴固接的被动带轮，以及套设在两个带轮上的皮带。在旋转轴31的两端分别设置有轴承座35，旋转轴31通过轴承转动设置在升降平台22表面，本发明中，优选旋转轴31为光轴，在光轴的两端靠近轴承座35的位置分别成对设置半圆形轴筘，两半圆形轴筘相对设置成轴肩，采用此结构，可以方便设备安装简化轴的结构和加工难度。最好光轴为空心轴，焊枪本体10所用的水、气、变压器动力线、变压器控制线以及其他控制线从光轴中空部分穿过连接焊枪本体10。优选在旋转轴31上设置限位片36，优选将限位片36设置在两轴筘的夹紧位置，方便安装且牢固，升降平台22上设置有旋转接近开关37，旋转接近开关37设置在与限位片36相适应的位置，当旋转轴31转动时限位片36靠近或者远离旋转接近开关37。当限位片36靠近旋转接近开关37使其触发时，旋转电机32停止转动或反向转动，使旋转轴31无法转过限位片36所在位置，防止旋转轴31转动超过360°，从而避免内部线缆打卷。当然也可采用其它限位装置作为旋转限位装置，比如，光电开关。

如图1所示，发明中优选采用如下结构的行走机构40，包括四个行走轮41、行走导向装置和行走驱动装置。四个行走轮41分别转动连接在升降机架21底部的四角，行走轮的转动轴线水平且垂直于旋转轴31的轴线，行走轮41两两通过连接轴成对设置，行走导向装置包括两条行走导轨42，行走导轨42平行于旋转轴31，行走轮41在行走导轨42上滚动，带动升降机架21前行或后退，使焊枪本体10、升降机构20和旋转机构30可以沿旋转轴31轴向移动。行走驱动装置包括行走电机43、行走用减速器和行走传动副，行走传动副可以采用带轮传动装置，也可采用链轮传动装置，本发明中以链轮传动装置为例进行说明，由行走电机43通过行走减速机44与主动链轮连接，主动链轮通过链条与从动链轮连接，从动链轮的轮轴与主动行走轮41的连接轴连接，行走电机43、行走减速机44均设置在升降机架21的底板上，其位置与焊枪本体10位置相对设置在升降机架的后方，使升降机构20形成后驱动的驱动方式。优选在行走导轨42的尾端，即远离钢卷60放置位的一端，设置行走限位装置46，行走限位装置46可以是限位开关，也可以是接近开关，行走限位装置也可以是机械限位装置，当行走限位装置46被行走轮41触发时，行走电机43停止转动或反向转动，一方面可以避免行走轮41脱轨，另一方面可以当行走限位装置46被触发时可以进行提示，焊枪本体10复位，钢卷60可以运走，确保生产安全。

控制装置包括控制面板及控制器，控制器采用可编程控制器，如PLC，升降限位装置、旋转限位装置、行走限位装置分别与PLC输入端电信号连接，驱动升降电机动作的升降驱动、驱动旋转驱电机动作的旋转驱动和驱动行走电机动作的行走驱动、控制支撑气缸动作的支撑气缸电磁阀、控制电极动作的电极进给气缸电磁阀等控制元器件均分别与PLC的输出端电信号连接，焊接控制器的输入端与PLC的输出端连接,其输出端与变压器电信号连接，在PLC中设置有输入模块、输出模块、PID模拟量控制程序及数据分析处理模块，由输入模块对接收到的信号进行处理，由输出模块将经PID控制程序及数据分析处理模块处理的信号进行转化发送到相应的控制元器件，在PLC内设置有数据采集模块，通过该模块获得钢卷直径、钢板宽度、钢板厚度数据及钢板材质信息、钢卷就绪信号，最好，在PLC内设置通信模块，与生产线上位机进行数据交换，获取钢卷直径、钢板厚度、钢板宽度数据及钢板材质、钢卷就位信息，由数据分析处理模块据获得的钢卷直径计算钢卷中心高度，也就是焊枪本体从零点位置需升高的高度从而控制升降电机转动的圈数，据钢板宽度计算行走驱动装置驱动升降机架从零点位置到首个焊点位置所行走的水平距离、相邻两焊点间的距离也就是各焊点的位置，确定行走电机每次进给的距离和进给的次数，并将控制信号通过输出模块输出给行走驱动，由行走驱动控制行走电机转动实施进给，由PLC控制旋转电机带动旋转轴转动，使电极面向带头，使焊枪定位于焊点位置；数据分析处理模块据获得的钢板厚度和材质信息进行分析比较选择在焊接控制器中预设好的焊接程序，焊接控制器等待收到焊接开始命令后控制变压器进行电流输出。当焊枪定位于焊点位置后，PLC向焊接控制器(HWHSmartACS)发出启动焊接指令，由焊接控制器按PLC选定的焊接程序控制变压器进行电流输出完成焊接，当完成焊接后焊接控制器向PLC返回焊接完成信号，PLC控制行走机构将焊枪移到下一个焊点位置并重复上述过程。当焊点均焊接完毕后PLC向行走驱动、升降驱动发出回零点指令，设备退回零点，下次焊接时，从零点计算行走的距离及升降的高度。采用本发明的控制装置通过PLC实现对于焊枪高度、行走距离及行走长度的自动控制，对中操作简单精确，焊枪沿带头的宽度移动时两次移动的间距基本一致，两相邻位置的焊点间距精度高，因此对于焊接位置的控制精准可靠。

本发明中，在焊枪架的前端面中心位置设置摄像机，摄像头面向钢卷内表面、与电极朝向一致，手动控制旋转电机，观察摄像机的显示屏，当带头出现在显示屏上时，手动停止旋转电机转动，使电极面向带头位置，焊枪定位在焊点位置。

更优选地方案中，通过带头视觉识别系统识别带头的位置，使焊枪定位于焊点位置。比如采用智能工业相机作为带头视觉识别系统，智能工业相机设置在焊枪架11的前端面中心位置，相机的摄像头正对钢卷内表面与电极朝向一致，摄像机的输出端与显示装置无线或有线通讯连接，工业相机随着焊枪的转动而转动寻找带头，当其与带头相对时带头呈现在显示器上，人工停止转动焊枪头，焊枪定位于焊点位置，进入焊接程序。

如图1所示，为减少升降机构的驱动力，进一步增加焊枪本体的水平程度，最好在升降机构20上设置配重机构50。本发明中优选采用如下结构的配重机构50，包括配重物51、配重绳54、配重滑轮一52和配重滑轮二53。配重滑轮一52和配重滑轮二53均转动连接在升降机架21的顶部，配重滑轮一52和配重滑轮二53的转动轴线均与行走轮41的转动轴线平行，配重绳54的一端连接在升降平台22靠近焊枪本体10的一端上，配重绳54另一端绕过配重滑轮一52和配重滑轮二53向后连接配重物51。优选配重物51通过配重滑动副与升降机架21滑动连接，配重滑动副包括固接在升降机架21上的配重导轨55和固接在配重物51上的配重滑块56，配重滑块56与配重导轨55相适配，使配重物51的移动更为平稳。为使整体运行平稳，最好设置两套配重机构50。

结合图2和图4所示，焊枪本体10包括焊枪架11、两个电极8、两个导电桥16、一个小支撑气缸14和两个焊接气缸15。两个导电桥分别固接在与其相对应位置的焊接气缸15的输出端上，电极包括电极握杆12和固接在电极握杆12一端的电极帽17，电极握杆12的另一端和与其对应位置的导电桥16固接且垂直于导电桥16的端面。小支撑气缸14固接在焊枪架11上，小支撑气缸的输出端的轴线与旋转轴31的轴线垂直相交，为便于叙述将小支撑气缸输出端的轴线与旋转轴的轴线确定的平面称为对称面一，将通过小支撑气缸输出轴线且与旋转轴垂直的平面称为安装平面，两个焊接气缸15的输出轴线均位于安装平面内且相对于对称面一对称，两个焊接气缸15的缸体均与小支撑气缸14的缸体相背设置。优选在焊枪架11上靠近小支撑气缸的位置成对设置大支撑气缸13，每对大支撑气缸13包括缸体相背设置的大支撑气缸一和大支撑气缸二，大支撑气缸一和大支撑气缸二的输出端的轴线均位于对称面一内、大支撑气缸一与大支撑气缸二行程相反。利用成对的大支撑气缸13辅助小支撑气缸14和焊接气缸15压紧带头，使带头压紧力充分，还可辅助焊枪本体10定位，使旋转轴31的自由端得到更稳定的支撑，使焊枪本体在焊接时保持水平，使焊接更为稳定，尤其是在焊接厚板时，可以辅助小支撑气缸14和焊接气缸15为焊接提供足够的压力，使焊接处带头间的间隙保持基本一致，避免造成不良焊接。可以设置两组以上成对的大支撑气缸13，当设置一组成对的大支撑气缸13时，优选将大支撑气缸13设置在小支撑气缸14的外侧使小支撑气缸位于大支撑气缸和平台间；当设置两组以上的大支撑气缸13时，优选将小支撑气缸14和焊接气缸15设置在两组大支撑气缸13之间。优选导电桥16连接电极握杆12的端面为倾斜面，其相对于对称面一由旋转轴向外向缸体方向倾斜，每个电极握杆12分别和与其对应的导电桥的连接端面垂直设置，两电极握杆相对于对称面一对称设置，两电极握杆的轴线均位于垂直面内，焊接时两电极握杆的轴线在焊接点所在的钢卷60的内圆圆心处相交，保证焊接时电极握杆12与钢卷60内圈圆弧表面保持垂直，使电极帽与钢圈带头内表面的接触为点接触或者预设的面接触，避免电极握杆与带头表面倾斜时电极握杆与带头内表面形成尖角后电极帽与焊材间接触面积小造成电阻过大，主要热量损失在电极帽与板材之间，使电极帽与板材焊接、黏连，板材与板材之间无法形成有效焊核，也就是避免焊接厚板时电极帽17与焊材间产生热量过大导致电极帽17与板材黏连，采用本结构的电极可以钢板焊厚度大于2mm的钢卷，特别是可以焊接钢板厚度超过2.5mm的钢卷。焊接气缸15的缸体可以固接在焊枪架11上，如图5所示，焊接气缸15的缸体也可以通过转轴转动连接在焊枪架11上，转动连接时焊接气缸15的转轴轴线与旋转轴31的轴线平行，这样可以通过转动焊接气缸15调整电极的方向，便于电极适应不同内径的钢卷，使电极与钢卷内圈垂直。当焊接气缸15转动设置时，可以采用如下连接结构，在焊枪架11上一体设置角度调节板111，在角度调节板111上与两个焊接气缸位置相适应设置两个圆弧形长腰孔112和两个轴孔，对应位置的腰孔112和轴孔同轴，两个轴孔及两个腰孔分别关于对称面一对称设置，焊接气缸15的缸体上分别固接安装板113，设置两个转轴螺栓18，每个转轴螺栓18分别穿过角度调节板上与其位置相对应的轴孔和与其位置相对应的安装板113螺纹连接，设置两个角度锁定螺栓19，两个角度锁定螺栓19分别穿过角度调节板上与其位置相对应的腰孔112和与其位置相对应的安装板113螺纹连接。转轴螺栓18、角度锁定螺栓19均与旋转轴31平行。转轴螺栓18作为焊接气缸的转轴，由拧紧角度锁定螺栓19的螺栓头压紧角度调节板111，锁定焊接气缸15的位置。

在使用时，先将待焊接的钢卷60固定在本发明焊枪的前端，位于钢卷工位的传感器检测到有钢卷送来后，向PLC发出钢卷就位信息， PLC数据采集模块获得钢卷直径、钢板宽度、钢板厚度、钢板材质信息后，数据分析处理模块计算焊枪本体提升的高度和前进的距离，控制升降电机升到与其旋转轴轴线钢圈中心轴线等高，控制行走电机驱动升降机架前进到第一个焊点的位置所对应的轴向位置，人工确认进给到位后，在PLC的操作面板上启动旋转电机，点动驱动旋转轴31转动使电极对准钢卷60内圈的带头，在操作面板上确认焊接，焊接气缸和支撑气缸接收PLC指令后打开压住焊带，在焊接控制器的控制下按焊接工艺进行焊接，当该位置的焊点焊接完毕，PLC向支撑气缸、焊接气缸发出指令，支撑气缸和焊接气缸收回，PLC控制行走电机驱动升降机架移动，将电极进给到下一位置的焊点后，焊接控制器控制焊机进行下一位置焊点的焊接，各位置焊点焊接完毕焊接控制器向PLC发送信号，PLC控制行走电机反转行走到后限位之后再控制升降电机反转驱动焊枪本体下降，焊枪本体下降到零点位置，行走限位装置和升降限位装置向PLC输入信号，提示钢卷焊接完毕。

为进一步提高自动化水平，提高焊接速度和焊接质量，也可采用工业智能相机与图像识别模块相结合的方案来寻找带头位置实现自动化控制，在PLC中设置图像识别模块，随着焊枪转动智能工业相机不断向PLC输送图片，由图像识别模块对带头图像进行识别，确认寻找到带头时，PLC向旋转电机32发出指令，旋转电机停止转动使焊枪电极朝向带头，定位于焊点位置，进入焊接程序。工业智能相机与图像识别模块结合，自动识别钢卷内带头位置，并完成旋转电机的定位，进一步提高了自动化程度。

为进一步提高自动化水平，提高焊接速度和焊接质量，设置激光测距传感器识别带头的位置，激光测距传感器设置在焊枪架上，使其探头和激光发射器均朝向钢卷表面，其探头朝向与电极朝向一致以便当传感器检测到带头位置时电极也面向带头位置，激光测距传感器可采用基恩士测距传感器1X系列，为防止焊接时损坏激光测距传感器，激光测距传感器设置在远离电极的焊枪架体上，比如，焊枪前端面的中心位置，激光测距传感器与PLC输入端电信号连接，当激光测距传感器检测到钢卷中心轴线到钢卷表面的距离从连线变化转变成突然变化时，也就是钢卷内表面与中心轴线间的距离突然减少时，激光测距传感器识别到接头位置并向PLC发出指令，PLC向焊接控制器及焊接气缸、支撑气缸发出动作指令，焊接气缸、支撑气缸伸出，焊接控制器进入焊接工作状态，执行焊接操作。为叙述方便，将升降电机称为X轴电机，相应的驱动器称为X轴驱动器，行走电机称为Y轴电机，相应的驱动器称为Y轴驱动器，旋转电机称为Z轴电机，相应的驱动器称为Z轴驱动器。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，采用电阻焊枪进行焊接，采用可编程控制器对焊枪进行控制，包括可编程控制器获得钢卷信息的步骤，焊接工艺选择确定的步骤，确定焊点位置的步骤，实施焊接的步骤、自动进给的步骤、焊枪退回的步骤；

在可编程控制器获得钢卷信息的步骤中，可编程控制器通过数据交换从上位机获取钢卷信息，或通过输入面板输入获得钢卷信息，所述钢卷信息包括钢卷直径、钢板宽度、钢板厚度、钢板材质信息；

焊接工艺选择确认的步骤中，可编程控制器通过钢卷材质信息和钢板厚度信息从预先存储的焊接工艺中选定相应的焊接工艺；

确定焊点位置的步骤中，可编程控制器通过钢卷直径计算钢卷中心线的高度，并据此控制焊枪升降的高度，据钢板宽度计算首个焊点所在的轴向位置、焊点间距和/或数量，据此控制焊枪水平移动的距离、每次进给的距离和进给的次数，据带头视觉识别系统确定的带头的方位控制焊枪旋转使电极与带头相对，确定出首个焊点的位置；

在实施焊接的步骤中，可编程控制器控制电极和小支撑气缸伸出压住带头，变压器按选定的焊接工艺向电极输出电流；

在自动进给的步骤中，每个位置的焊点焊接完成后向可编程控制器发出完成焊接信号，由可编程控制器控制电极和小支撑气缸放开带头，焊枪进给到下一焊接位置后电极和小支撑气缸压住带头进行焊接；

在焊枪退回的步骤中，当最后一个位置的焊点焊接完毕，可编程控制器向焊枪发出退出指令，电极和小支撑气缸缩回，焊枪平移退出钢卷。

2.如权利要求1所述的钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，钢卷信息还包括钢卷是否就绪信息，当可编程控制器获得钢卷就绪信息后，控制焊枪升降到与钢卷中心线等高的位置、移动到首个焊点所对应的轴向位置、寻找带头所在的位置并确定首个焊点位置实施焊接，当所述焊枪平移退出钢卷时退回到零点位置，所述零点位置为可编程控制器计算平移距离和升降高度的参考点,所述的焊接工艺存储在焊按控制器中，焊接控制器控制变压器向电极输出的电流。

3.如权利要求1所述的钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，焊接时，电极轴线与焊点所在钢卷内表面的切面垂直。

4.如权利要求1-3各项之一所述的钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，所述电阻焊枪包括焊枪本体(10)和变压器，变压器与电极连接，所述焊枪本体(10)包括焊枪架(11)、正负两个电极、小支撑气缸(14)和驱动两电极伸出和缩回的焊接气缸，两电极通过各自的焊接气缸固定在焊枪架内，小支撑气缸的输出轴线位于两电极确定的平面内，且两电极对称设置在小支撑气缸输出轴线的两侧，其特征在于：还包括升降机构(20)、旋转机构(30)、行走机构(40)、带头视觉识别系统及控制装置；

所述控制装置包括可编程控制器和焊接控制器，所述可编程控制器包括输入模块、输出模块、PID模拟量控制程序、数据采集模块和数据分析处理模块；

所述升降机构(20)包括升降机架(21)、滑动连接在升降机架(21)上的升降平台(22)和驱动升降平台(22)上下滑动的升降驱动装置，所述升降驱动装置包括升降电机和升降传动装置，由升降电机通过升降传动装置驱动升降平台升降带动焊枪本体升降；

所述旋转机构(30)包括转动连接在升降平台(22)上的旋转轴(31)和驱动旋转轴(31)转动的旋转驱动装置，旋转轴垂直于两电极确定的平面,旋转轴(31)的一端悬于升降平台(22)外，焊枪本体(10)设置在旋转轴(31)的自由端，所述旋转驱动装置包括旋转电机和旋转传动装置，由旋转电机通过旋转传动装置驱动旋转轴转动带动焊枪本体转动；

所述行走机构(40)包括行走导向装置和行走驱动装置，升降机架(21)沿行走导向装置的导向方向行走，所述行走导向装置的导向方向与旋转轴(31) 平行，所述行走驱动装置包括行走电机和行走传动装置，由行走电机通过行走传动装置驱动升降机架前行或后退带动焊枪本体进入或退出钢卷；

所述升降电机、旋转电机、行走电机、所述焊接控制器分别与所述可编程控制器的输出端信号连接，所述带头视觉识别系统与可编程控制器的输入端信号连接；

由可编程控制器控制升降电机驱动升降平台升降，使旋转轴轴线与钢卷轴线同轴，控制行走电机驱动升降机架水平移动带动焊枪到达首个焊点所对应的轴向位置、按各焊点位置进给并退出钢卷，据钢板厚度、钢板材质信息确定焊接程序并控制所述的焊接控制器控制变压器向电极的电流输出，控制小支撑气缸和焊接气缸输出端的伸缩压住带头进行焊接，按带头视觉识别系统识别的带头位置驱动旋转电机旋转，使电极面对带头。

5.如权利要求4所述的钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，所述可编程控制器为PLC，还包括数据采集模块和通信模块，所述通信模块与上位机的输出端信号连接，所述数据采集模块从上位机获取钢卷直径、钢板宽度、钢板厚度、钢板材质信息和钢卷是否就绪信息，由数据分析处理模块据数据采集模块获得的钢卷直径计算钢卷中心距离零点的高度计算出升降电机的转动圈数或步数，据钢板宽度计算首个焊点的位置，确定行走电机行走到首个焊点的距离和每次进给的距离及进给的次数，并控制行走电机行走和进给，数据分析处理模块据获得的钢板厚度和材质信息进行分析比较对预设在焊接控制器中的焊接程序进行选择，控制焊接控制器按选定的焊接程序控制变压器向电极进行电流输出实施焊接，当可编程控制器收到钢卷就位信号后控制升降电机驱动升降平台上升到旋转轴轴线与钢卷轴线等高的位置，控制行走电机驱动焊枪前行到首个焊点对应的轴向位置，控制旋转电机驱动旋转轴转动使电极面向带头定位于首个焊点位置，而后PLC控制小支撑气缸和焊接气缸输出端伸出压住带头，启动焊接控制器按选定的焊接程序进行焊接，焊接完毕焊接控制器向PLC发出信号，PLC控制小支撑气缸和焊接气缸收回输出端，控制行走电机进给到下一焊点位置，进行下一焊点位置的焊接，各焊点均焊接完毕，PLC控制行走电机退回、控制升降电机反转驱动焊枪本体下降，使焊枪回到零点位置。

6.如权利要求4所述的钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，所述带头视觉识别系统包括工业智能相机或摄像机，所述工业智能相机或摄像机与可编程控制器的输入端信号连接，所述工业智能相机或摄像机固定设置在所述焊枪本体的前端面上，其镜头的朝向与电极对称轴的方向相同，在可编程控制器中设置图像识别模块，当所述旋转电机驱动旋转轴转动时，所述工业智能相机或摄像机获取钢卷内表面图像并输送给可编程控制器，由图像识别模块识别带头，当识别到带头时可编程控制器控制旋转电机停止转动，实现首个焊点位置确定。

7.如权利要求4所述的钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，所述带头视觉识别系统包括激光测距传感器，所述激光测距传感器设置在焊枪本体前端面，与电极朝向一致，激光测距传感器与所述可编程控制器输入端信号连接，当所述激光测距传感器检测到带头时，向可编程控制器发出识别到带头的信号，所述可编程控制器控制旋转电机停止转动，实现首个焊点位置确定。

8.如权利要求4所述的钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，每个所述电极包括电极握杆和电极帽，每个电极握杆的一端连接导电桥，另一端连接电极帽，当进行焊接时，两所述电极握杆的轴线与旋转轴轴线相交。

9.如权利要求4或8所述的钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，在焊接架上，相邻焊接气缸成对固定设置大支撑气缸，每对大支撑气缸的输出方向相反，与小支撑气缸的输出方向平行，大支撑气缸的输出轴线位于旋转轴与小支撑气缸的输出轴线所确定的平面内。

10.如权利要求9所述的钢卷内端电阻焊焊接方法，其特征在于，所述大支撑气缸为一对，位于所述焊接气缸前端。

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