CN113600988B - 一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其特征在于：采用伺服电机驱动点焊机的焊动臂向焊静臂移动将焊动臂与焊静臂之间的待焊接工件夹紧焊接，通过伺服电机驱动焊动臂的位移使得焊静臂产生相应的形变量进而精确控制工件的焊接压力。本发明在焊接过程中，由于焊静臂具有完美结构弹性体以及电极位置高精度标定校正的特点，焊静臂的形变量与设计焊接压力存在着对应关系进而精确控制压力，使得压力控制更加精确，进而完美保证了焊接工艺品质；通过控制焊静臂的形变量完全消除了传动机构各种阻力对焊接压力精确控制造成控制精度差的问题，尤其是在低压力焊接效果显著。

Description

一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法

技术领域：

本发明涉及电阻焊焊接技术领域，具体涉及一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法。

背景技术：

电阻焊是指利用电流通过工件及接触面产生的电阻热作为热输入将工件局部加热，同时需要通过焊钳对工件进行加压的焊接方法。

在电阻点焊焊接过程，需要通过焊钳对焊接工件进行加压；而现有的电阻焊中一般多数采用活塞式气缸利用气缸内的气压大小控制焊接压力大小，或采用伺服压力机利用电机扭矩控制压力的输出，再通过传动机构间接传递到焊钳电极进行加压。在实际使用中，由于运动过程中的阻力变化及传动部件之间的磨损使得传递到焊接电极的压力不稳定，导致压力控制精度很差，特别是在低压力的情况下，其传动阻力相对于驱动力比例很大，使得其控制精度更差。同时，现有技术中也有采用压力传感器进行焊接压力检测并根据检测结果进行控制焊接压力，但是该方式其安装复杂，控制复杂，稳定性不佳。

在电阻焊技术领域中，控制焊接压力精度的高低是影响接头质量的重要因素，在焊接过程中由于压力控制精度差，易造成在焊接过程中产生飞溅、压痕直径过大过小、熔核成型不美观等现象，直接影响焊接工艺过程不够完美，无法保证能稳定的焊接好的品质。且夹钳在长时间使用后会出现夹臂变形，且变形不易恢复，使得焊接精度越来越低，从而导致产品质量不稳定，焊接重复性不高。

发明内容：

本发明的目的是解决上述不足，提供一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法。

本发明一方面提供了一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其特征在于：

采用伺服电机驱动点焊机的焊动臂向焊静臂移动将焊动臂与焊静臂之间的待焊接工件夹紧焊接，通过伺服电机驱动焊动臂的位移使得焊静臂产生相应的形变量进而精确控制工件的焊接压力。

在焊接中，焊动臂上固定连接有动电极，焊静臂上固定连接有静电极，焊动臂移动使得动电极与静电极夹紧工件后，焊动臂继续向焊静臂方向移动夹紧的位移变化量会使得焊静臂产生形变量，且焊动臂夹紧后的位移量与焊静臂的形变量具有对应关系，即焊动臂夹紧后产生一定位移，焊静臂会对应产生一定的形变，而焊静臂的形变量(即对应应变)与焊接压力(即对应应力)之间存在应力与应变的对应关系，也就是，驱使焊动臂的位移使得焊静臂产生相应的形变量与设计焊接压力存在着对应关系，通过伺服电机在位置模式下驱使焊动臂的位移使得焊静臂产生的形变量进而精确控制工件的焊接压力，从而使得控制方便准确。

进一步的，由于焊静臂的形变量与设计的焊接压力存在着对应关系，其焊静臂的形变量按如下公式确定：

ΔS＝S-L+D (公式一)

公式一中：S为设计焊接压力下的焊动臂的位移量，L为起始位置时焊动臂上的动电极与焊静臂上的静电极端部之间的间距，D为待焊接工件的焊接总厚度，ΔS为焊静臂弹性形变带来的焊静臂形变量。其中，焊动臂驱动的位移量S的值通过实验对标准焊接工件在设计焊接压力情况下测得的焊动臂移动的位移量。

进一步的，在焊接过程中，通过驱动焊动臂移动控制焊静臂的形变量进而调整焊接压力，使焊接压力在焊接过程中能够调整控制。

进一步的，在焊接前，定期对焊动臂上的动电极与焊静臂上的静电极之间的参考位置进行标定校正。

进一步的，所述标定校正是将焊动臂上的动电极向焊静臂上的静电极移动在触碰接触的位置标定为计算动电极与静电极端部之间间距为零的相对参考点，并根据标定的相对参考点位置对焊静臂的位置进行修正。其中动电极与静电极触碰接触可以通过电极之间短路来判断。通过焊接前定期进行标定校正的方法，避免焊动臂或焊静臂在长时间使用产生的变形对焊接精度造成影响，有利于在焊接过程中压力控制精度更加精确。

另一方案中，所述标定校正是将待焊接工件置于动电极与静电极之间，驱动动电极向静电极移动，使得动电极通过工件与静电极短路时作为参考点，测定此时的位置为与工件开始施加焊接压力的参考位置。

进一步的，在焊接过程中，焊动臂的位移位置调整稳定后，实时采集伺服电机的电流值，通过伺服电机的电流值与焊接压力对应关系直接准确地反映当前的压力值。

在控制焊接压力过程中，焊动臂位移达到焊接位置稳定后，通过实时采集伺服电机的电流值变化能够准确地反映当前的焊接压力变化，能够直接反应压力实时变化状态，为改进焊接工艺提供支撑数据。在实际焊接中，当进入焊接阶段后，焊接过程中的焊接压力变化会使得伺服电机的电流发生变化，通过观察伺服电机电流值的变化，可以实时监测熔核的成型变化。

本发明另提供一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机焊接方法，采用上述一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其焊接方法包括：

将工件放置在焊动臂上的动电极和焊静臂上的静电极之间，通过伺服电机驱动焊动臂的位移使得动电极与静电极对工件夹紧焊接，在焊接过程中通过伺服电机驱动焊动臂的位移使得焊静臂产生相应的形变量进而精确控制工件的焊接压力，所述焊静臂的形变量与设计的焊接压力存在着对应关系；

其中，焊静臂的形变量按如下公式确定：

ΔS＝S-L+D (公式一)

公式一中：S为设计焊接压力下的焊动臂的位移量，L为起始位置时焊动臂上的动电极与焊静臂上的静电极端部之间的间距，D为待焊接工件的焊接总厚度，ΔS为焊静臂弹性形变带来的焊静臂形变量；其中，焊动臂驱动的位移量S的值通过实验对标准焊接工件在设定焊接压力情况下测得的焊动臂移动的位移量。

通电焊接一定时间后，控制伺服电机驱动焊动臂回程至起始位置，完成一次焊接循环。上述焊接方法中，在焊接过程中，通过驱动焊动臂移动控制焊静臂的形变量进而调整焊接压力，使焊接压力在焊接过程中能够调整控制。

本发明公开了一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，具有如下的有益效果：

1、通过伺服电机在位置模式下驱使焊动臂的位移使得焊静臂产生的形变量，且焊静臂的形变量与设计焊接压力存在着对应关系进而控制工件的焊接压力。利用焊静臂具备完美结构弹性体以及焊接前的电极位置高精度标定校正的特点，在焊接过程中控制焊静臂形变量达到精确控制焊接压力，完全消除了现有技术中压力输出受传动机构各种阻力对压力精确控制的影响，尤其是在低压力焊接情况下，避免了力矩控制模式低压力焊接时阻力占焊接压力相对比值较大从而导致压力控制精度差的问题，本发明压力控制具有高精度、宽范围，使得焊接压力更加稳定，提高了质量稳定性。

2、利用伺服电机在位置模式下的高精度、快响应的特点，当焊动臂的位移调整稳定后，实时采集伺服电机的电流值，稳定后电流值与焊接压力存在一一对应关系，通过观察伺服电机电流值的变化准确反应当前的焊接压力变化，代替压力传感器，能够实时监测熔核的成型，使工艺过程能够精确控制，完美保证焊接品质。

3、在焊接过程中，通过驱动焊动臂移动控制焊静臂的形变量进而调整焊接压力，使焊接压力在焊接过程中能够调整控制。

附图说明

图1为本发明公开的一实施例应用一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法的示例性装置结构。

图2为本发明公开的一实施例中应用一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法的示例性装置结构焊接过程中动电极与静电极相对位置示意图。

图3为本发明公开的一实施例中伺服电机的电流变化趋势示意图。

图中标号说明：1、焊钳本体；2、焊静臂；3、焊动臂；4、动电极；5、静电极；6、伺服电机；7、驱动丝杆；8、丝杆螺母；9、焊接工件。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步的说明，本发明的实施例在以本发明的技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

发明概述：

焊接电流、通电时间和压力是电阻焊的三个条件。前两个条件可利用电阻焊大电流测试仪获得高精度的、理想的控制，与其相比，压力的控制远比它们要困难得多，所以也就显得至关重要。现有的电阻焊中一般多数采用活塞式气缸利用活塞杆的行程来控制气压大小，或采用伺服压力机利用电机扭矩控制压力的输出，再通过传动机构间接传递到焊钳电极进行加压。在此种模式下，由于传动机构的阻力及磨损损耗，使得到达电极的焊接压力变小，且在使用一端时间后，传动机构的阻力及其他阻力会随着时间变化而变化，从而进一步导致焊接压力出现不稳定，影响焊接质量；尤其在低焊接压力的焊接情况下，其阻力与焊接压力比重变大，使得焊接压力的误差更大。本申请通过采用伺服电机驱动焊动臂的位移来控制焊静臂的形变量进而控制工件的焊接压力。通过伺服电机驱使焊动臂的位移使得焊静臂产生的形变量，控制焊静臂的形变量能够更加准确，不受阻力影响；并通过定期简单标定校正，克服长时间工作产生的偏差。

方法实施例：

一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，特征在于：

采用伺服电机驱动点焊机的焊动臂向焊静臂移动将焊动臂与焊静臂之间的待焊接工件夹紧焊接，通过伺服电机驱动焊动臂的位移使得焊静臂产生相应的形变量进而精确控制工件的焊接压力。

如图1、图2所示，在焊接中，焊动臂3上固定连接有动电极4，焊静臂2上固定连接有静电极5，焊动臂移动使得动电极4与静电极5夹紧工件9后，焊动臂继续向焊静臂方向移动夹紧的位移变化量会使得焊静臂产生形变量ΔS，且焊动臂夹紧后的位移量与焊静臂的形变量具有对应关系，即焊动臂夹紧后产生一定位移，焊静臂会对应产生一定的形变，而焊静臂的形变量ΔS(即对应应变)与焊接压力F(即对应应力)之间存在应力与应变的对应关系，也就是，驱使焊动臂的位移使得焊静臂产生相应的形变量ΔS与设计焊接压力F存在着对应关系，通过伺服电机6在位置模式下驱使焊动臂的位移使得焊静臂产生的形变量进而精确控制工件的焊接压力，从而使得控制方便准确。

如图1、图2所示，在焊接前，通过控制伺服电极6驱使焊动臂3向焊静臂2上的静电极5方向运动进行标定校正；实例性标定校正方式为，使得动电极4缓慢靠近静电极5，当其轻触触碰使得电路发生短路时，即标定此位置为标准参考点并计算动电极4与静电极5端部之间间距为零的相对参考点，再根据标定的相对参考点位置对焊静臂的位置进行修正。其中动电极4与静电极5触碰接触可以通过电极之间短路来判断进而做到电极位置高精度标定校正。

如图2所示，焊接工件总厚度D可以通过量具直接测量，也可以通过焊动臂接触的方法测量：将待焊接工件9置于动电极4与静电极5之间，驱动动电极4向静电极5移动，动电极4触碰接触工件9与静电极5发生短路时，动电极4与静电极5之间的距离为焊接工件总厚度D，此时动电极4的位置即为动电极4与静电极5夹紧工件9后焊动臂开始加压位置。

由于焊静臂产生相应的形变量ΔS与设计焊接压力F存在着对应关系，对标准焊接工件在设计焊接压力情况下进行实验数据获取，具体通过实验对标准焊接工件测得动电极挤压静电极使得焊静臂产生形变量ΔS，并测得对应形变量ΔS下的焊接压力F。在一实施例中，如C型电阻点焊机焊钳的焊静臂的形变量ΔS与焊接压力F变化值的对应关系如下表：

焊静臂形变量(ΔS)mm	焊接压力F
		0.372	1000
1.114	3000
		1.900	5000
2.694	7200

具体的，在焊接压力控制过程中，焊静臂的形变量ΔS按如下公式计算获得：

ΔS＝S-L+D (公式一)

式中：S为设计焊接压力下的焊动臂驱动的位移量，L为起始位置时焊动臂上的动电极与焊静臂上的静电极端部之间的间距，D为待焊接工件的焊接总厚度，ΔS为焊静臂弹性形变带来的焊静臂形变量。

上述的公式中的L通过标定进行校正，焊接工件总厚度D可以通过量具直接测量，也可以通过标定校正的方法测量，S为设计焊接压力下的焊动臂的位移量，从而焊静臂的形变量ΔS为一个准确的、确定的值。

由于伺服电机在位置模式下的高精度位移控制的特点，根据焊接工件的厚度等特性设定对应的焊静臂形变量，达到精确控制焊接压力，解决了现有技术中压力输出受传动机构各种阻力对压力精确控制的影响，尤其是在低压力焊接情况下，效果更明显。

通过焊接前定期对焊动臂上的动电极与焊静臂上的静电极位置进行标定校正，避免焊动臂或焊静臂在长时间使用产生的变形对焊接精度造成影响，有利于在焊接过程中压力控制精度更加精确。

具体的，在焊接过程中，通过驱动焊动臂移动控制焊静臂的形变量进而调整焊接压力，使焊接压力在焊接过程中能够调整控制。

如图3中所示，当焊动臂的位移位置调整稳定后，伺服电机的电流会处于一个相对稳定的状态，其变化曲线趋势如图3中后段所示，此时实时采集伺服电机的电流值，通过伺服电机的电流值与焊接压力对应关系直接准确地反映当前的压力值。在实际焊接中，当进入焊接阶段后，焊接过程中的焊接压力变化会使得伺服电机的电流发生变化，通过观察伺服电机电流值的变化，可以实时监测熔核的成型变化。

本发明利用伺服电机在位置模式下的高精度、快响应的特点，通过观察伺服电机电流值的变化准确反应当前的焊接压力变化，代替压力传感器，无需额外增加压力传感器等检测元件，降低成本，避免了因焊动臂或焊静臂发生的蠕变使得压力传感器检测精度不够精确的问题，同时也能够实时监测熔核的成型，使焊接工艺过程能够精确控制，完美保证焊接品质。

同时也可以进行相应的位移量补偿，进而控制焊静臂的形变量来调节焊接压力，进一步提高在焊接过程中焊接压力的高精度控制。

如图1所示，公开提供了应用上述一种基于伺服电机驱动的加压控制方法的电阻点焊机焊接示例性装置结构。

如图1所示，示例性系统架构包括焊钳本体1，所述焊钳本体1上固定连接有焊静臂2，所述焊钳本体1上滑动连接有焊动臂3，所述焊动臂3上固定连接有动电极4；所述焊静臂2上固定连接有静电极5，动电极4和静电极5分别与焊接电源电连接，所述动电极4与静电极5相对设置；

所述焊钳本体1上固定安装有伺服电机6，所述伺服电机6的输出轴固定连接有驱动丝杆7，所述驱动丝杆7上连接有丝杆螺母8，所述丝杆螺母8与驱动丝杆7配合形成滚珠丝杠，所述焊动臂3固定连接在丝杆螺母8上。

在焊接前，通过控制伺服电极6驱使焊动臂3向焊静臂2上的静电极5方向运动进行标定校正，分别标定动电极4与静电极5端部之间间距为零的相对参考点；并通过实验获取设计焊接压力下的焊静臂弹性形变带来的焊静臂形变量ΔS。

在焊接时，将工件放置在焊动臂上的动电极和焊静臂上的静电极之间，通过伺服电机驱动焊动臂的位移使得动电极与静电极对工件夹紧焊接，在焊接过程中通过伺服电机驱动焊动臂的位移使得焊静臂产生相应的形变量进而精确控制工件的焊接压力，所述焊静臂的形变量与设计的焊接压力存在着对应关系；

具体的，在焊接压力控制过程中，焊静臂的形变量ΔS按如下公式计算获得：

ΔS＝S-L+D (公式一)

式中：S为设计焊接压力下的焊动臂驱动的位移量，L为起始位置时焊动臂上的动电极与焊静臂上的静电极端部之间的间距，D为待焊接工件的焊接总厚度，ΔS为焊静臂弹性形变带来的焊静臂形变量。

通电焊接一定时间后，控制伺服电机驱动焊动臂回程至起始位置，完成一次焊接循环。通过伺服电机在位置模式下驱使焊动臂的位移，精确控制焊静臂产生的形变量进而控制工件的焊接压力，控制精度高，使得焊接压力更加稳定，能够保证焊接产品的一致性和可重复性，焊接质量明显提升，利于实现机器人焊接自动化提高生产效率。

在另一实施例中，在焊接过程中，通过驱动焊动臂移动控制焊静臂的形变量进而调整焊接压力，使焊接压力在焊接过程中能够调整控制。

为了优化更好的焊接工艺品质，通过在不同阶段调整焊静臂的形变量，所述焊动臂的位移量S为在焊接中处于变化的一个变量，通过焊接中位移的变化来调整焊静臂的形变量进而调整焊接压力，使得焊接的压力处于控制的变化中，从而对焊接参数进行调整，提高焊接质量。

本申请的控制方法不仅用于实施例结构中，也可以应用于X型焊钳的电焊机的焊接压力控制中。且本申请的控制方法不仅限制于采用伺服电机驱动，采用其他精确控制位移的驱动机构均在本申请的权利要求保护范围内。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的特性常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还做出若干改进，这些也应该视于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其特征在于：采用伺服电机驱动点焊机的焊动臂向焊静臂移动将焊动臂与焊静臂之间的待焊接工件夹紧焊接，通过伺服电机驱动焊动臂的位移使得焊静臂产生相应的形变量进而精确控制工件的焊接压力；

所述焊静臂的形变量与设计的焊接压力存在着对应关系，其焊静臂的形变量按如下公式一确定：

ΔS=S-L+D

公式一中：S为设计焊接压力下的焊动臂的位移量，L为起始位置时焊动臂上的动电极与焊静臂上的静电极端部之间的间距，D为待焊接工件的焊接总厚度，ΔS为焊静臂弹性形变带来的焊静臂形变量。

2.根据权利要求1所述的一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其特征在于：在焊接过程中，通过驱动焊动臂移动控制焊静臂的形变量进而调整焊接压力，使焊接压力在焊接过程中能够调整控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其特征在于：在焊接前，定期对焊动臂上的动电极与焊静臂上的静电极之间的参考位置进行标定校正。

4.根据权利要求3所述的一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其特征在于：所述标定校正是将焊动臂上的动电极向焊静臂上的静电极移动在触碰接触的位置标定为计算动电极与静电极端部之间间距为零的相对参考点，并根据标定的相对参考点位置对焊静臂的位置进行修正。

5.根据权利要求3所述的一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其特征在于：所述标定校正是将待焊接工件置于动电极与静电极之间，驱动动电极向静电极移动，使得动电极通过工件与静电极短路时作为参考点，测定此时的位置为与工件开始施加焊接压力的参考位置。

6.根据权利要求1所述的一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其特征在于：在焊接过程中，焊动臂的位移位置调整稳定后，实时采集伺服电机的电流值，通过伺服电机的电流值与焊接压力对应关系直接准确地反映当前的压力值。

7.一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机焊接方法，采用如权利要求1所述的一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机加压控制方法，其特征在于：其焊接方法包括：

将工件放置在焊动臂上的动电极和焊静臂上的静电极之间，通过伺服电机驱动焊动臂的移动位移使得动电极与静电极对工件夹紧焊接，在焊接过程中通过伺服电机驱动焊动臂的位移使得焊静臂产生相应的形变量进而精确控制工件的焊接压力，所述焊静臂的形变量与设计的焊接压力存在着对应关系；

其中，焊静臂的形变量按如下公式一确定：

ΔS=S-L+D

公式一中：S为设计焊接压力下的焊动臂的位移量，L为起始位置时焊动臂上的动电极与焊静臂上的静电极端部之间的间距，D为待焊接工件的焊接总厚度，ΔS为焊静臂弹性形变带来的焊静臂形变量；

通电焊接一定时间后，控制伺服电机驱动焊动臂回程至起始位置，完成一次焊接循环。

8.如权利要求7所述的一种基于伺服电机驱动的电阻点焊机焊接方法，其特征在于：在焊接过程中，通过驱动焊动臂移动控制焊静臂的形变量进而调整焊接压力，使焊接压力在焊接过程中能够调整控制。

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