CN201446354U - 高性能电阻焊接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高性能电阻焊接设备，电阻焊接设备由机架、电控箱及PLC系统、焊接变压器、动作机构，焊机控制器，废品箱及光纤传感器组成。其中动作机构由底板、主机架、垂直气缸、主直线导轨、直线导轨、定位手动压爪、定位工装、直线轴承、主直线轴承、定位螺母、调节压力弹簧、丝杆、伺服电机、联轴器、位移传感器、夹紧汽缸、压力传感器、左电极、右电极、左右直线导轨、左右直线轴承、辅机架、连接杆和夹紧压板构成。由于采用高精度压力传感器及跟踪系统收集压力信号和高精度位移传感器及跟踪系统收集位移信号，通过PLC运行程序控制，可全面全程监控各焊接控制点，并自动判别焊接是否符合要求且稳定，有效提高了焊接的质量和稳定性。

Description

高性能电阻焊接设备

技术领域

本实用新型涉及焊接设备，特别是指一种对小金属物件进行焊接的高性能电阻焊接设备。

背景技术

现有对小金属物件进行焊接采用人工或气动驱动方式的电阻焊接设备，一般是通过控制焊接电流与焊接时间来控制焊接效果，由于焊接位移和焊接压力并不保持恒定，同时无法进行实时监控，因而导致焊接过程存在着较大的质量波动，影响了产品的焊接质量。因此目前对小金属物件的电阻焊接设备的焊接性能还有待进一步的提高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题就在于针对现有电阻焊设备存在的焊接质量不稳定的状况，提供一种对被焊接工件采用高精度压力传感器及跟踪系统收集压力信号和高精度位移传感器及跟踪系统收集位移信号，通过PLC(全称Programmable Logic Controller即可编程控制器)运行程序控制，对金属类工件进行全过程焊接监控，从而实现被焊接产品在线焊接条件下保证焊接质量稳定的高性能电阻焊接设备。

本实用新型的高性能电阻焊接设备由机架、电控箱及PLC系统、焊接变压器、动作机构，焊机控制器，废品箱及光纤传感器组成，电控箱及PLC系统位于机架的下部，焊接变压器和焊机控制器分别位于机架中部工作台的侧面，废品箱位于机架底部的一脚，光纤传感器位于机架中部工作台的外侧，动作机构位于机架中部工作台中心部位；其中动作机构由底板、主机架、垂直气缸、主直线导轨、直线导轨、定位手动压爪、定位工装、直线轴承、主直线轴承、定位螺母、调节压力弹簧、丝杆、伺服电机、联轴器、位移传感器、夹紧汽缸、压力传感器、左电极、右电极、左右直线导轨、左右直线轴承、辅机架、连接杆和夹紧压板构成，主机架竖立在底板一端，主机架上端设置垂直汽缸，定位螺母安装固定在垂直气缸的上端，主机架垂直汽缸下设置有主直线导轨，主直线轴承与主直线导轨配合设置，由垂直汽缸向下的伸缩杆上套有整套焊接装置的辅机架安装在主直线轴承上，在辅机架的左端部位固定有夹紧汽缸，可调节压力弹簧、压力传感器、左右直线导轨依次安装在夹紧汽缸右面的辅机架上，位移传感器固定在可调节压力弹簧的中间，左右直线轴承与左右直线导轨配合设置，在辅机架的右端部设置有右电极，可调节压力弹簧通过紧固件与压力传感器连接、压力传感器再连接至连接杆的一端，连接杆的另一端与左电极通过夹紧压板紧固连接，直线导轨固定在底板上与主机架相对的另一端，直线轴承与直线导轨配合设置，直线轴承之上装有定位工装，定位手动压爪固定在定位工装上，伺服电机固定在底板之下，伺服电机转动轴通过联轴器与位于定位工装下半部的丝杆连接。

高性能电阻焊接设备装置伺服电机的选用可以根据所焊接产品的焊接精度要求以及焊接力的大小进行选择，一般行程范围0-40mm，位移精度0.001mm.压力传感器选用量程范围为0-200N，精度0.001N.位移传感器选用测量行程为0-10mm，独立线性0.2％，采样速率40000次/秒，分解能力0.02％，直线性±0.3％，输出反应时间0.075ms.焊机控制器包括焊接电流控制器和传感器控制器，在工作时压力传感器和位移传感器检测到的数据由焊机控制器处理分析后传送给PLC控制器，PLC控制器经处理分析后发出信号给焊接电流控制器完成输出焊接.可编程控制器PLC可以选用基恩士系列产品，也可以选用松下系列或者其它相适应的可编程控制器PLC系列产品.对金属工件焊接装置采用可编程控制器PLC通过自动或手动程序方法进行控制.焊接过程中控制的焊接压力为0～200N，焊接电流为100～3000A，焊接形变量为0.01～0.45mm.

当高性能电阻焊接设备进行焊接时，将被焊接工件放入定位工装压好定位手动压爪后，通过可编程控制器PLC控制焊接操作，由垂直气缸推动设置在辅机架上的由夹紧汽缸、左电极、右电极、左右直线导轨、左右直线轴承等整套零部件组成的焊接机构通过主直线导轨与主直线轴承为导向进入焊接位置，此时由定位螺母控制垂直汽缸的行程，夹紧汽缸推动左电极由直线导轨与直线轴承导向与固定的右电极夹紧焊接点进行焊接。焊接过程中由压力传感器测试焊点压力的变化，由位移传感器测试焊点的位置变化，将信号传送给PLC，由PLC分析处理后输出焊接信号或者直接报警停止工作。在整套装置工作时，压力传感器和位移传感器主要对焊接压力和焊接形变量作动态监测并控制焊接控制器的工作状态，焊接过程中伺服电机运转通过丝杆带动定位工装由第一个焊点位置运转到第二个焊点位置，焊完后再由伺服电机运转通过丝杆带动定位工装运转至其它的焊点位置，直至由最后的焊点位置返回到第一个焊点位置全部焊接周期完成。焊接完成后垂直气缸带动焊接机构恢复原位。在焊接过程中若有任一焊接过程参数超出设定范围的，PLC即输出报警信号，机器自动报警并锁定所有设备动作，必须将不合格产品投入废品箱，触发废品箱上部的光纤传感器发出复位信号，方可将机器复位，然后输入操作信号循环进行下一焊接工件的焊接。

本实用新型的可编程控制器PLC的工作程序过程如下：开机→启动自检程序→放入焊接工件后夹紧定位手动压爪，输入操作信号垂直汽缸带动焊接装置下降→夹紧汽缸推动夹紧被焊接工件，同时压力传感器和位移传感器开始工作将压力信号和位移信号传送给PLC分析→PLC对数据分析后将信号传输给焊机控制器→焊机控制器输出焊接信号→第一个焊点焊接完成夹紧汽缸松开→垂直气缸带动焊接机构恢复原位→伺服电机运转由丝杆带动定位工装由第一个焊点位置运转到下一个焊点位置→垂直汽缸带动焊接装置下降→夹紧汽缸推动夹紧被焊接产品，同时压力传感器和位移传感器开始工作将压力信号和位移信号传送给PLC分析→PLC对数据分析后将信号传输给焊机控制器→焊机控制器输出焊接信号→第二个焊点焊接完成夹紧汽缸松开→垂直气缸带动焊接机构恢复原位→伺服电机运转由丝杆带动定位工装由第二个焊点位置运转到第一个焊点位置。根据焊接工作需要，PLC的工作控制程序不仅仅局限于2个焊点，可以控制多个焊点的焊接。

本实用新型高性能电阻焊接设备的整机技术性能指标如下。

高性能电阻焊接设备整机技术性能指标

序号	指标名称	指标
			1	焊接周期	1～10

序号	指标名称	指标
			2	焊接压力控制范围	0-200N
3	焊接形变量	0.01-0.45mm
			4	控制电压	24VDC
5	气压	≥0.5MPa
			6	冷却水源	0.15MPa-0.3MPa
7	焊接电流	100～3000A

本实用新型的优点就在于由于采用高精度压力传感器及跟踪系统收集压力信号和高精度位移传感器及跟踪系统收集位移信号，通过PLC运行程序控制，使对金属工件的焊接采用动态在线控制并可以检测到被焊接工件整个焊接压力、焊接电流和焊接形变量变化，自动判别各项参数，尤其是焊接位移和焊接压力的变化，可全面全程监控各焊接控制点，并自动判别焊接是否符合要求且稳定，自动对不符合的焊接过程进行即时报警，有效提高了焊接的质量和稳定性。设备自动化程度高，操作安全、可靠、简便。与设备配合使用的焊接控制器和操作控制器，可视程度高，调整直观明了，简洁方便。各参数设置和调整可在相应控制器上直接完成。因此本实用新型的高性能电阻焊接设备具有很好的应用推广前景。

附图说明

以下结合附图对本实用新型做进一步的说明；

图1是本实用新型高性能电阻焊接设备的主视示意图；

图2是本实用新型高性能电阻焊接设备的侧视示意图；

图3是本实用新型高性能电阻焊接设备动作机构的侧视示意图；

图4是本实用新型高性能电阻焊接设备动作机构的主视示意图。

图5是本实用新型高性能电阻焊接设备辅机架示意图。

参照附图，I、机架，II、电控箱及PLC系统，III、焊接变压器，IV、动作机构，V、焊接控制器，VI、废品箱，VII、光纤传感器；1、底板，2、主机架，3、垂直气缸，4、主直线导轨，5-1～2、直线导轨，6、定位固定压爪，7、定位工装，8-1～2、直线轴承，9、主直线轴承，10、定位螺母，11、可调节压力弹簧，12、丝杆，13、伺服电机，14、联轴器，15、位移传感器，16、夹紧汽缸，17、压力传感器，18、左电极，19、右电极，20、左右直线导轨，21、左右直线轴承，22、辅机架，23、连接杆，24、夹紧压板。

具体实施方式

以下是本实用新型的实施例，本实用新型的实际使用并不局限于实施例。

实施例1，采用高性能电阻焊接设备焊接雨刮电机齿轮盖

采用本实用新型结构的高性能电阻焊接设备对汽车雨刮系统齿轮盖上的金属嵌件与金属弹簧片之间进行焊接.参阅附图，高性能电阻焊接设备由机架I、电控箱及PLC系统II、焊接变压器III、动作机构IV，焊机控制器V，废品箱VI及光纤传感器VII组成，电控箱及PLC系统II位于机架I的下部，焊接变压器III和焊机控制器V分别位于机架I中部工作台的侧面，废品箱VI位于机架I底部的一脚，光纤传感器VII位于机架I中部工作台的外侧，动作机构IV位于机架I中部工作台中心部位；其中动作机构由底板1、主机架2、垂直气缸3、主直线导轨4、直线导轨5、定位手动压爪6、定位工装7、直线轴承8、主直线轴承9、定位螺母10、调节压力弹簧11、丝杆12、伺服电机13、联轴器14、位移传感器15、夹紧汽缸16、压力传感器17、左电极18、右电极19、左右直线导轨20、左右直线轴承21、辅机架22、连接杆23和夹紧压板24构成，主机架2竖立在底板1一端，主机架2上端设置垂直汽缸3，定位螺母10安装固定在垂直气缸3的上端，主机架2垂直汽缸下设置有主直线导轨4，主直线轴承9与主直线导轨4配合设置，由垂直汽缸向下的伸缩杆上套有整套焊接装置的辅机架22安装在主直线轴承9上，在辅机架22的左端部位固定有夹紧汽缸16，、可调节压力弹簧11、压力传感器17、左右直线导轨20依次安装在夹紧汽缸16右面的辅机架22上，位移传感器15固定在可调节压力弹簧11的中间，左右直线轴承21与左右直线导轨20配合设置，在辅机架22的右端部设置有右电极19，可调节压力弹簧11通过紧固件与压力传感器17连接、压力传感器17的一端连接在连接杆23上，连接杆23的另一端与左电极18通过夹紧压板24紧固连接.直线导轨5固定在底板1上与主机架相对的另一端，直线轴承8与直线导轨5配合设置，直线轴承8之上装有定位工装7，定位手动压爪6固定在定位工装7上，伺服电机13固定在底板1之下，伺服电机13转动轴通过联轴器14与位于定位工装7下半部的丝杆12连接.

雨刮电机齿轮盖焊接设备的伺服电机选用行程范围0-10mm，位移精度0.001mm。压力传感器选用飞利浦XST/C-S2MT2AOB3SOVON，量程范围0-200N，精度0.001N。位移控制器选用基恩士EX-V05，位移传感器选用EX-416V，量程0-5mm/0.2ms，取样速率40000/s，直线性±0.3％，输出反应时间0.075ms。可编程控制器PLC选用基恩士系列产品。对金属物件焊接装置采用可编程控制器PLC通过自动或手动程序方法进行控制。

焊机控制器V包括焊接电流控制器和传感器控制器，进行工作时压力传感器17和位移传感器15检测到的数据由传感器控制器处理分析后传送给PLC控制器，PLC控制器经处理分析后发出信号给焊接电流控制器完成输出焊接.焊接过程中控制的焊接压力为60N，焊接电流为2000A，焊接形变量为0.4mm.当焊接雨刮电机齿轮盖时，将被焊接工件放入定位工装7压好定位手动压爪6后，通过可编程控制器PLC控制焊接操作，由垂直气缸3推动安装在辅机架22上由夹紧汽缸16、左电极18、右电极19、左右直线导轨20、左右直线轴承21等整套零部件组成的焊接机构通过主直线导轨4和主直线轴承9为导向进入焊接位置，此时由定位螺母10控制垂直汽缸3的行程，夹紧汽缸16推动左电极18由直线导轨5与直线轴承8导向与固定的右电极19夹紧焊接点进行焊接.焊接过程中由压力传感器17测试焊点压力的变化，由位移传感器15测试焊点的位置变化，将信号传送给PLC，由PLC分析处理后输出焊接信号或者直接报警停止工作.在整套装置工作时，压力传感器和位移传感器主要对焊接压力和焊接形变量作动态监测并控制焊接控制器的工作状态，焊接过程中伺服电机13运转通过丝杆12带动定位工装7由第一个焊点位置运转到第二个焊点位置，焊完后再由伺服电机运转13通过丝杆12带动定位工装7运转至其它的焊点位置，直至由最后的焊点位置返回到第一个焊点位置全部焊接周期完成.焊接完成后垂直气缸3带动焊接机构恢复原位.在焊接过程中若有任一焊接过程参数超出设定范围的，PLC即输出报警信号，机器自动报警并锁定所有设备动作，必须将不合格产品投入废品箱VI，触发废品箱VI上部的光纤传感器VII发出复位信号，方可将机器复位，然后输入操作信号循环进行下一焊接工件的焊接.

在应用本实用新型焊接设备前，使用的普通焊接设备的焊接稳定性差，焊点结合力波动幅度很大，制程能力指数CPK仅0.63，且需要额外增加一个人力进行焊接外观检查。应用本实用新型焊接设备后，设备焊接稳定性和焊接过程有了很好的控制，焊接质量得到大幅的提高。通过在线对汽车雨刮电机系统齿轮盖产品焊接点的在线试用验证，其规定的焊点拉力要求控制在200N-230N之内，所有产品焊点拉力必须百分之百控制在这个水平内，产品焊点整体的拉力曲线的离散性得到了很好的控制，制程能力指数CPK上升到1.71。由于焊接稳定性的提高，撤销了在线的焊接外观检查工作，在提高了焊接质量和效率的同时也节约了人力成本。本实用新型焊接设备在雨刮电机齿轮盖焊接过程的实际应用中表现，很好的体现了对于原有设备的优越性和先进性。

Claims (6)

1.一种高性能电阻焊接设备，其特征在于由机架(I)、电控箱及PLC系统(II)、焊接变压器(III)、动作机构(IV)，焊机控制器(V)，废品箱(VI)及光纤传感器(VII)组成，电控箱及PLC系统(II)位于机架(I)的下部，焊接变压器(III)和焊机控制器(V)分别位于机架(I)中部工作台的侧面，废品箱(VI)位于机架(I)底部的一脚，光纤传感器(VII)位于机架(I)中部工作台的外侧，动作机构(IV)位于机架(I)中部工作台中心部位；其中动作机构由底板(1)、主机架(2)、垂直气缸(3)、主直线导轨(4)、直线导轨(5)、定位手动压爪(6)、定位工装(7)、直线轴承(8)、主直线轴承(9)、定位螺母(10)、调节压力弹簧(11)、丝杆(12)、伺服电机(13)、联轴器(14)、位移传感器(15)、夹紧汽缸(16)、压力传感器(17)、左电极(18)、右电极(19)、左右直线导轨(20)、左右直线轴承(21)、辅机架(22)、连接杆(23)和夹紧压板(24)构成，主机架(2)竖立在底板(1)一端，主机架(2)上端设置垂直汽缸(3)，定位螺母(10)安装固定在垂直气缸(3)的上端，主机架(2)垂直汽缸下设置有主直线导轨(4)，主直线轴承(9)与主直线导轨(4)配合设置，由垂直汽缸向下的伸缩杆上套有整套焊接装置的辅机架(22)安装在主直线轴承(9)上，在辅机架(22)的左端部位固定有夹紧汽缸(16)，可调节压力弹簧(11)、压力传感器(17)、左右直线导轨(20)依次安装在夹紧汽缸(16)右面的辅机架(22)上，位移传感器(15)固定在可调节压力弹簧(11)的中间，左右直线轴承(21)与左右直线导轨(20)配合设置，在辅机架(22)的右端部设置有右电极(19)，可调节压力弹簧(11)通过紧固件与压力传感器(17)连接、压力传感器(17)再连接至连接杆(23)的一端，连接杆(23)的另一端与左电极(18)通过夹紧压板(24)紧固连接，直线导轨(5)固定在底板(1)上与主机架相对的另一端，直线轴承(8)与直线导轨(5)配合设置，直线轴承(8)之上装有定位工装(7)，定位手动压爪(6)固定在定位工装(7)上，伺服电机(13)固定在底板(1)之下，伺服电机(13)转动轴通过联轴器(14)与位于定位工装(7)下半部的丝杆(12)连接。

2.根据权利要求1所述的高性能电阻焊接设备，其特征在于伺服电机的行程范围0-40mm，位移精度0.001mm。

3.根据权利要求1所述的高性能电阻焊接设备，其特征在于压力传感器量程范围为0-200N，精度0.001N；位移传感器测量行程为0-10mm，独立线性0.2％，采样速率40000次/秒，分解能力0.02％，直线性±0.3％，输出反应时间0.075ms。

4.根据权利要求1所述的高性能电阻焊接设备，其特征在于焊接设备控制的焊接压力为0～200N，焊接电流为100～3000A，焊接形变量为0.01～0.45mm。

5.根据权利要求3所述的高性能电阻焊接设备，其特征在于位移传感器量程为0-5mm/0.2ms。

6.根据权利要求1所述的高性能电阻焊接设备，其特征在于焊接过程中控制的焊接压力为60N，焊接电流为2000A，焊接形变量为0.4mm。

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