CN204893266U - 一种嵌入式焊接运动控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种嵌入式焊接运动控制器，由运动控制模块控制X运动轴和Y运动轴的运动，由中央处理器模块根据Z运动轴上焊枪的输出电流发出控制信号至Z轴伺服器，进而控制Z运动轴的运动，将对X、Y运动轴的控制与对Z运动轴的控制分开，提高X、Y、Z运动轴的实时反应能力；运动控制模块接收X、Y、Z运动轴的编码反馈和状态信号，并输送至中央处理器模块，中央处理器模块根据X、Y、Z运动轴实际的运动情况与设置的做对比和控制，以对X、Y运动轴的运动情况进行修正。

Description

一种嵌入式焊接运动控制器

技术领域

本实用新型涉及数控领域，特别是设计一种嵌入式焊接运动控制器。

背景技术

数控机床或数控焊接机的焊接运动控制器在焊接结构件的生产中发挥着至关重要的作用。现代设备对于自动化程度的要求越来越高，对数控机床或数控焊接机的焊接运动控制器的实时性提出了更高要求，特别是对于坑凹面焊接作业。

现有的焊接运动控制器，通常由运动控制芯片在单片机的控制下，向数控机床或数控焊接机的X、Y、Z轴伺服器发出控制信号，由X、Y、Z轴伺服器分别控制X、Y、Z轴伺服电机，进而达到控制X、Y、Z运动轴的目的，在X运动轴、Y运动轴、Z运动轴的机械臂上安装有焊枪，在X、Y、Z运动轴的带动下，焊枪到达焊接面的焊接位置，完成焊接工作。在焊接面上，X、Y运动轴的运动轨迹通常为简单的往复运动，而Z运动轴的运动轨迹则较为复杂，Z运动轴的焊炬高度与焊枪的输出电流密切相关，现有焊接运动控制器中，X、Y、Z运动轴均由单片机控制运动控制芯片，实时性大受影响，这必然影响焊接质量。

实用新型内容

本实用新型提供一种嵌入式焊接运动控制器，解决现有焊接运动控制器控制运动轴运动时出现的实时性差的问题。

本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

一种嵌入式焊接运动控制器，包括中央处理器模块、运动控制模块、X轴伺服器、X轴伺服电机、X运动轴、Y轴伺服器、Y轴伺服电机、Y运动轴、Z轴伺服器、Z轴伺服电机和Z运动轴；中央处理器模块与运动控制模块相连；运动控制模块的一路输入输出端与X轴伺服器相连，X轴伺服器与X轴伺服电机相连，X轴伺服电机的输出端与X运动轴相连；运动控制模块的另一路输入输出端与Y轴伺服器相连，Y轴伺服器与Y轴伺服电机相连，Y轴伺服电机的输出端与Y运动轴相连；所述Z轴伺服器的一路输入输出端与Z轴伺服电机相连，所述Z轴伺服电机与Z运动轴相连；所述X运动轴、Y运动轴、Z运动轴的机械臂安装有焊枪；进一步还包括电流检测模块；所述Z轴伺服器的一路输入端与中央处理器模块相连，所述Z轴伺服器的一路输出端与运动控制模块相连；所述焊枪的电流输出端与电流检测模块相连；所述电流检测模块的输出端与中央处理器模块相连。

上述方案中，进一步还包括接口模块，所述运动控制模块经接口模块后，一路输入输出端与X轴伺服器相连，另一路输入输出端与Y轴伺服器相连；所述Z轴伺服器的一路输出端经接口模块与运动控制模块相连。

上述方案中，进一步还包括过程设置模块，所述过程设置模块与中央处理器模块相连。

上述方案中，进一步包括存储模块，所述存储模块与中央处理器模块相连。

上述方案中，所述电流检测模块为霍尔传感器。

本实用新型构建的一种嵌入式焊接运动控制器，由运动控制模块控制X运动轴和Y运动轴的运动，由中央处理器模块根据焊枪的输出电流发出控制信号至Z轴伺服器，进而控制Z运动轴的运动，将对X、Y运动轴的控制与对Z运动轴的控制分开，提高X、Y、Z运动轴的实时反应能力；运动控制模块接收X、Y、Z运动轴的编码反馈和状态信号，并输送至中央处理器模块，中央处理器模块根据X、Y、Z运动轴实际的运动情况与设置的做对比和控制，以对X、Y运动轴的运动情况进行修正。

本实用新型的优点与效果是：

1、由运动控制模块控制X、Y运动轴，由中央处理器模块通过对运动轴上的焊枪的输出电流进行检测，根据电流检测值来控制Z运动轴，X、Y、Z运动轴的实际运动情况均反馈给中央处理器模块，中央处理器模块根据反馈情况进行相应调整，提高了X、Y、Z运动轴的实时反应能力；

2、中央处理器模块为ARM9S3C2440A核心板，S3C2440A具有丰富的片内资源，为16/32位精简指令集(RISC)微处理器，为手持设备和普通应用提供了低功耗和高性能的小型芯片微控制器的解决方案，其全静态设计特别适合于对成本和功率敏感的应用；S3C2440A高速地进行各种运动控制算法的运算工作，而X、Y运动轴的运动控制由运动控制芯片来实现，这样减轻了ARM微处理器的负担，提高了运动控制器的实时性；

3、运动控制模块为MCX314AL，MCX314AL能同时控制4个伺服器，以脉冲串形式输出，能对伺服器进行位置控制、插补驱动、速度控制等，中央处理器模块对其输入信号的监测和对输出信号的状态控制通过读写MCX314AL的8个寄存器来实现，有助于提高运动控制的实时性。

附图说明

图1为本实用新型一种嵌入式焊接运动控制器的原理框图。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

一种嵌入式焊接运动控制器，与现有技术相同，包括中央处理器模块、运动控制模块、X轴伺服器、X轴伺服电机、X运动轴、Y轴伺服器、Y轴伺服电机、Y运动轴、Z轴伺服器、Z轴伺服电机和Z运动轴；其中，中央处理器模块与运动控制模块相连；运动控制模块的一路输入输出端与X轴伺服器相连，X轴伺服器与X轴伺服电机相连，X轴伺服电机的输出端与X运动轴相连；运动控制模块的另一路输入输出端与Y轴伺服器相连，Y轴伺服器与Y轴伺服电机相连，Y轴伺服电机的输出端与Y运动轴相连；Z轴伺服器的一路输入输出端与Z轴伺服电机相连，Z轴伺服电机与Z运动轴相连；运动轴机械臂上安装有焊枪；不同之处在于：

进一步还包括电流检测模块、接口模块、过程设置模块和存储模块；

Z轴伺服器的一路输入端与中央处理器模块相连，Z轴伺服器的一路输出端经接口模块与运动控制模块相连；运动轴上的焊枪的电流输出端与电流检测模块相连；电流检测模块的输出端与中央处理器模块相连；运动控制模块经接口模块后，一路输入输出端与X轴伺服器相连，另一路输入输出端与Y轴伺服器相连；过程设置模块与中央处理器模块相连；存储模块与中央处理器模块相连。

中央处理器模块为ARM9S3C2440A核心板，S3C2440A具有丰富的片内资源，为16/32位精简指令集(RISC)微处理器，为手持设备和普通应用提供了低功耗和高性能的小型芯片微控制器的解决方案，其全静态设计特别适合于对成本和功率敏感的应用；另外，CPU内部拥有一套完整的通用系统外设，对本实用新型使用到的LCD控制器、SD/MMC接口、PWM定时器通道、UART通道和USB设备均提供了支持；CPU外接三种存储器，分别为2MBNORFLASH、256MBNANDFLASH和128MBSDRAM，程序支持NORFLASH和NANDFLASH两种方式启动；S3C2440A高速地进行各种运动控制算法的运算工作，而大部分的运动控制功能主要由运动控制芯片来实现，这样减轻了ARM微处理器的负担，提高了运动控制器的实时性。

中央处理器模块用于控制运动控制模块输出控制信号至X、Y轴伺服器，进而达到控制X、Y运动轴的目的；中央处理器模块还用于采集Z运动轴上的焊枪的输出电流，对电流数据进行PID处理后，输出控制信号至Z轴伺服器，控制Z轴伺服电机运转，进而达到控制Z运动轴的目的；中央处理器模块还用于接收X、Y、Z伺服器反馈的X、Y、Z运动轴实际的运动信息，根据X、Y、Z运动轴的实际运动信息进一步发送控制信号对运动情况进行修正。

运动控制模块为MCX314AL，MCX314AL能同时控制4个伺服器，以脉冲串形式输出，对各伺服器进行位置控制、插补驱动、速度控制等；MCX314AL的每个轴都有CW/CCW脉冲输出和通用输出；每个轴的输入信号包括有限位信号、紧急停止信号、编码输入信号和通用输入信号；对以上输出信号的状态控制和输入信号的监测都可以通过读写MCX314AL的8个寄存器来实现。现有焊接运动控制器，X、Y、Z运动轴均由运动控制模块控制，运动控制模块虽然具备控制多个伺服器的能力，但是以牺牲实时性能力为代价。本实用新型提供的嵌入式焊接运动控制器，X、Y运动轴由运动控制模块控制，Z运动轴由中央处理器模块控制。

本实用新型中，中央处理器模块对MCX314AL进行初始化和插补控制，完成对X、Y轴伺服器的插补控制，并控制MCX314AL以位置控制的方式对X、Y轴伺服器输出CW/CCW脉冲信号，通过控制X、Y轴伺服电机，进而控制X、Y运动轴的运动，MCX314AL内置的编码器检测体现X、Y运动轴实际运动情况的反馈脉冲，并输送至中央处理器模块，由中央处理器模块进行对比，并通过对比结果进一步发送控制指令修正X、Y运动轴的实际运动情况。中央处理器模块对MCX314AL内寄存器进行操作，输出控制信号和插补脉冲至X、Y轴伺服器，X、Y轴伺服器给MCX314AL的编码反馈和状态信号会改变寄存器的值，中央处理器模块根据寄存器中值的变化获取X、Y运动轴的实际运动情况，进行对比和控制，以对X、Y运动轴进行修正。本实用新型的MCX314AL还接收Z轴伺服器的编码反馈和状态信号，中央处理器模块通过对MCX314AL寄存器的读写还能获取Z运动轴的实际运动情况，进行对比和控制，对Z运动轴进行修正。

X、Y、Z运动轴均引出接口定义至接口模块，接口模块采用并行接口，其接口定义包括三路编码输入、左右限位信号输入、报警和减速信号输入、三路通用输入以及CW/CCW两路差分输出信号。接口模块的使用是为了便于运动控制模块与X、Y、Z轴伺服器的衔接，只需要使用接口线既可以实现运动控制模块与X、Y、Z轴伺服器的衔接，无需从运动控制模块引出一一引出各信号线，另一方面也是为了解决运动控制模块与X、Y、Z轴伺服器之间的时序配合问题。运动控制模块发出的编码信号经接口模块发送至X、Y轴伺服器，X、Y轴伺服器的编码反馈和状态信号经接口模块发送至运动控制模块，最终发送至中央处理器模块。

Z轴伺服器由中央处理器模块的两路PWM模拟输出CW/CCW信号至Z轴伺服器，用于控制Z轴伺服器以及接收Z轴伺服器的反馈信号，Z轴伺服器根据信号启动Z轴伺服电机，进而控制Z运动轴的运动。Z运动轴运动，运动轴上的焊枪随之运动，焊枪的输出电流与焊枪距离路面的高度相关，电流检测模块对Z运动轴上的焊枪的输出电流进行检测，中央处理器模块根据电流值判断焊枪距离焊接面的高度，进而发出PWM信号至Z轴伺服器，通过Z轴伺服电机带动Z运动轴，进而调整焊枪的运动高度，即使得电流位置在一个稳定值，使得焊枪与焊接面维持在一个相对恒定的距离，才能正常焊接。

电流检测模块为霍尔传感器，霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，在本实用新型中用于检测Z运动轴上焊枪的输出电流，并将电流信息传输至中央处理器模块，中央处理器模块根据电流的波动向Z轴伺服器发出CW/CCW信号，通过控制Z轴伺服电机来控制Z运动轴的运动，进而稳定或调整焊枪的输出电流，即稳定或调整电流。电流检测模块的检测工作十分重要，如果该模块出现异常，会导致Z运动轴失控，影响焊接工作。

过程设置模块为LCD触摸屏，利用中央处理器模块内置的LCD控制器和触摸屏接口扩展LCD触摸屏，用户可以通过触摸式操作完成初始化和参数设置，LCD触摸屏还实时显示运动过程中的数据。在LCD触摸屏设有七个子界面，分别为“控制界面”、“参数设置”、“焊接设置”、“边框测距”、“停靠位置”、“端口诊断”和“坐标生成”。在“控制界面”子界面可以完成本实用新型的初始化，并设有“开始”、“停止”、“暂停/继续”、“返回”、“复位”按钮以及对X、Y、Z轴伺服器的参数调整按钮，还可以以百分比调整速度大小；在“参数设置”子界面可以设置X、Y、Z运动轴的行走速度、加速度以及加速度变化率，还可以选择是否启用S型插补；在“焊接设置”子界面可以设置位置和路径参数，可以配置焊接面的长、宽、起弧、拖焊和回拉距离等；在“边框测距”子界面测定焊接面的四个端点的坐标，计算出焊接工件的数量以及斜率参数，并显示行走过程中焊枪的实际坐标值；在“停靠位置”子界面选择焊枪的停靠位置，有“左上”“左下”“右上”“右下”四个方位可供选择；在“端口诊断”子界面实时诊断反馈信号，实时了解输出信号，通过观察界面上输入输出信号的改变了解X、Y、Z运动轴的实际运动情况；在“坐标生成”子界面显示运动路径中各个拐点的绝对坐标和相对坐标。

存储模块为SD卡，SD卡与中央处理器模块的SD接口连接。SD卡用于灵活实现行走路径和运动过程中参数的读取及保存。

本实用新型的工作过程为：根据焊接需求在过程设置模块进行相关设置后，中央处理器模块通过控制运动控制器模块发出编码信号CW/CCW至X、Y轴伺服器，通过控制X、Y轴伺服电机的运转达到控制X、Y运动轴的目的，中央处理器模块接收X、Y伺服器的编码反馈和状态信号，通过对比后发送新的编码信号至X、Y轴伺服器，以达到稳定或调整X、Y运动轴的运动情况的目的；中央处理器通过采集Z运动轴上焊枪的输出电流，对电流数据进行PID处理后输出编码信号CW/CCW至Z轴伺服器，通过控制Z轴伺服电机的运转达到控制Z运动轴的目的，进一步控制焊炬高度。

Claims (5)

1.一种嵌入式焊接运动控制器，包括中央处理器模块、运动控制模块、X轴伺服器、X轴伺服电机、X运动轴、Y轴伺服器、Y轴伺服电机、Y运动轴、Z轴伺服器、Z轴伺服电机和Z运动轴；中央处理器模块与运动控制模块相连；运动控制模块的一路输入输出端与X轴伺服器相连，X轴伺服器与X轴伺服电机相连，X轴伺服电机的输出端与X运动轴相连；运动控制模块的另一路输入输出端与Y轴伺服器相连，Y轴伺服器与Y轴伺服电机相连，Y轴伺服电机的输出端与Y运动轴相连；所述Z轴伺服器的一路输入输出端与Z轴伺服电机相连，所述Z轴伺服电机与Z运动轴相连；所述X运动轴、Y运动轴、Z运动轴的机械臂安装有焊枪；其特征在于：

进一步还包括电流检测模块；

所述Z轴伺服器的一路输入端与中央处理器模块相连，所述Z轴伺服器的一路输出端与运动控制模块相连；所述焊枪的电流输出端与电流检测模块相连；所述电流检测模块的输出端与中央处理器模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式焊接运动控制器，其特征在于：进一步还包括接口模块，所述运动控制模块经接口模块后，一路输入输出端与X轴伺服器相连，另一路输入输出端与Y轴伺服器相连；所述Z轴伺服器的一路输出端经接口模块与运动控制模块相连。

3.根据权利要求1所述的一种嵌入式焊接运动控制器，其特征在于：进一步还包括过程设置模块，所述过程设置模块与中央处理器模块相连。

4.根据权利要求1所述的一种嵌入式焊接运动控制器，其特征在于：进一步包括存储模块，所述存储模块与中央处理器模块相连。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种嵌入式焊接运动控制器，其特征在于：所述电流检测模块为霍尔传感器。