CN204935004U - 用于焊接非正圆罐体的控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种投资成本低、焊接效率与焊接质量高的用于焊接非正圆罐体的控制系统。包括主控制器、焊接平台和焊枪组件，还包括在焊枪组件对所述罐体表面进行焊接时，携罐体绕其轴线旋转的罐体旋转支撑组件，该罐体旋转支撑组件由罐体支座和伺服电机构成，主控制器根据由罐体焊线图形曲线在预设线速度的情况下对应的角速度函数向变频器发出调整所述伺服电机角速度的频率信号。本实用新型直接通过对罐体图形曲线进行角度微分处理，计算出罐体表面焊接点线速度恒定时，对应的罐体旋转角速度，由主控制器控制罐体旋转的角转速，使罐体表面焊点相对焊枪的移动速率恒定，实现非正圆罐体的自动化焊接。其控制系统运行稳定、焊接效果好、工作效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种自动化焊接系统，特别涉及一种针对非正圆罐体进行焊接的自动化焊接控制系统。
背景技术
非正圆罐体，如油罐车、水泥罐车和化学品储运罐车等，其罐体截面形状为非正圆形状，在对其采用自动化焊接时，焊枪对罐体表面的焊接速度是否均匀将影响焊接质量的高低，从而也将影响该罐体在使用过程中的使用效果、寿命和安全可靠性。
如图1、2所示，通常，非正圆罐体截面焊接曲线由众多直线线段和半径不等的圆弧组成，其轨迹无规律可循。
现有技术中，对该类非正圆罐体的焊接方法有如下几种：
1、采用人工焊接
采用人工焊接时，焊工要对焊接位置、高度和角度随时进行调整，其对焊工的焊接技术要求较高。通常，该方法工作强度大、焊接效率低且焊接质量不稳定。
2、表面仿形焊接
如图3所示，焊接时，焊枪在静止不动的罐体上方移动焊接。其采用陶瓷压力传感器紧贴罐体表面以恒定线速度滚移，滚动过程中，根据移动轨迹的不规则变化，陶瓷压力传感器感应的水平压力和垂直压力就会变化，其将采集的高低信号传给主控制器。主控制器处理该信号，用以同步控制焊枪高度和移动速度，从而实现自动化焊接。
但该方法存在以下不足：
1)该种陶瓷传感器需要承受较大压力和震动，灵敏度要求较高。目前国内只有极少厂家能提供该陶瓷传感器，大部分只能依赖国外进口，价格较为昂贵，且需要定期更换。整体费用较高。
2)焊接时，陶瓷传感器仅在罐体的上表面滚动，所以焊枪每个焊接周期只能焊接罐体焊线的一部分。当需要焊接其余部分(即未焊接的侧面和底面时)时，则需要停止焊接，等将未焊接的罐体侧面或底面旋转朝上并处于静止状态后，才能继续焊接。因此，焊接效率受到一定影响，且容易在两个相邻焊接周期的尾首连接部分形成漏焊等不良焊接质量。
3、PLC变频驱动焊接
该焊接方法在目前的焊接方法中较为先进。
如图4所示，焊接时，罐体旋转，焊枪在罐体表面的上方上下移动对其焊接。其采用距离传感器获取罐体焊接曲线上的焊接点到罐体旋转中心的距离信息并将该信息传给PLC编程控制器。该编程控制器根据该距离信息的变化调整变频器的输出频率，从而控制罐体焊接时的旋转速度，以此，保证焊接面的线速度恒定。
但该方法存在如下不足：
1)与表面仿形焊接一样，距离传感器需要承受较大压力和震动，灵敏度要求较高。目前主要依赖进口，价格较为昂贵，且需要定期更换，整体费用较高。
2)稳定性不高。当罐体表面有凸起或凹坑时，其获取的距离信息就会产生偏差，造成PLC编程控制器输出频率误差率高，使焊接时，焊枪相对罐体焊线的线速度不恒定，最终导致焊接质量下降。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种投资成本低、焊接效率与焊接质量高的用于焊接非正圆罐体的控制系统及控制方法。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
本实用新型的用于焊接非正圆罐体的控制系统，包括主控制器、垂直升降焊接平台和安装在该升降焊接平台上的焊枪组件，还包括在所述焊枪组件对所述罐体表面进行焊接时，携所述罐体绕其轴线旋转的罐体旋转支撑组件，该罐体旋转支撑组件由罐体支座和伺服电机构成，所述主控制器根据由罐体焊线图形曲线在预设线速度的情况下对应的角速度函数向变频器发出调整所述伺服电机角速度的频率信号。
其还包括手动控制器。
所述主控制器包括工控主机和触摸屏显示器各一台、单轴运动控制卡一个、输入输出控制信号转接组件和设置于工控主机内的非正圆罐体焊接控制程序。
与现有技术相比，本实用新型直接通过对罐体图形曲线进行角度微分处理，计算出罐体表面焊接点线速度恒定时，对应的罐体旋转角速度，主控制器再依据该角速度数据，控制罐体旋转的角转速，使罐体表面焊点相对焊枪的移动速率恒定，从而实现非正圆罐体的自动化焊接。本实用新型的焊接控制系统运行稳定、焊接效果好、工作效率高。
附图说明
图1为非正圆罐体车的侧面视图。
图2为非正圆罐体车的背面视图。
图3为现有技术中的表面仿形焊接示意图。
图4为现有技术中的PLC变频驱动焊接示意图。
图5为本实用新型的焊接控制系统框图。
图6为罐体焊线轨迹函数P＝[xi,yi]，转化为模拟轨迹函数Q＝[ri,θi]对应的示意图。
图7为图6的细化示意图。
图8为本实用新型的焊接系统背向示意图。
图9为本实用新型的焊接系统侧向示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，非正圆罐体(油罐车，水泥罐车，化学品罐车等)截面焊接曲线由众多直线，半径不等的圆弧组成。在焊接时，焊枪无法以固定的速度移动，实现自动化焊接一直是业界的难题。
为解决非正圆罐体焊接表面线速度均匀(即焊接表面线速度恒定)难题，实现无级可调，国内外的很多厂家和机构做过各种尝试和实验。
从最初的表面仿形焊接，到手动变频和PLC变频驱动焊接，都没彻底解决上述难题。对此本申请人经过多年努力，放弃过去复杂的技术控制系统，采用数控系统加自行开发的处理软件，直接对CAD图档进行计算处理，转化生成控制代码，自动完成非正圆罐体焊接的全过程，由此，彻底解决了这一困扰业界多年的技术难题。
如图5、6、7、8、9所示，本实用新型的用于非正圆罐体焊接的控制系统由含有计算机的主控制器、CAD图形处理软件、手动控制器、水平移动支撑骨架、垂直升降焊接平台、焊枪组件和罐体旋转支座构成。
所述主控制器包括工控主机(即主板、板载CPU双核1.8GHz、板载2G内存、高速固态硬盘32G及键盘、鼠标等)和触摸屏显示器各一台、单轴运动控制卡一个、输入输出控制信号转接组件和设置于工控主机内的非正圆罐体焊接控制程序。
工控主机：采用CPU内存全板载的低功耗工控主板，再搭配以高速固态硬盘，极大的提高了数控系统的高速、耐用和稳定性能。
触摸屏显示器：方便用户操作，提高使用体验值。
单轴运动控制卡和输入输出控制信号转接电路板：确保运转精度和在线变速功能的稳定有效工作。
非正圆罐体焊接控制软件：直接读入CAD的DXF格式文档，全自动转换及加工控制。
采用上述方式，当画完待焊的非正圆罐体的焊线图形后，即完成编程程序，极大地加快了操作过程，同时，也保证了加工的准确性。
本实用新型的焊接非正圆罐体的方法为：
利用CAD图形处理软件，对待焊接的非正圆罐体焊线图形曲线进行角度微分处理并将处理数据输入焊接控制系统的主控制器中控制焊枪组件对旋转着的该罐体进行焊接，具体处理步骤如下：
1)先将待焊接的非正圆罐体焊线图形的CAD的DXF格式文档输入主控制器的电脑中；
2)通过图形处理软件对该罐体图形曲线进行分析处理，将该罐体焊线图形曲线的轨迹函数P＝[xi,yi]，转化为指定轴心坐标和指定细分角度所确定的模拟轨迹函数Q＝f(ri,θi)，其中，ri为所述曲线上模拟焊点(图9中的A点)至所述旋转轴线之间的距离，θi为焊线轨迹上单位弧长对应的圆心角；
3)依据线速度与角速度转换公式ωi×ri＝V，获得罐体旋转的瞬时角速度ωi＝V/ri；继而推出罐体旋转角速度函数W(ω,v,θ,t)，其中V为预定的罐体焊线相对焊枪移动的恒定速度；
4)确定程序原点，主控制器通过分析软件产生的罐体实时角速度数据W(v,ω,θ,t)，改变变频器的输出频率fβ,实时调整罐体旋转伺服电机的转速ωi。从而使罐体焊接表面相对焊枪线速度保持在V。
将所述轨迹函数P＝[xi,yi]转化为指定轴心坐标和指定细分角度所确定的模拟轨迹函数Q＝f(ri,θi)的方法如下：
瞬时转角度ωi按以下公式获得：
ωi＝WLSP×MPPD×GEAR/PSCALE/(2.0×PI×R0)
其中，WLSP为用户指定线速度，MPPD为电机分辨率(一圈脉冲细分数)，GEAR为减速箱的减速比，PSCALE为伺服驱动器放大比，PI为圆周率，R0为轴心到当前焊点的距离。
自动化焊接设备焊接金属时，焊枪需要匀速移动(相对焊接表面)，才能实现稳定、合格的焊接。
本实用新型和现有同类技术相比具有以下突出优点和积极效果：
1.直接采用软件控制罐体转速，避免了传感器与罐体直接接触，提高了系统的稳定性。
2.焊接效果较其它同类系统好，不良率降低20～30％。
3.直接采用软件控制罐体转速，避免了传感器的损耗，降低了设备运行成本。
Claims (3)
1.一种用于焊接非正圆罐体的控制系统，包括主控制器、垂直升降焊接平台和安装在该升降焊接平台上的焊枪组件，其特征在于：还包括在所述焊枪组件对所述罐体表面进行焊接时，携所述罐体绕其轴线旋转的罐体旋转支撑组件，该罐体旋转支撑组件由罐体支座和伺服电机构成，所述主控制器根据由罐体焊线图形曲线在预设线速度的情况下对应的角速度函数向变频器发出调整所述伺服电机角速度的频率信号。
2.根据权利要求1所述的用于焊接非正圆罐体的控制系统，其特征在于：其还包括手动控制器。
3.根据权利要求1所述的用于焊接非正圆罐体的控制系统，其特征在于：所述主控制器包括工控主机和触摸屏显示器各一台、单轴运动控制卡一个、输入输出控制信号转接组件和设置于工控主机内的非正圆罐体焊接控制程序。
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| CN105057964A (zh) * | 2015-08-28 | 2015-11-18 | 明威专用汽车有限公司 | 用于焊接非正圆罐体的控制系统及控制方法 |
| CN109396641A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-03-01 | 上海航天精密机械研究所 | 一种圆环件或不规则圆环件的机器人激光焊接系统及方法 |
| CN110756950A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-02-07 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | 一种自动化焊接等壁厚复杂型面零件焊接参数设计方法 |
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