專利名稱：平行間隙精密電阻焊機(jī)控制執(zhí)行系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平行間隙精密電阻焊機(jī)控制執(zhí)行系統(tǒng)，屬于電阻點(diǎn)焊機(jī)的控制執(zhí)行系統(tǒng)，特別適于用作航天太陽電池方陣組裝等精密電阻焊機(jī)的控制執(zhí)行系統(tǒng)。
航天用單晶硅太陽電池方陣作為供電系統(tǒng)，通常由數(shù)萬片單體電池經(jīng)數(shù)十萬點(diǎn)焊接組裝而成。這就要求X、Y軸方向能夠快速響應(yīng)，并精確地重復(fù)定位。而每片電池厚度僅為0.24mm或更薄，質(zhì)地極脆，不能承受高壓，故焊接壓力和壓力誤差都必須很小。現(xiàn)有技術(shù)中的電阻焊機(jī)控制執(zhí)行系統(tǒng)，包括焊接機(jī)頭要在X、Y軸方向的驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，電極Z軸方向移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)，焊接電源控制機(jī)構(gòu)。焊接頭在X、Y軸方向的移動(dòng)一般采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)加旋轉(zhuǎn)編碼器的閉環(huán)形式控制。這種控制方式在理論上也能達(dá)到較高精度水平，但實(shí)際控制中，因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)不可避免的間隙等原因造成的誤差，直接影響焊接頭在X、Y軸方向的重復(fù)定位精度，電極在Z方向的移動(dòng)加壓，如日本專利JP62254986公開的《電阻焊機(jī)加壓壓力控制設(shè)備)》，采用由氣源、比例閥、流量選擇閥構(gòu)成的氣動(dòng)回路，其比例閥由一專用控制回路控制?？刂苹芈窂?fù)雜，目的是防止焊接壓力不穩(wěn)定，而造成的質(zhì)量問題。其壓力控制以公斤計(jì)，無法滿足航天太陽電池焊接的低壓、高精度要求。
本發(fā)明的目的是提供一種能使焊接機(jī)頭在X軸、Y軸方向的移動(dòng)精度不受傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的間隙等因素影響、電極Z軸方向加壓壓力控制精確的平行間隙精密電阻焊機(jī)控制執(zhí)行系統(tǒng)，以提高焊機(jī)的重復(fù)定位和加壓精度，滿足航天太陽電池方陣組裝工藝對(duì)焊接定位和加壓的高精度要求。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。
一種平行間隙精密電阻焊機(jī)控制執(zhí)行系統(tǒng)，包括焊接機(jī)頭在X軸、Y軸方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、電極Z軸方向移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)和焊接電源控制機(jī)構(gòu)，采用微機(jī)系統(tǒng)，由直流伺服馬達(dá)經(jīng)變速器驅(qū)動(dòng)X軸、Y軸絲桿副的絲桿旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)焊接機(jī)頭作X軸方向或Y軸方向的移動(dòng)，由比例閥經(jīng)換向閥驅(qū)動(dòng)氣缸Z方向移動(dòng)電極，施加焊接壓力，焊接電源控制機(jī)構(gòu)由電源控制器、電源開關(guān)和電極機(jī)構(gòu)。焊接機(jī)頭在X軸、Y軸方向的驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)是由馬達(dá)控制器、直流伺服馬達(dá)、變速器、絲桿副和光柵尺構(gòu)成的大閉環(huán)形式，電極Z軸方向的移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)是由帶壓力內(nèi)閉環(huán)的比例壓力調(diào)節(jié)閥、換向閥、氣缸構(gòu)成的開環(huán)形式，馬達(dá)控制器和電源控制器各自分別有一信號(hào)輸入、輸出端與微機(jī)相聯(lián)，接受微機(jī)對(duì)其操作發(fā)出的目標(biāo)信號(hào)值，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給微機(jī)，比例壓力調(diào)節(jié)閥的信號(hào)輸入端與微機(jī)相聯(lián)，接受微機(jī)對(duì)其發(fā)出的壓力信號(hào)設(shè)定值。
焊接機(jī)頭下方安裝有一攝像頭，攝像頭的信號(hào)輸出端與微機(jī)相聯(lián)，將所攝圖像輸出微機(jī)。微機(jī)內(nèi)的圖像識(shí)別軟件識(shí)別焊點(diǎn)位置并計(jì)算出焊點(diǎn)間距離，將焊點(diǎn)間距離轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)，輸出給馬達(dá)控制器作為X軸、Y軸方向驅(qū)動(dòng)控制的目標(biāo)值，可使整個(gè)焊接過程在無人操作的情況下自動(dòng)完成，徹底消除累積誤差。
X軸、Y軸絲桿副均為適當(dāng)預(yù)緊的二級(jí)精度滾珠絲桿副，可使機(jī)構(gòu)誤差及間隙消減至盡可能小的程度，變速器為變頻調(diào)速器，是一種沒有機(jī)械誤差的變速器，大大提高了焊接機(jī)頭在X軸、Y軸方向移動(dòng)的響應(yīng)速度和移動(dòng)平穩(wěn)性。
電極Z軸方向的移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)也可以是由控制板、比例壓力調(diào)節(jié)閥、換向閥、氣缸和壓力傳感器構(gòu)成的大閉環(huán)形式，可徹底消除因電極高低位置的不同造成的焊接壓力實(shí)際值的差異。采用這種閉環(huán)形式的加壓控制機(jī)構(gòu)時(shí)，比例壓力調(diào)節(jié)閥可由普通的比例調(diào)節(jié)閥替代。
氣缸為帶導(dǎo)向桿的短行程氣缸，消除了電極在XY平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的可能性，焊接機(jī)頭內(nèi)下端安裝固定有一直線滾珠軸承，電極的導(dǎo)桿與直線滾珠軸承滾動(dòng)配合，以保證加壓控制精度和高隨動(dòng)性。
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)論述。
附

圖1為本發(fā)明平行間隙精密電阻焊機(jī)控制執(zhí)行系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)配制圖。
本發(fā)明平行間隙精密電阻焊機(jī)控制執(zhí)行系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)配制如圖所示，主要包括微機(jī)系統(tǒng)13、由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器3及20、直流伺服馬達(dá)2及19、變頻調(diào)速器1及18、X軸滾珠絲桿副16、Y軸滾珠絲桿副4、光柵尺5及17構(gòu)成的大閉環(huán)形式的X軸、Y軸驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，由控制板12、比例壓力調(diào)節(jié)閥9、換向閥7、帶導(dǎo)向桿的短行程氣缸8、壓力傳感器10構(gòu)成的大閉環(huán)形式的電極Z軸方向移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)和由電源控制器24、電源開關(guān)23和電極21構(gòu)成的焊接電源控制機(jī)構(gòu)。光柵尺5的定尺固定在機(jī)架14上，動(dòng)尺與焊接機(jī)頭6固定并與之隨動(dòng)。光柵尺17的定尺固定于地基，動(dòng)尺與機(jī)架14固連并與之隨動(dòng)。光柵尺5、17的信號(hào)輸出端分別與馬達(dá)控制器3、20相聯(lián)接。焊接機(jī)頭6內(nèi)下端安裝固定有一直線滾珠軸承15，電極21的導(dǎo)桿與其滾動(dòng)配合。馬達(dá)控制器3及20、控制板12、電源控制器24各自分別有一信號(hào)輸入輸出端與微機(jī)13相聯(lián)，電源開關(guān)23信號(hào)輸入端，換向閥7兩端的換向開關(guān)信號(hào)輸入端也與微機(jī)13相聯(lián)。
進(jìn)入工作狀態(tài)之前，首先要對(duì)馬達(dá)控制器3和20進(jìn)行精度設(shè)定，如設(shè)精度K＝±5個(gè)脈沖數(shù)。在滿足定位精度要求的情況下，一般設(shè)定后就不再調(diào)整。工作時(shí)，首先在微機(jī)13上進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，包括焊接壓力，焊接電源參數(shù)如電流、電壓或功率，并將被焊電池組的焊點(diǎn)矩陣參數(shù)輸入微機(jī)13。手動(dòng)調(diào)整使電極21至第一個(gè)焊點(diǎn)，接通控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源。微機(jī)13向換向閥7發(fā)出信號(hào)使其正向?qū)?，同時(shí)向控制板12發(fā)出焊接壓力設(shè)定信號(hào)值，控制板12控制比例壓力調(diào)節(jié)閥9按設(shè)定輸出值調(diào)節(jié)氣壓，通過換向閥7驅(qū)動(dòng)氣缸8，使電極21沿Z向位移并施加焊接壓力，安裝于氣缸8下面的壓力傳感器10的信號(hào)輸出端與控制板12相聯(lián)，將測(cè)得的實(shí)際施加壓力值反饋給控制板12，控制比例壓力調(diào)節(jié)閥9的實(shí)際輸出壓力，由于氣缸8活塞下部氣路上安裝的節(jié)流閥11所具有的單向阻尼作用使電極21下降平穩(wěn)，避免對(duì)電池產(chǎn)生沖擊。當(dāng)壓力傳感器10實(shí)測(cè)壓力等于壓力設(shè)定值時(shí)，控制板12將執(zhí)行結(jié)果反饋給微機(jī)13。微機(jī)13向電源開關(guān)23發(fā)出控制信號(hào)，接通電源，并向電源控制器24輸出焊接電源參數(shù)控制設(shè)定信號(hào)值。焊接操作結(jié)束，電源控制器24將執(zhí)行結(jié)果反饋給微機(jī)13。微機(jī)13向電源開關(guān)23發(fā)出控制信號(hào)，將電源切斷，繼而向換向閥7發(fā)出信號(hào)，使其反向?qū)?，電極21復(fù)位，接下來，微機(jī)13根據(jù)輸入的焊點(diǎn)矩陣參數(shù)進(jìn)行判斷，如焊接結(jié)束，則自動(dòng)停機(jī)。否則微機(jī)13根據(jù)下一個(gè)焊點(diǎn)位置，決定驅(qū)動(dòng)焊接機(jī)頭6作X軸方向或Y軸方向移動(dòng)，假設(shè)下一步作X軸方向的移動(dòng)。微機(jī)13對(duì)馬達(dá)控制器20發(fā)出位移脈沖設(shè)定信號(hào)值，馬達(dá)控制器20驅(qū)動(dòng)直流伺服馬達(dá)19經(jīng)變速器18、滾珠絲桿副16帶動(dòng)焊接機(jī)頭6與機(jī)架14一起作X軸方向移動(dòng)，同時(shí)光柵尺17的動(dòng)尺相對(duì)于定尺移動(dòng)，光柵尺17將測(cè)得的實(shí)際走行脈沖數(shù)反饋給馬達(dá)控制器20，馬達(dá)控制器20控制直流伺服馬達(dá)19的旋轉(zhuǎn)方向、角度及速度，當(dāng)光柵17所測(cè)實(shí)際行走脈沖數(shù)與位移脈沖數(shù)設(shè)定信號(hào)值之差達(dá)到馬達(dá)控制器20的設(shè)定精度值時(shí)，馬達(dá)控制器20將執(zhí)行結(jié)果反饋給微機(jī)13。Y軸方向的移動(dòng)與X軸方向的執(zhí)行過程基本相同。系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行電極21沿Z軸方向的位移、加壓，焊接操作。重復(fù)上述過程，直到將焊點(diǎn)全部接完畢。
在焊接機(jī)頭6的下方安裝一攝像頭22，攝像頭22的信號(hào)輸出端與微機(jī)13相聯(lián)。將所攝圖像輸入微機(jī)13，即可自動(dòng)識(shí)別焊點(diǎn)位置，完成包括第一個(gè)焊點(diǎn)的定位操作，使整個(gè)焊接過程在無人操作的情況下自動(dòng)完成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是，X軸、Y軸方向的移動(dòng)采用包括光柵尺構(gòu)成的大閉環(huán)控制方式，徹底消除了所有可能存在的機(jī)構(gòu)間隙及誤差造成的影響，重復(fù)定位精度高，當(dāng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器精度為2個(gè)脈沖當(dāng)量時(shí)，即可獲得高于±20μm的重復(fù)定位精度。Z軸方向的移動(dòng)加壓采用帶壓力內(nèi)閉環(huán)的比例壓力調(diào)節(jié)閥，由于其本身壓力調(diào)節(jié)精度高，且為線性變化，在開環(huán)形式下壓力重復(fù)精度也可達(dá)到±0.5N，在保證加壓精度的情況下，大大簡(jiǎn)化了控制回路。微機(jī)只對(duì)操作發(fā)出目標(biāo)值并監(jiān)視執(zhí)行結(jié)果，增加了控制的協(xié)調(diào)性，由于其監(jiān)控任務(wù)降到了最低水平，因而可采用型號(hào)較低的微機(jī)，降低了成本。該機(jī)還具有快速響應(yīng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，完全能夠滿足航天太陽電池方陣組裝工藝對(duì)焊接定位的高精度要求。
權(quán)利要求
1.一種平行間隙精密電阻焊機(jī)控制執(zhí)行系統(tǒng)，包括焊接機(jī)頭在X軸、Y軸方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電極Z軸方向的移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)和焊接電源控制機(jī)構(gòu)，采用微機(jī)系統(tǒng)，由直流伺服馬達(dá)經(jīng)變速器驅(qū)動(dòng)X軸、Y軸絲桿副的絲桿旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)焊接機(jī)頭作X軸方向或Y軸方向的移動(dòng)，由比例閥經(jīng)換向閥驅(qū)動(dòng)氣缸Z方向移動(dòng)電極，施加焊接壓力，焊接電源控制由電源控制器、電源開關(guān)和電極構(gòu)成，其特征在于焊接機(jī)頭[6]在X軸、Y軸方向的驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)是由馬達(dá)控制器[3][20]、直流伺服馬達(dá)[2][19]、變速器[1][18]、絲桿副[4][16]和光柵尺[5][17]構(gòu)成的大閉環(huán)形式，電極[21]Z軸方向的移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)是由帶壓力內(nèi)閉環(huán)的比例壓力調(diào)節(jié)閥[9]、換向閥[7]、氣缸[8]構(gòu)成的開環(huán)形式，馬達(dá)控制器[3][20]和電源控制器[24]各自分別有一信號(hào)輸人、輸出端與微機(jī)[13]相聯(lián)，接受微機(jī)[13]對(duì)其操作發(fā)出的目標(biāo)設(shè)定信號(hào)值，并將執(zhí)行結(jié)果反饋給微機(jī)[13]，比例壓力調(diào)節(jié)閥[9]的信號(hào)輸入端與微機(jī)[13]相聯(lián)，接受微機(jī)[13]對(duì)其發(fā)出的壓力設(shè)定信號(hào)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于所述的焊接機(jī)頭[6]下方安裝有一攝像頭[22]，攝像頭[22]的信號(hào)輸出端與微機(jī)[13]相聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于所述的X軸絲桿副[16]、Y軸絲桿副[4]均為適當(dāng)預(yù)緊的二級(jí)精度滾珠絲桿副。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于所述的電極[21]Z軸方向的移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)也可以是由控制板[12]、比例壓力調(diào)節(jié)閥[9]、換向閥[7]、氣缸[8]和壓力傳感器[10]構(gòu)成的大閉環(huán)形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于所述的電極[21]Z軸方向的移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)中的比例壓力調(diào)節(jié)閥可由普遍的比例調(diào)節(jié)閥替代。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于所述的氣缸[8]為帶導(dǎo)向桿的短行程氣缸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于所述的焊接機(jī)頭[6]內(nèi)下端安裝固定有一直線滾珠軸承[15]，電極[21]的導(dǎo)桿與直線滾珠軸承[15]滾動(dòng)配合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平行間隙精密電阻焊機(jī)控制執(zhí)行系統(tǒng)，屬于電阻點(diǎn)焊機(jī)的控制執(zhí)行系統(tǒng)。焊機(jī)頭[6]在X軸、Y軸方向的驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)是由馬達(dá)控制器[3][20]、直流伺服馬達(dá)[2][19]、變速器[1][18]、絲桿副[4][16]和光柵尺[5][17]的大閉環(huán)形式，電極[21]Z軸方向的移動(dòng)加壓控制機(jī)構(gòu)是由帶壓力內(nèi)閉環(huán)的比例壓力調(diào)節(jié)閥[9]、換向閥[7]、氣缸[8]構(gòu)成的開環(huán)形式，該系統(tǒng)使焊接頭在X軸、Y軸方向的移動(dòng)精度不受傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的間隙等因素影響，電極Z軸方向的加壓控制精確，因而特別適于用作航天太陽電池方陣組裝等精密電阻焊機(jī)的控制執(zhí)行系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B23K11/11GK1165068SQ97106268
公開日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1997年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月4日
發(fā)明者曾樂, 張紅權(quán), 居建華, 石小平 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵(集團(tuán))公司, 冶金部建筑研究總院上海分部