用于焊接非正圓罐體的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)化焊接系統(tǒng)，特別涉及一種針對非正圓罐體進(jìn)行焊接的自動(dòng)化焊接控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]非正圓罐體，如油罐車、水泥罐車和化學(xué)品儲(chǔ)運(yùn)罐車等，其罐體截面形狀為非正圓形狀，在對其采用自動(dòng)化焊接時(shí)，焊槍對罐體表面的焊接速度是否均勻?qū)⒂绊懞附淤|(zhì)量的高低，從而也將影響該罐體在使用過程中的使用效果、壽命和安全可靠性。
[0003]如圖1、2所示，通常，非正圓罐體截面焊接曲線由眾多直線線段和半徑不等的圓弧組成，其軌跡無規(guī)律可循。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，對該類非正圓罐體的焊接方法有如下幾種:
[0005]1、采用人工焊接
[0006]采用人工焊接時(shí)，焊工要對焊接位置、高度和角度隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，其對焊工的焊接技術(shù)要求較高。通常，該方法工作強(qiáng)度大、焊接效率低且焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。
[0007]2、表面仿形焊接
[0008]如圖3所示，焊接時(shí)，焊槍在靜止不動(dòng)的罐體上方移動(dòng)焊接。其采用陶瓷壓力傳感器緊貼罐體表面以恒定線速度滾移，滾動(dòng)過程中，根據(jù)移動(dòng)軌跡的不規(guī)則變化，陶瓷壓力傳感器感應(yīng)的水平壓力和垂直壓力就會(huì)變化，其將采集的高低信號(hào)傳給主控制器。主控制器處理該信號(hào)，用以同步控制焊槍高度和移動(dòng)速度，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。
[0009]但該方法存在以下不足:
[0010]I)該種陶瓷傳感器需要承受較大壓力和震動(dòng)，靈敏度要求較高。目前國內(nèi)只有極少廠家能提供該陶瓷傳感器，大部分只能依賴國外進(jìn)口，價(jià)格較為昂貴，且需要定期更換。整體費(fèi)用較高。
[0011]2)焊接時(shí)，陶瓷傳感器僅在罐體的上表面滾動(dòng)，所以焊槍每個(gè)焊接周期只能焊接罐體焊線的一部分。當(dāng)需要焊接其余部分(即未焊接的側(cè)面和底面時(shí))時(shí)，則需要停止焊接，等將未焊接的罐體側(cè)面或底面旋轉(zhuǎn)朝上并處于靜止?fàn)顟B(tài)后，才能繼續(xù)焊接。因此，焊接效率受到一定影響，且容易在兩個(gè)相鄰焊接周期的尾首連接部分形成漏焊等不良焊接質(zhì)量。
[0012]3、PLC變頻驅(qū)動(dòng)焊接
[0013]該焊接方法在目前的焊接方法中較為先進(jìn)。
[0014]如圖4所示，焊接時(shí)，罐體旋轉(zhuǎn)，焊槍在罐體表面的上方上下移動(dòng)對其焊接。其采用距離傳感器獲取罐體焊接曲線上的焊接點(diǎn)到罐體旋轉(zhuǎn)中心的距離信息并將該信息傳給PLC編程控制器。該編程控制器根據(jù)該距離信息的變化調(diào)整變頻器的輸出頻率，從而控制罐體焊接時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度，以此，保證焊接面的線速度恒定。
[0015]但該方法存在如下不足:
[0016]I)與表面仿形焊接一樣，距離傳感器需要承受較大壓力和震動(dòng)，靈敏度要求較高。目前主要依賴進(jìn)口，價(jià)格較為昂貴，且需要定期更換，整體費(fèi)用較高。
[0017]2)穩(wěn)定性不高。當(dāng)罐體表面有凸起或凹坑時(shí)，其獲取的距離信息就會(huì)產(chǎn)生偏差，造成PLC編程控制器輸出頻率誤差率高，使焊接時(shí)，焊槍相對罐體焊線的線速度不恒定，最終導(dǎo)致焊接質(zhì)量下降。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0018]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種投資成本低、焊接效率與焊接質(zhì)量高的用于焊接非正圓罐體的控制系統(tǒng)及控制方法。
[0019]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0020]本實(shí)用新型的用于焊接非正圓罐體的控制系統(tǒng)，包括主控制器、垂直升降焊接平臺(tái)和安裝在該升降焊接平臺(tái)上的焊槍組件，還包括在所述焊槍組件對所述罐體表面進(jìn)行焊接時(shí)，攜所述罐體繞其軸線旋轉(zhuǎn)的罐體旋轉(zhuǎn)支撐組件，該罐體旋轉(zhuǎn)支撐組件由罐體支座和伺服電機(jī)構(gòu)成，所述主控制器根據(jù)由罐體焊線圖形曲線在預(yù)設(shè)線速度的情況下對應(yīng)的角速度函數(shù)向變頻器發(fā)出調(diào)整所述伺服電機(jī)角速度的頻率信號(hào)。
[0021]其還包括手動(dòng)控制器。
[0022]所述主控制器包括工控主機(jī)和觸摸屏顯示器各一臺(tái)、單軸運(yùn)動(dòng)控制卡一個(gè)、輸入輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)接組件和設(shè)置于工控主機(jī)內(nèi)的非正圓罐體焊接控制程序。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型直接通過對罐體圖形曲線進(jìn)行角度微分處理，計(jì)算出罐體表面焊接點(diǎn)線速度恒定時(shí)，對應(yīng)的罐體旋轉(zhuǎn)角速度，主控制器再依據(jù)該角速度數(shù)據(jù)，控制罐體旋轉(zhuǎn)的角轉(zhuǎn)速，使罐體表面焊點(diǎn)相對焊槍的移動(dòng)速率恒定，從而實(shí)現(xiàn)非正圓罐體的自動(dòng)化焊接。本實(shí)用新型的焊接控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、焊接效果好、工作效率高。
【附圖說明】
[0024]圖1為非正圓罐體車的側(cè)面視圖。
[0025]圖2為非正圓罐體車的背面視圖。
[0026]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的表面仿形焊接示意圖。
[0027]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的PLC變頻驅(qū)動(dòng)焊接示意圖。
[0028]圖5為本實(shí)用新型的焊接控制系統(tǒng)框圖。
[0029]圖6為罐體焊線軌跡函數(shù)P = [xi, yi]，轉(zhuǎn)化為模擬軌跡函數(shù)Q = Qri, Θ J對應(yīng)的示意圖。
[0030]圖7為圖6的細(xì)化示意圖。
[0031]圖8為本實(shí)用新型的焊接系統(tǒng)背向示意圖。
[0032]圖9為本實(shí)用新型的焊接系統(tǒng)側(cè)向示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如圖1、2所示，非正圓罐體(油罐車，水泥罐車，化學(xué)品罐車等)截面焊接曲線由眾多直線，半徑不等的圓弧組成。在焊接時(shí)，焊槍無法以固定的速度移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接一直是業(yè)界的難題。
[0034]為解決非正圓罐體焊接表面線速度均勻(即焊接表面線速度恒定)難題，實(shí)現(xiàn)無級(jí)可調(diào)，國內(nèi)外的很多廠家和機(jī)構(gòu)做過各種嘗試和實(shí)驗(yàn)。
[0035]從最初的表面仿形焊接，到手動(dòng)變頻和PLC變頻驅(qū)動(dòng)焊接，都沒徹底解決上述難題。對此本申請人經(jīng)過多年努力，放棄過去復(fù)雜的技術(shù)控制系統(tǒng)，采用數(shù)控系統(tǒng)加自行開發(fā)的處理軟件，直接對CAD圖檔進(jìn)行計(jì)算處理，轉(zhuǎn)化生成控制代碼，自動(dòng)完成非正圓罐體焊接的全過程，由此，徹底解決了這一困擾業(yè)界多年的技術(shù)難題。
[0036]如圖5、6、7、8、9所示，本實(shí)用新型的用于非正圓罐體焊接的控制系統(tǒng)由含有計(jì)算機(jī)的主控制器、CAD圖形處理軟件、手動(dòng)控制器、水平移動(dòng)支撐骨架、垂直升降焊接平臺(tái)、焊槍組件和罐體旋轉(zhuǎn)支座構(gòu)成。
[0037]所述主控制器包括工控主機(jī)(即主板、板載CPU雙核1.8GHz、板載2G內(nèi)存、高速固態(tài)硬盤32G及鍵盤、鼠標(biāo)等)和觸摸屏顯示器各一臺(tái)、單軸運(yùn)動(dòng)控制卡一個(gè)、輸入輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)接組件和設(shè)置于工控主機(jī)內(nèi)的非正圓罐體焊接控制程序。
[0038]工控主機(jī):采用CPU內(nèi)存全板載的低功耗工控主板，再搭配以高速固態(tài)硬盤，極大的提高了數(shù)控系統(tǒng)的高速、耐用和穩(wěn)定性能。
[0039]觸摸屏顯示器:方便用戶操作，提高使用體驗(yàn)值。
[0040]單軸運(yùn)動(dòng)控制卡和輸入輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)接電路板:確保運(yùn)轉(zhuǎn)精度和在線變速功能的穩(wěn)定有效工作。
[0041]非正圓罐體焊接控制軟件:直接讀入CAD的DXF格式文檔，全自動(dòng)轉(zhuǎn)換及加工控制。
[0042]采用上述方式，當(dāng)畫完待焊的非正圓罐體的焊線圖形后，即完成編程程序，極大地加快了操作過程，同時(shí)，也保證了加工的準(zhǔn)確性。
[0043]本實(shí)用新型的焊接非正圓罐體的方法為:
[0044]利用CAD圖形處理軟件，對待焊接的非正圓罐體焊線圖形曲線進(jìn)行角度微分處理并將處理數(shù)據(jù)輸入焊接控制系統(tǒng)的主控制器中控制焊槍組件對旋轉(zhuǎn)著的該罐體進(jìn)行焊接，具體處理步驟如下:
[0045]I)先將待焊接的非正圓罐體焊線圖形的CAD的DXF格式文檔輸入主控制器的電腦中；
[0046]2)通過圖形處理軟件對該罐體圖形曲線進(jìn)行分析處理，將該罐體焊線圖形曲線的軌跡函數(shù)P = [xi, yi]，轉(zhuǎn)化為指定軸心坐標(biāo)和指定細(xì)分角度所確定的模擬軌跡函數(shù)Q =f(r1; Θ J，其中，^為所述曲線上模擬焊點(diǎn)(圖9中的A點(diǎn))至所述旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離，
Θ 焊線軌跡上單位弧長對應(yīng)的圓心角；
[0047]3)依據(jù)線速度與角速度轉(zhuǎn)換公式OiXri= V，獲得罐體旋轉(zhuǎn)的瞬時(shí)角速度ω 1 =V/r1;*而推出罐體旋轉(zhuǎn)角速度函數(shù)W(co，v，0，t)，其中V為預(yù)定的罐體焊線相對焊槍移動(dòng)的恒定速度；
[0048]4)確定程序原點(diǎn)，主控制器通過分析軟件產(chǎn)生的罐體實(shí)時(shí)角速度數(shù)據(jù)W (ν, ω, Θ，t)，改變變頻器的輸出頻率fi3，實(shí)時(shí)調(diào)整罐體旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速《i。從而使罐體焊接表面相對焊槍線速度保持在V。
[0049]將所述軌跡函數(shù)P= [xi, yi]轉(zhuǎn)化為指定軸心坐標(biāo)和指定細(xì)分角度所確定的模擬軌跡函數(shù)Q = f (ri; Θ J的方法如下:
[0050]瞬時(shí)轉(zhuǎn)角度ω i按以下公式獲得:[0051 ] ω i = WLSPXMPPDXGEAR/PSCALE/(2.0XPIXR0)
[0052]其中，WLSP為用戶指定線速度，MPPD為電機(jī)分辨率(一圈脈沖細(xì)分?jǐn)?shù))，GEAR為減速箱的減速比，PSCALE為伺服驅(qū)動(dòng)器放大比，PI為圓周率，RO為軸心到當(dāng)前焊點(diǎn)的距離。
[0053]自動(dòng)化焊接設(shè)備焊接金屬時(shí)，焊槍需要?jiǎng)蛩僖苿?dòng)(相對焊接表面)，才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、合格的焊接。
[0054]本實(shí)用新型和現(xiàn)有同類技術(shù)相比具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0055]1.直接采用軟件控制罐體轉(zhuǎn)速，避免了傳感器與罐體直接接觸，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0056]2.焊接效果較其它同類系統(tǒng)好，不良率降低20?30%。
[0057]3.直接采用軟件控制罐體轉(zhuǎn)速，避免了傳感器的損耗，降低了設(shè)備運(yùn)行成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于焊接非正圓罐體的控制系統(tǒng)，包括主控制器、垂直升降焊接平臺(tái)和安裝在該升降焊接平臺(tái)上的焊槍組件，其特征在于:還包括在所述焊槍組件對所述罐體表面進(jìn)行焊接時(shí)，攜所述罐體繞其軸線旋轉(zhuǎn)的罐體旋轉(zhuǎn)支撐組件，該罐體旋轉(zhuǎn)支撐組件由罐體支座和伺服電機(jī)構(gòu)成，所述主控制器根據(jù)由罐體焊線圖形曲線在預(yù)設(shè)線速度的情況下對應(yīng)的角速度函數(shù)向變頻器發(fā)出調(diào)整所述伺服電機(jī)角速度的頻率信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于焊接非正圓罐體的控制系統(tǒng)，其特征在于:其還包括手動(dòng)控制器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于焊接非正圓罐體的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述主控制器包括工控主機(jī)和觸摸屏顯示器各一臺(tái)、單軸運(yùn)動(dòng)控制卡一個(gè)、輸入輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)接組件和設(shè)置于工控主機(jī)內(nèi)的非正圓罐體焊接控制程序。
【專利摘要】一種投資成本低、焊接效率與焊接質(zhì)量高的用于焊接非正圓罐體的控制系統(tǒng)。包括主控制器、焊接平臺(tái)和焊槍組件，還包括在焊槍組件對所述罐體表面進(jìn)行焊接時(shí)，攜罐體繞其軸線旋轉(zhuǎn)的罐體旋轉(zhuǎn)支撐組件，該罐體旋轉(zhuǎn)支撐組件由罐體支座和伺服電機(jī)構(gòu)成，主控制器根據(jù)由罐體焊線圖形曲線在預(yù)設(shè)線速度的情況下對應(yīng)的角速度函數(shù)向變頻器發(fā)出調(diào)整所述伺服電機(jī)角速度的頻率信號(hào)。本實(shí)用新型直接通過對罐體圖形曲線進(jìn)行角度微分處理，計(jì)算出罐體表面焊接點(diǎn)線速度恒定時(shí)，對應(yīng)的罐體旋轉(zhuǎn)角速度，由主控制器控制罐體旋轉(zhuǎn)的角轉(zhuǎn)速，使罐體表面焊點(diǎn)相對焊槍的移動(dòng)速率恒定，實(shí)現(xiàn)非正圓罐體的自動(dòng)化焊接。其控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、焊接效果好、工作效率高。
【IPC分類】B23K37/00, B23K37/047, G05D13/62
【公開號(hào)】CN204935004
【申請?zhí)枴緾N201520669456
【發(fā)明人】黃達(dá)勝, 黃杰毅, 王萬里, 黃小敏
【申請人】明威專用汽車有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年8月28日