專利名稱：一種電弧長(zhǎng)度控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種焊距高度控制的裝置及方法，該裝置可以精確的控制焊槍噴 嘴與工件之間的距離即焊距高度，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景對(duì)于焊距高度的控制方法普遍采用弧壓反饋法進(jìn)行電弧長(zhǎng)度的控制例如專利200410023264. 5鎢極氬弧焊電弧長(zhǎng)度自動(dòng)控制方法。該方法是以電弧電 壓做為焊距高度的反饋信號(hào)，通過保持電弧電壓的一致來保證焊距高度的一 致。電弧電壓反饋?zhàn)鳛殡娀￠L(zhǎng)度的控制方法主要缺點(diǎn)是控制精度低，且并不 適用于穿孔型焊接。是一種間接的電弧長(zhǎng)度的控制方法。其電機(jī)采用步進(jìn)電 機(jī)，該電機(jī)較交流伺服電機(jī)精度較低，且慣性較大。電弧電壓反饋本身對(duì)于 穿孔型焊接不能夠準(zhǔn)確的反映電弧的長(zhǎng)度。因此不適用于穿孔型悍接。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種直接的電弧長(zhǎng)度的控制裝置及方法。本發(fā)明通過直接測(cè) 量工件與焊槍之間的距離作為輸入信號(hào)，通過AD轉(zhuǎn)換傳給PLC(可編程序控制器)控制單元，并與設(shè)定的焊距高度對(duì)比，通過改變PLC脈沖的頻率來改變交 流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)變速控制。該方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)設(shè)定簡(jiǎn)便，抗 干擾能力強(qiáng)，精度高，且適用于各種弧焊。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本裝置包括固定在焊 槍上的激光測(cè)距儀、與焊槍相連并可帶動(dòng)焊槍左右移動(dòng)的交流伺服電機(jī)、A/D、 PLC控制單元、以及與PLC控制單元相連接的控制面板。其中激光測(cè)距儀通 過A/D轉(zhuǎn)換模塊與PLC控制單元相連，PLC控制單元與交流伺服電機(jī)相連。一種電弧長(zhǎng)度的控制方法，該方法包括以下步驟1) 通過控制面板將工件與焊槍之間的設(shè)定距離值輸入給PLC控制單元；2) 激光測(cè)距儀測(cè)量工件與焊槍之間的實(shí)際距離，并將該距離通過A/D轉(zhuǎn) 換后傳送至PLC控制單元，PLC控制單元將實(shí)際距離與步驟1)中輸入的設(shè)定 值進(jìn)行比較，得到二者的差值，根據(jù)差值控制交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，使交流伺服電機(jī)帶動(dòng)焊槍移動(dòng)，直至焊槍與測(cè)量工件之間的距離為步驟l)中 的設(shè)定值為止。所述的交流伺服電機(jī)為變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。所述的變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，具體為設(shè)測(cè)量工件與焯槍之間的設(shè)定距離為H; 當(dāng)焊槍與工件之間的實(shí)際距離大于H且小于等于H + H1、或者大于等于 H-H1且小于H時(shí)，交流伺服電機(jī)為低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)焊槍與工件之間的實(shí)際距離大于H+H1且小于等于H+H2、或者大于等 于H-H2且小于H-Hl時(shí)，交流伺服電機(jī)為中速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)焊槍與工件之間的實(shí)際距離大于H+H2或小于H-H2時(shí)，交流伺服電機(jī) 為高速運(yùn)轉(zhuǎn)。所述的Hl的取值范圍為0. 3ram lmm， H2的取值范圍為0. 6mm 2mm; 所述的低速運(yùn)轉(zhuǎn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在0. 05r/min 0. lr/min之間； 所述的中速運(yùn)轉(zhuǎn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在0. lr/min 0. 2r/min之間； 所述的高速運(yùn)轉(zhuǎn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在0. 2r/min 0. 5r/min之間。 該方案采用激光測(cè)距儀直接測(cè)量焊槍與工件之間的距離，通過PLC處理 后輸出不同頻率的脈沖控制交流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)焊距高度的精確控制。其控制 精度高(可達(dá)到0.01mra)，抗干擾能力強(qiáng)，可用于穿孔焊接中的弧長(zhǎng)控制。且 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單優(yōu)于傳統(tǒng)的電弧電壓反饋控制電弧長(zhǎng)度的方法。


圖l是系統(tǒng)控制流程圖；圖2是電機(jī)轉(zhuǎn)速大小調(diào)整及范圍調(diào)整圖；圖3是整個(gè)機(jī)構(gòu)示意圖；圖中1、激光測(cè)距儀，2、交流伺服電機(jī)，3、焊槍，4、工件。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本裝置包括激光測(cè)距儀l、交流伺服電機(jī)2、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、PLC (可編程 序控制器)控制單元以及與PLC控制單元相連接的控制面板。激光測(cè)距儀l 安裝在焊槍3的焊槍架上，使其與焊槍3同步運(yùn)動(dòng)。其功能是采集工件4與激光測(cè)距儀l之間的距離該距離可直接的反映焊接弧長(zhǎng)(即焊接高度)，該弧長(zhǎng)以電壓的形式通過A/D轉(zhuǎn)換模塊傳給PLC控制單元，在PLC控制單元內(nèi)經(jīng)過處理后將該距離與設(shè)定的焊距高度值進(jìn)行對(duì)比，從而確認(rèn)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，在通過改變PLC的脈沖頻率來改變交流伺服電機(jī)2的轉(zhuǎn)速，交流伺服電機(jī)會(huì)根據(jù) 所給信號(hào)調(diào)整焊槍與工件之間的距離即弧長(zhǎng)。交流伺服電機(jī)2與焊槍3相連。在焊接前首先在控制面板上設(shè)定所需的 焊距高度值"H"、中速偏差范圍"HI"和高速偏差"H2"、以及在適當(dāng)?shù)姆秶?內(nèi)設(shè)定高速、中速、低速的電機(jī)速度值。設(shè)定完成后將焊距調(diào)整撥到自動(dòng)位 置。此時(shí)焊槍會(huì)自動(dòng)調(diào)整位置，使焊距高度與設(shè)定數(shù)值一致。在焊接過程中， 當(dāng)由于某些原因?qū)е潞笜屌c工件之間的距離發(fā)生改變時(shí)，PLC會(huì)收到激光測(cè)距 儀傳來的信號(hào)，并將該信號(hào)與設(shè)定的焊距高度對(duì)比，控制交流電機(jī)伺服。一 般來講，工件與焊槍的距離不會(huì)發(fā)生很大的變化，所以電機(jī)處于低速調(diào)整狀 態(tài)，達(dá)到設(shè)定值時(shí)就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。但在某些特殊情況下工件與焊槍之間的距 離發(fā)生了較大的變化，PLC就會(huì)根據(jù)設(shè)定的速度以更高頻率的脈沖輸入給交流 電機(jī)伺服，交流電機(jī)會(huì)進(jìn)入中速甚至高速狀態(tài)，直到焊距高度又重新回到低 速調(diào)整范圍。交流伺服電機(jī)根據(jù)PLC的信號(hào)具有更高的精度和靈敏度，其中電機(jī)速度 可在操作面板上設(shè)置，焊距高度的范圍也可設(shè)定。PLC控制單元與人機(jī)界面相連，該界面可對(duì)焊距高度、調(diào)整速度、以及該 速度的范圍進(jìn)行設(shè)定。其中設(shè)定的焊距高度"H"范圍在3 4毫米，中速偏 差"HI"為0. 5鵬 1腿，高速偏差"H2"為lram 2讓，低速的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍 在0. 05r/min 0. lr/min左右，中速的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在0. lr/min 0. 2r/min (轉(zhuǎn)/分鐘)，高速的電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍在O. 2r/min 0. 5r/min左右。通過低 速、中速和高速三檔實(shí)現(xiàn)對(duì)焊距高度的精確調(diào)整。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)需要"輸入脈 沖"，而其方向是由"方向"端子的輸入電平?jīng)Q定的。如圖2，利用激光測(cè)距 儀測(cè)量值和設(shè)定值的差值，來改變伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)置，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方 向，進(jìn)而維持在目標(biāo)高度。當(dāng)激光傳感器的測(cè)量信號(hào)超過"H"時(shí)，反轉(zhuǎn)使能，電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到"H"時(shí)，停止脈沖輸出；當(dāng)焊槍3與工件4之間的實(shí)際距離大于H且小于等于H+H1時(shí)，交流伺服電機(jī)2為低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)激光傳感器的測(cè)量信號(hào)大于"H+H1"且小于等于"H+H2 "時(shí)，電 機(jī)中速轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到"H + Hl"時(shí)改為低速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)激光傳感器的測(cè)量信號(hào)超過"H + H2 "時(shí)，電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到"H + HY2"時(shí)改為中速轉(zhuǎn)動(dòng)；同理，當(dāng)激光傳感器的測(cè)量信號(hào)小于"H"時(shí)，反轉(zhuǎn)使能，電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到H時(shí)，停止脈沖輸出；當(dāng)焊槍3與工件4之間的實(shí)際距離大于等于H-H1且小于H時(shí)，交流伺服 電機(jī)2為低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)激光傳感器的測(cè)量信號(hào)小于"H-H1"且大于等于"H-H2 "時(shí)，電機(jī) 中速轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到"H-Hl"時(shí)改為低速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)激光傳感器的測(cè)量信號(hào)小于"H - H2 "時(shí)，電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到"H -H2"時(shí)改為中速轉(zhuǎn)動(dòng)。在本施例中采用LG-10系列激光傳感器作為激光測(cè)距器，該測(cè)距儀精度 可達(dá)到0.01mm，且響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，不會(huì)受到電弧的干擾。本施例中采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，在焊接前先通過手動(dòng)調(diào)整使焊 槍與工件之間的距離接近設(shè)定值后在采用自動(dòng)控制。本施例中考慮電機(jī)慣性的影響在焊距高度"H"附近正負(fù)偏差為0.05mm 以內(nèi)都算做達(dá)到焊距高度。本施例中為避免設(shè)定參數(shù)錯(cuò)誤或某些誤操作使焊槍與工件距離過進(jìn)或過 遠(yuǎn)，在安全范圍內(nèi)有前后兩個(gè)限位塊，當(dāng)觸碰到限位塊時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)入手動(dòng) 狀態(tài)，且會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
權(quán)利要求
1、一種電弧長(zhǎng)度控制裝置，其特征在于包括固定在焊槍(3)上的激光測(cè)距儀(1)、與焊槍(3)相連并可帶動(dòng)焊槍(3)左右移動(dòng)的交流伺服電機(jī)(2)、A/D、PLC控制單元、以及與PLC控制單元相連接的控制面板；其中激光測(cè)距儀(1)通過A/D與PLC控制單元相連，PLC控制單元與交流伺服電機(jī)(2)相連。
2、 如權(quán)利要求l中所述的一種電弧長(zhǎng)度控制裝置的控制方法，其特征在于 該方法包括以下步驟1) 通過控制面板將工件(4)與焊槍(3)之間的設(shè)定距離值輸入給PLC 控制單元；2) 激光測(cè)距儀(1)測(cè)量工件(4)與焊槍(3)之間的實(shí)際距離，并將 該距離通過A/D轉(zhuǎn)換后傳送至PLC控制單元，PLC控制單元將實(shí)際距離與步驟 1)中輸入的設(shè)定值進(jìn)行比較，得到二者的差值，根據(jù)差值控制交流伺服電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，使交流伺服電機(jī)(2)帶動(dòng)焊槍(3)移動(dòng)，直至焊槍(3) 與測(cè)量工件(4)之間的距離為步驟l)中的設(shè)定值為止。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種電弧長(zhǎng)度控制方法，其特征在于所述的交 流伺服電機(jī)(2)為變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3中所述的一種電弧長(zhǎng)度控制方法，其特征在于所述的變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)具體為設(shè)測(cè)量工件(4)與焊槍(3)之間的設(shè)定距離為H;當(dāng)焊槍(3)與工件(4)之間的實(shí)際距離大于H且小于等于H+H1、或者 大于等于H-H1且小于H時(shí)，交流伺服電機(jī)(2)為低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)焊槍(3)與工件(4)之間的實(shí)際距離大于H十H1且小于等于H+H2、 或者大于等于H-H2且小于H-H1時(shí)，交流伺服電機(jī)(2)為中速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)悍槍(3)與工件(4)之間的實(shí)際距離大于H+H2或小于H-H2時(shí)，交 流伺服電機(jī)(2)為高速運(yùn)轉(zhuǎn)。所述的Hl的取值范圍為0. 3毫米 1毫米，H2的取值范圍為0. 6毫米 2毫米；所述的低速運(yùn)轉(zhuǎn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在0. 05r/min 0. lr/min之間； 所述的中速運(yùn)轉(zhuǎn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在0. lr/min 0. 2r/min之間；所述的高速運(yùn)轉(zhuǎn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在0. 2r/min 0. 5r/min之間。 5、根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種電弧長(zhǎng)度控制方法，其特征在于所述的低 速運(yùn)轉(zhuǎn)、中速運(yùn)轉(zhuǎn)和高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的電機(jī)轉(zhuǎn)速、以及偏差Hl和H2均通過控制 面板輸入。
全文摘要
本發(fā)明是一種焊距高度控制裝置及方法，該裝置可以精確的控制焊槍噴嘴與工件之間的距離即焊距高度，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。該方法通過激光測(cè)距儀直接測(cè)量激光傳感器與工件之間的距離。通過AD轉(zhuǎn)換后進(jìn)入PLC控制單元，經(jīng)過PLC處理后，PLC會(huì)根據(jù)設(shè)定的速度和此時(shí)焊距高度與設(shè)定高度的差距自動(dòng)選擇脈沖頻率并輸出脈沖信號(hào)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)給交流電機(jī)伺服。交流電機(jī)會(huì)帶動(dòng)焊槍前后運(yùn)動(dòng)，調(diào)整焊槍與工件之間的距離使該距離與設(shè)定距離保持一致。該方案適用于穿孔焊接，控制精度較高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果穩(wěn)定，優(yōu)于傳統(tǒng)的弧壓反饋來控制電弧長(zhǎng)度。
文檔編號(hào)B23K9/073GK101406980SQ20081022673
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者盧振洋, 鵬 張, 殷樹言, 陳樹君 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)