一种伺服变位机电气控制系统及焊接控制方法

技术领域

本发明涉及焊接辅助设备技术领域，尤其涉及一种伺服变位机电气控制系统及焊接控制方法。

背景技术

焊接变位机是通过电机带动转台转动的专用焊接辅助设备，在进行焊接作业时，把焊接工件放置在变位机的转台上，通过转台的翻转，使得焊接工件能翻转到需要焊接的角度，焊接变位机适用于翻转工作的焊接变位，以得到理想的加工位置和焊接速度，可与焊接机器人、焊机配套使用，组成自动焊接中心，也可用于手工作业时的工件变位。而现有的焊接变位机电气控制系统中，多选用步进电机带动转台进行翻转，通过设计电气控制电路以及编写PLC程序控制步进电机运转，以达到想要翻转的角度，在焊接作业时，依靠手动控制使工件翻转达到所需的位置，自动化程度低，不能对工件转动速度以及转动角度实施精准的控制。

发明内容

本发明的目的在于提一种伺服变位机电气控制系统及焊接控制方法，本发明电气控制系统的变位角度控制快速、精准、安全可靠、高输出力矩，并且能与机器人控制中心通信联动工作，实现工件焊接自动化，提高焊接效率和焊接质量，自动化程度更高，提高了焊接效率、降低了劳动强度，节省了人力资源。为了实现上述目的，本发明采用以下技术效果：

根据本发明的一个方面，提供了一种伺服变位机电气控制系统，包括机器人控制中心、PLC控制器和焊接机械手，机器人控制中心与所述PLC控制器通过通信线连接，机器人控制中心与焊接机械手通过通信线连接，所述控制系统还包括触摸屏、主动转台、被动转台和底座，在底座的两端上分别对称安装所述主动转台和被动转台，所述主动转台包括支撑壳体、伺服电机、减速电机和主动卡盘，在所述支撑壳体的上端横向设置有转轴，在支撑壳体外侧的转轴端部上套设所述主动卡盘，在转轴的下方支撑壳体上设置所述伺服电机，所述PLC控制器通过伺服驱动器与所述伺服电机电气连接，在伺服电机的输出轴上设置有编码器，编码器的输出端与伺服驱动器的反馈输入端连接，所述伺服电机的输出轴与减速电机传动连接，所述减速电机的输出轴与所述转轴传动连接，在所述被动转台上设置有与所述主动卡盘对称的被动卡盘。

上述方案进一步优选的，在减速电机的输出轴上设置有驱动齿轮，在主动卡盘与支撑壳体外侧壁之间的转轴上设置有与所述驱动齿轮啮合的从动齿轮。

上述方案进一步优选的，在所述从动齿轮外围通过转轴套设有防护端盖，防护端盖通过螺栓固定在所述支撑壳体的外侧壁上。

上述方案进一步优选的，在靠近被动卡盘一侧的主动卡盘表面设置有沿径向方向的第一通头卡槽，在第一通头卡槽上设置有第一固定支撑块，所述第一固定支撑块通过螺栓固定在第一通头卡槽内，在第一固定支撑块的上表面设置有第一工位定位块，该第一工位定位块通过第一竖直螺栓固定在所述第一固定支撑块；

在靠近主动卡盘一侧的被动卡盘表面设置有沿径向方向的第二通头卡槽，在第二通头卡槽上设置有第二固定支撑块，所述第二固定支撑块通过螺栓固定在第二通头卡槽内，在第二固定支撑块的上表面设置有与第一工位定位块在同一水平高度且相互平行的第二工位定位块，该第二工位定位块通过第二竖直螺栓固定在所述第二固定支撑块上。

上述方案进一步优选的，在靠近被动卡盘一侧的第一工位定位块侧壁上水平设置有多根第一上定位支撑杆，该第一上定位支撑杆的一端螺纹连接在第一工位定位块上，在第一上定位支撑杆的另一端设置有第一插销孔；在靠近主动卡盘一侧的第二工位定位块侧壁上水平设置有多根第二上定位支撑杆，该第二上定位支撑杆的一端螺纹连接在第二工位定位块上，在第二上定位支撑杆的另一端设置有第二插销孔。

上述方案进一步优选的，在靠近被动卡盘一侧的第一固定支撑块的侧壁上设置有多个第一定位螺孔，在定位螺孔内螺纹连接有第一下定位支撑杆；在靠近主动卡盘一侧的第二固定支撑块的侧壁上设置有与第一定位螺孔在同一水平高度且相互对称的第二定位螺孔，在第二定位螺孔内螺纹连接有第二下定位支撑杆。

上述方案进一步优选的，所述触摸屏与PLC控制器通过RS485信号线连接，在所述触摸屏内设置有启动按钮、急停按钮、自动回零按钮、自动翻转按钮和参数设置键；所述启动按钮用于启动伺服变位机启动运行，急停按钮用于紧急停止伺服变位机运行，所述自动翻转按钮用于启动伺服变位机自动翻转运行，所述参数设置键用于设置伺服变位机要自动翻转的角度值、到位速度、手动翻转的速度值参数信息，自动回零按钮用于设置伺服变位机自动归位回零至初始状态。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种伺服变位机电气控制系统的焊接控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1：根据焊接工件类型选取第一工位定位块和第二工位定位块，并将其分别安装于主动卡盘和被动卡盘上，然后再将工件安放在第一工位定位块和第二工位定位块之间进行定位，操作人员通过触摸屏设置PLC控制器与机器人控制中心进行通讯参数，并使伺服变位机上电自动回零；

步骤2：操作人员通过触摸屏设置好伺服变位机自动翻转的角度值、到位速度、手动翻转的速度值参数信息并开启伺服变位机，操作机器人控制中心控制焊接机械手进入焊接等待工作，机器人控制中心同时发送一个启动信号至PLC控制器，PLC控制器开始运行；

步骤3：伺服变位机工作并回零，焊接机械手完成第一次焊接工作并收回位，焊接机械手回位避让后，机器人控制中心再次发送开关量信号至PLC控制器，PLC控制器接收到机器人控制中心信号后发送指定的脉冲量至伺服驱动器，伺服驱动器输出的脉冲信号控制伺服变位机按照设定的速度旋转到指定的角度，伺服变位机旋转到指定的第一个角度后，PLC控制器获取第一个角度的到位信号并给反馈给机器人控制中心，以及编码器获取伺服变位机的旋转量反馈至伺服驱动器与脉冲量进行比较，对伺服变位机旋转角度进行补偿，焊接机械手进行第二次焊接；

步骤4：焊接机械手完成第二次焊接工作并收回到位后，机器人控制中心再次发送一个开关量信号至PLC控制器，PLC控制器接收到机器人控制中心信号后再次发送指定的脉冲量至伺服驱动器，伺服驱动器输出的脉冲信号控制伺服电机按照预定的速度旋转指定的第二个角度，PLC控制器获取第二个角度的到位信号并给反馈给机器人控制中心，以及编码器获取伺服变位机的旋转量反馈至伺服驱动器与脉冲量进行比较；如此循环联动工作，直至伺服变位机旋转至设定好的最后一个角度，焊接机械手完成最后一次焊接工作，整个工件焊接完成。

上述方案进一步优选的，伺服变位机自动翻转的角度值自动运行角度不少于16组，并可根据实际焊接工件对旋转的角度值进行删减。

综上所述，本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明的伺服变位机电气控制系统的变位角度控制快速、精准、安全可靠、高输出力矩，并且能与机器人控制中心通信联动工作，实现工件焊接自动化，提高焊接效率和焊接质量，自动化程度更高，提高了焊接效率、降低了劳动强度，节省了人力资源。

(2)本发明的伺服变位机电气控制系统采用全闭环控制系统，旋转角度精确，不会出现偏差，在焊接时能按照预先设定的角度值翻转，配合焊接时，提高焊接的质量，自动运行角度、运行速度可设多达16组，并可根据实际焊接工件，焊接情况进行删减，基本上能满足所有需多角度翻转焊接的需求。

(3)伺服电机为恒力矩输出，而且响应速度快、高速性能好、过载能力强，不会因为转速高造成输出力矩急剧下降的情况，也不会因为短暂的过载而影响其性能；在对大型工件进行焊接时，不会因为速度过快而造成翻转困难的现象，提高了变位机的应用范围。

附图说明

图1是本发明的一种伺服变位机电气控制系统的控制原理示意图；

图2是本发明的一种伺服变位机电气控制系统的结构示意图；

图3本发明的主动转台的结构示意图；

图4本发明的被动转台的结构示意图；

图5本发明的主动卡盘的结构示意图；

图6是本发明的一种伺服变位机的电气焊接控制流程图；

附图中，主动转台1，被动转台2，底座3，焊接工件4，支撑壳体10，伺服电机11，减速电机12，主动卡盘13，转轴14，驱动齿轮15，从动齿轮16，防护端盖17，被动卡盘20，第一通头卡槽130，第一固定支撑块131，第一工位定位块132，第一竖直螺栓133，第一上定位支撑杆134，第一插销孔135，第一定位螺孔136，第一下定位支撑杆137，第二通头卡槽200，第二固定支撑块201，第二工位定位块202，第二竖直螺栓203，第二上定位支撑杆204，第二插销孔205，第二定位螺孔206，第二下定位支撑杆207。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

结合图1和图2所示，根据本发明的一种伺服变位机电气控制系统，包括机器人控制中心、PLC控制器和焊接机械手，机器人控制中心与所述PLC控制器通过通信线连接，机器人控制中心与焊接机械手通过通信线连接，所述控制系统还包括触摸屏、主动转台1、被动转台2和底座3，在底座3的两端上分别对称安装所述主动转台1和被动转台2，焊接机械手设置于主动转台1与被动转台2之间且位于底座3两侧，所述主动转台1包括支撑壳体10、伺服电机11、减速电机12和主动卡盘13，在所述支撑壳体10的上端横向设置有转轴14，在支撑壳体10外侧的转轴14端部上套设所述主动卡盘13，在转轴14的下方支撑壳体10上设置所述伺服电机11，所述PLC控制器通过伺服驱动器与所述伺服电机11电气连接，在伺服电机11的输出轴上设置有编码器，编码器的输出端与伺服驱动器的反馈输入端连接，编码器用于获取伺服电机11的转动量(旋转量)，编码器将获取的转动量反馈至伺服驱动器，将转动量与控制伺服驱动器的脉冲量进行对比，若出现转动偏差，则输出补偿信号以便进行纠正偏差，所述伺服电机11的输出轴与减速电机12传动连接，所述减速电机12的输出轴与所述转轴14传动连接，在所述被动转台上设置有与所述主动卡盘13对称的被动卡盘20，所述触摸屏与PLC控制器通过RS485信号线连接，在所述触摸屏内设置有启动按钮、急停按钮、自动回零按钮、自动翻转按钮和参数设置键；所述启动按钮用于启动伺服变位机启动运行，急停按钮用于紧急停止伺服变位机运行，所述自动翻转按钮用于启动伺服变位机自动翻转运行，所述参数设置键用于设置伺服变位机要自动翻转的角度值、到位速度、手动翻转的速度值参数信息，自动回零按钮用于设置伺服变位机自动归位回零至初始状态，

在本发明中，所述PLC控制器可选用高性能泛用型控制器AS系列，具有高速脉冲输出及高速计数器功能。可选用但不限于AS228T-A；所述触摸屏选用7寸标准型工业触摸显示屏，可通过编写并下载触摸屏程序，触摸屏程序可编写满足操作功能的相应画面，并能与PLC控制器通信，可选用但不限于DOP-107CV；所述伺服驱动器选用能精准定位、具有优异的高速反应性能、具有卓越的高低频抑制能力、能提供实时性位置记录与位置比较功能、全程闭环控制的交流伺服驱动器，可选用但不限于ASDA-A2；所述伺服电机选用单/三相220V输入电源、输出功率1.5kW、绝对值型编码器、自带刹车的中惯量系列伺服电机。可选用但不限于ECMA-EA1315SS；所述机器人控制中心及焊接机械手为6轴机器人部分，机器人控制中心与所述PLC控制器通过通信线连接，可以向PLC控制器发送启动信号，也可接收伺服变位机反馈的翻转到位信号，以做出相应的联动。

在本发明中，如图2、图3、图4和图5所示，在减速电机12的输出轴上设置有驱动齿轮15，在主动卡盘13与支撑壳体10外侧壁之间的转轴14上设置有与所述驱动齿轮15啮合的从动齿轮16，伺服电机11带动驱动齿轮14时，驱动从动齿轮16带动转轴14转动，转轴14转动时带动主动卡盘13转动，从而使焊接工件4在主动卡盘13与被动卡盘之间按照一定角度转动；在所述从动齿轮16外围通过转轴14套设有防护端盖17，防护端盖17通过螺栓固定在所述支撑壳体10的外侧壁上，防护端盖17将从动齿轮16进行封装包覆，防止转动过程或焊接过程中，铁销飞入从动齿轮16上，影响从动齿轮16的转动效果。

在本发明中，如图2、图3、图4和图5所示，在靠近被动卡盘20一侧的主动卡盘13表面设置有沿径向方向的第一通头卡槽130，在第一通头卡槽130上设置有第一固定支撑块131，所述第一固定支撑块131通过螺栓固定在第一通头卡槽130内，在第一固定支撑块131的上表面设置有第一工位定位块132，该第一工位定位块132通过第一竖直螺栓133固定在所述第一固定支撑块131；在靠近主动卡盘21一侧的被动卡盘20表面设置有沿径向方向的第二通头卡槽200，在第二通头卡槽200上设置有第二固定支撑块201，所述第二固定支撑块201通过螺栓固定在第二通头卡槽200内，在第二固定支撑块201的上表面设置有与第一工位定位块132在同一水平高度且相互平行的第二工位定位块202，该第二工位定位块202通过第二竖直螺栓203固定在所述第二固定支撑块201上；在本发明中，根据焊接工件4的类型，可选择合适的第一工位定位块132和第二工位定位块202，并将其安装在对应的第一固定支撑块131和第二固定支撑块201上，然后将焊接工件4水平安放在第一工位定位块132和第二工位定位块202之间并进行固定。

在本发明中，如图2、图3、图4和图5所示，在靠近被动卡盘20一侧的第一工位定位块132侧壁上水平设置有多根第一上定位支撑杆134，该第一上定位支撑杆134的一端螺纹连接在第一工位定位块132上，在第一上定位支撑杆134的另一端设置有第一插销孔135；在靠近主动卡盘13一侧的第二工位定位块202侧壁上水平设置有多根第二上定位支撑杆204，该第二上定位支撑杆204的一端螺纹连接在第二工位定位块202上，在第二上定位支撑杆204的另一端设置有第二插销孔205；将焊接工件4定位在主动卡盘13和被动卡盘20上时，第一工位定位块132上的第一上定位支撑杆134穿入焊接工件4一端的定位孔内，第二工位定位块202上的第二上定位支撑杆204穿入焊接工件4另一端穿的定位孔内，然后使用定位销分别插入第一插销孔135和第二插销孔205，使焊接工件4被卡接定位在第一上定位支撑杆134和第二上定位支撑杆204上，从而完成焊接工件4的定位安装，而且第一上定位支撑杆134和第二上定位支撑杆204分别通过螺纹连接在对应的支撑块上，方便拆卸和调整其向外伸出的长度，从而方便安装焊接工件。

在本发明中，如图2、图3、图4和图5所示，在靠近被动卡盘20一侧的第一固定支撑块131的侧壁上设置有多个第一定位螺孔136，在定位螺孔136内螺纹连接有第一下定位支撑杆137；在靠近主动卡盘13一侧的第二固定支撑块201的侧壁上设置有与第一定位螺孔136在同一水平高度且相互对称的第二定位螺孔206，在第二定位螺孔206内螺纹连接有第二下定位支撑杆207，根据焊接工件的类型，还可以将焊接工件4安放在第一固定支撑块131上的第一下定位支撑杆137与第二固定支撑块201上的第二下定位支撑杆207之间，而且第一下定位支撑杆137和第二下定位支撑杆207分别通过螺纹连接在对应的支撑块上，方便拆卸和调整其向外伸出的长度，从而方便安装焊接工件。

根据本发明的另一个方面，如图1、图2和图6所示，本发明提供了一种伺服变位机电气控制系统的焊接控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

根据焊接工件类型选取第一工位定位块132和第二工位定位块202，并将其分别安装于主动卡盘13和被动卡盘20上，然后再将工件安放在第一工位定位块132和第二工位定位块202之间进行定位，操作人员通过触摸屏设置PLC控制器与机器人控制中心进行通讯参数，并使伺服变位机上电自动回零；能有效避免因断电前变位机不在零位，重新上电后变位机与焊机机械手联动动作错乱而发生撞枪现象；

以及操作人员通过触摸屏设置好伺服变位机自动翻转的角度值、到位速度、手动翻转的速度值参数信息并开启伺服变位机，其中，伺服变位机自动翻转的角度值自动运行角度不少于16组，并可根据实际焊接工件对旋转的角度值进行删减；操作机器人控制中心控制焊接机械手进入焊接等待工作，机器人控制中心同时发送一个启动信号至PLC控制器，PLC控制器开始运行；

伺服变位机工作并回零，焊接机械手完成第一次焊接工作并收回位避让(6轴机器人自动焊接第一个面，6轴机器人回位避让至原位，等待焊接工件旋转至下一角度)，焊接机械手回位避让后，机器人控制中心再次发送开关量信号至PLC控制器，PLC控制器接收到机器人控制中心信号后发送指定的脉冲量至伺服驱动器，伺服驱动器输出的脉冲信号控制伺服变位机按照设定的速度旋转到指定的角度，伺服变位机旋转到指定的第一个角度后，PLC控制器获取第一个角度的到位信号并给反馈给机器人控制中心，以及编码器获取伺服变位机的旋转量反馈至伺服驱动器与脉冲量进行比较，对伺服变位机旋转角度进行补偿，焊接机械手进行第二次焊接(6轴机器人自动焊接第二个面，6轴机器人回位避让至原位，等待焊接工件旋转至下一角度)；焊接机械手完成第二次焊接工作并收回到位后，机器人控制中心再次发送一个开关量信号至PLC控制器，PLC控制器接收到机器人控制中心信号后再次发送指定的脉冲量至伺服驱动器，伺服驱动器输出的脉冲信号控制伺服电机按照预定的速度旋转指定的第二个角度，PLC控制器获取第二个角度的到位信号并给反馈给机器人控制中心，以及编码器获取伺服变位机的旋转量反馈至伺服驱动器与脉冲量进行比较；伺服电机运行时，伺服电机上的编码器会把电机实际运转量转换成脉冲量信号反馈回伺服驱动器，伺服驱动器的反馈脉冲与PLC控制器的控制脉冲进行比对，伺服驱动器对这两个脉冲量进行比较后，若出现偏差，并进行相应的补偿纠正偏差，则会输出补偿信号，以纠正偏差，伺服驱动器则会向伺服电机发送一个脉冲量信号，使实际运转量与预期输入保持一致；如此循环联动工作，直至伺服变位机旋转至设定好的最后一个角度，焊接机械手完成最后一次焊接工作，直至整个工件焊接完成，在焊接过程中，按照设定的自动翻转的角度值、到位速度、手动翻转的速度，控制伺服驱动电机驱动焊接工件4在主动转台1与被动转台2上转动，焊接工件翻转到位时，焊接机械手(6轴机器人自动焊接预焊接的工件表面)，焊接该面完成后，焊接机械手进行自动避让等待工件翻转到下一个角度进行焊接，如此循环和自动焊接，伺服变位机的变位旋转角度精准，控制精度高，作为焊接辅助翻转设备时，能避免焊接死角的现象。当伺服变位机不与机器人控制中心连接时，也可在触摸上手动控制伺服变位机进行翻转。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。