專利名稱：一種電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電阻點(diǎn)焊作為一種重要的焊接技術(shù)，在汽車、家電、電子、航天等工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用。電阻點(diǎn)焊是復(fù)雜的電、熱、力等因素綜合作用的結(jié)果，影響點(diǎn)焊質(zhì)量的因素很多，其中主要因素有焊接電流、焊接時(shí)間和焊接壓力。為了提高焊接電流和焊接時(shí)間的控制精度，較為普遍的方法是通過把主電路采用中頻的逆變電源形式來實(shí)現(xiàn)，而且國內(nèi)已出現(xiàn)逆變頻率達(dá)25kKHz的高精度控制點(diǎn)焊電源，故而在焊接電流和焊接時(shí)間的精度控制方面已達(dá)到一定的水平。但是焊接壓力方面，人們往往忽視了其精度控制的要求。目前電阻點(diǎn)焊電源基本上沿用的是傳統(tǒng)的加壓方式，如氣動加壓、液壓加壓和彈簧隨動加壓等，這些方式都存在其固有的缺陷，無法保證電極壓力的穩(wěn)定性和電極位移的精確控制，在點(diǎn)焊中特別是在微型零件的焊接中很難達(dá)到滿意的焊接質(zhì)量。因此如何精確對焊接過程施壓，已經(jīng)成為焊接生產(chǎn)企業(yè)面臨的一個(gè)重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)，具有對電極頭沖擊力小、壓力變化響應(yīng)速度快以及電極壓力、位移、速度可精確控制的優(yōu)點(diǎn)，且滿足不同工藝上的壓力變化要求。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)，包括焊機(jī)電源、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 所述控制系統(tǒng)包括用于設(shè)定和反饋參數(shù)的運(yùn)動控制器；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動器、編碼器、 伺服電機(jī)、聯(lián)軸器，連接機(jī)構(gòu)、上電極、下電極、限位開關(guān)，所述驅(qū)動器分別與運(yùn)動控制器、編碼器、伺服電機(jī)連接，所述編碼器還與運(yùn)動控制器連接，所述聯(lián)軸器與加壓連接機(jī)構(gòu)連接， 所述運(yùn)動控制器設(shè)置有用于控制連接機(jī)構(gòu)上下行程的限位開關(guān)。所述上電極與連接機(jī)構(gòu)連接，所述下電極設(shè)有一基座；所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括與焊機(jī)電源連接的LCD顯示器、鍵盤；所述連接機(jī)構(gòu)通過絲桿與聯(lián)軸器連接。本發(fā)明工作步驟如下1)開機(jī)進(jìn)行機(jī)械原點(diǎn)的查找，保持每次上電極都是從同一個(gè)位置開始運(yùn)動，保證上電極的位置可以精確控制。在伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)之前，焊接電源系統(tǒng)把設(shè)置好的位移、速度、 壓力等參數(shù)由串口通信電路發(fā)送到運(yùn)動控制器，控制伺服電機(jī)按點(diǎn)焊控制要求運(yùn)轉(zhuǎn)。2)焊接電源準(zhǔn)備好就給運(yùn)動控制器發(fā)送啟動信號，運(yùn)動控制器接收到就開始發(fā)出指令脈沖信號給脈沖轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)脈沖轉(zhuǎn)換電路作用產(chǎn)生驅(qū)動器需要的脈沖信號驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，控制電極的位移和速度。同時(shí)，運(yùn)動控制器向D/A轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路變?yōu)轵?qū)動器需要的轉(zhuǎn)矩限制信號控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，從而控制電極的壓力。；3)上電極到位以后向焊接電源發(fā)送信號，焊接電源開始輸出電流，焊接過程開始。焊接結(jié)束，焊接電源給運(yùn)動控制器發(fā)送結(jié)束信號，單片機(jī)接收到后發(fā)出脈沖信號控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，電極回到起始位置時(shí)，關(guān)斷一切輸出，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，等待下一次由焊接電源發(fā)送的信號。通信電路可以采用RS232串口通信電路，控制電路及輸入電路可采用開關(guān)型光耦隔1 °脈沖電路采用常用的AIC6LS31芯片，轉(zhuǎn)矩控制電路采用DAC0832芯片產(chǎn)生模擬電壓控制，脈沖采用AIC6LS31芯片和DSP的I/O 口共同完成。運(yùn)動控制器是采用microchip公司的dsPIC30F3011芯片作為核心。主要負(fù)責(zé)、接受預(yù)定值、接受操作命令(啟動信號、報(bào)警信號)、采集信號及按一定時(shí)序發(fā)出的控制信號 (如上下電極位置、脈沖信號、清報(bào)信號等)。dsPIC30F3011具有豐富的外圍模塊，包括大量的I/O 口。具有5個(gè)16位定時(shí)器，其中還可以組合成32位定時(shí)器使用。dsPIC30F3011帶有9個(gè)通道模擬輸入、10位精度的高速A/D轉(zhuǎn)換模塊。6路PWM輸出，三個(gè)占空比寄存器，可設(shè)為獨(dú)立或補(bǔ)償模式，PWM輸出可改寫，死區(qū)時(shí)間可編程。45個(gè)中斷源，5個(gè)外部中斷，7個(gè)可編程中斷優(yōu)先級，帶有正交編碼接口(QEI)模塊，QEI模塊可以提供了與增量光電式編碼器的簡單接口，從而能夠從電機(jī)或機(jī)械系統(tǒng)中獲得有符號速度和轉(zhuǎn)子的相對位置信息，QEI 模塊接受來自增量式編碼器的B和索引連接，并以專用16位時(shí)基保存累計(jì)的計(jì)數(shù)脈沖?？梢砸訶2或X4分辨率來測量速度和位置信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果在于由于交流伺服電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對輸出轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)精確控制，通過電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小控制可決定電極壓力實(shí)時(shí)輸出，因此，通過伺服電機(jī)伺服加壓，得到高精度的焊接壓力，從而進(jìn)一步提高點(diǎn)焊的焊接質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)，包括焊機(jī)電源、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述控制系統(tǒng)包括用于設(shè)定和反饋參數(shù)的運(yùn)動控制器；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動器、編碼器、伺服電機(jī)、聯(lián)軸器，連接機(jī)構(gòu)、上電極、下電極、限位開關(guān)，所述驅(qū)動器分別與運(yùn)動控制器、編碼器、伺服電機(jī)連接，所述編碼器還與運(yùn)動控制器連接，所述聯(lián)軸器與加壓連接機(jī)構(gòu)連接，所述運(yùn)動控制器設(shè)置有用于控制連接機(jī)構(gòu)上下行程的限位開關(guān)。上電極與連接機(jī)構(gòu)連接，該下電極的底部還設(shè)有一個(gè)用于支撐的基座；所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括與焊機(jī)電源連接的LCD顯示器、鍵盤。所述連接機(jī)構(gòu)通過絲桿與聯(lián)軸器連接。本專利主要同通過伺服加壓通過伺服電機(jī)來控制上電極的位移、速度以及上下電極之間的壓力，利用焊接電源和運(yùn)動控制器的信號互動來達(dá)到焊接參數(shù)的匹配。伺服電機(jī)使用聯(lián)軸器帶動滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)，由絲桿螺母通過連接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電極的進(jìn)給(上下往復(fù)移動)，伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)量和旋轉(zhuǎn)速度決定了上電極的進(jìn)給量和進(jìn)給速度，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定了上下電極之間的壓力。編碼器，采用的是日本松下公司的帶有增量型光電編碼器的MSMD系列交流伺服電機(jī)；與之配套的驅(qū)動器MINASA4。其上下電極轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度、絲桿螺距關(guān)系為
60-V i ,N =-^xlO3
PN指快速行程中伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min) ；Vm指工作臺行程速度(m/s) ；i指系統(tǒng)傳動比；P指絲桿螺距(mm)。在本專利的具體實(shí)施中，所述的單片機(jī)采用microchip公司的dsPIC30F3011芯片作為核心。在本專利的具體實(shí)施中，外圍設(shè)計(jì)脈沖產(chǎn)生電路采用常用的AIC6LS31芯片，所述的脈沖信號有位置信號產(chǎn)生，交流伺服驅(qū)動器需要的指令脈沖信號是一對相位差為180° 的信號。系統(tǒng)采用dsPIC30F3011的PWM方式輸出脈沖，每路PWM只能輸出一路信號，為節(jié)省資源和實(shí)現(xiàn)更加精確的控制，這里設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)換電路，采用差分輸入線性驅(qū)動電路，其差分驅(qū)動芯片選用AM26LS31，由單片機(jī)輸出的單路信號經(jīng)過芯片AIC6LS31的處理，就可以得到一對相位差為180°的信號；由于脈沖信號是高頻信號，所以在設(shè)計(jì)硬件接口電路時(shí)， 需要考慮電路的抗干擾性。采用高速光電隔離芯片6W37來實(shí)現(xiàn)控制部分和驅(qū)動部分的電氣隔離。所述的開機(jī)原點(diǎn)查找應(yīng)用控制系統(tǒng)首先使絲桿螺母快速朝靠近零點(diǎn)開關(guān)的方向運(yùn)動，當(dāng)零點(diǎn)開關(guān)被絲桿螺母壓下以后，電機(jī)制動到速度為零，然后控制系統(tǒng)控制絲桿螺母低速度反向運(yùn)動；當(dāng)零點(diǎn)開關(guān)被放開時(shí)，控制系統(tǒng)檢測到編碼器的第一個(gè)零點(diǎn)脈沖時(shí)，絲桿螺母停止運(yùn)動，此刻絲桿螺母的位置即為絕對零點(diǎn)。在本專利的具體實(shí)施中，控制信號電路采用DAC0832芯片產(chǎn)生模擬電壓控制，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制采用位置控制方式下轉(zhuǎn)矩限制的方式控制，需要2路模擬電壓信號，一路為正，一路為負(fù)。采用2片8位的DAC0832，分別產(chǎn)生正負(fù)電壓，用于限制CCW和CW方向的轉(zhuǎn)矩。其中，正電壓限制CCW方向轉(zhuǎn)矩，約+3V/額定轉(zhuǎn)矩；負(fù)電壓限制CW方向轉(zhuǎn)矩，約-3V/ 額定轉(zhuǎn)矩。人機(jī)界面顯示選用內(nèi)置T6963C控制器的點(diǎn)陣式IXD顯示器，該顯示器采用了 240X128點(diǎn)陣的屏幕；鍵盤采用8個(gè)按鍵的非編碼鍵盤。本專利控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，焊接電源控制系統(tǒng)和伺服加壓控制系統(tǒng)之間采用串口進(jìn)行通信，開機(jī)進(jìn)行機(jī)械原點(diǎn)的查找，保持每次電極都是從同一個(gè)位置開始運(yùn)動，保證電極的位置可以精確控制。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)之前，上位機(jī)焊接電源系統(tǒng)把設(shè)置好的位移、速度、壓力參數(shù)等參數(shù)由串口通信電路發(fā)送到運(yùn)動控制系統(tǒng)，控制電機(jī)按點(diǎn)焊控制要求運(yùn)轉(zhuǎn)。焊接電源準(zhǔn)備好就給單片機(jī)發(fā)送啟動信號，單片機(jī)接收到就開始發(fā)出指令脈沖信號給脈沖轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)脈沖轉(zhuǎn)換電路作用產(chǎn)生驅(qū)動器需要的脈沖信號驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，控制電極的位移和速度。同時(shí)，單片機(jī)向D/A轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路變?yōu)轵?qū)動器需要的轉(zhuǎn)矩限制信號控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，從而控制電極的壓力。電極到位以后向焊接電源發(fā)送信號，焊接電源開始輸出電流，焊接過程開始。焊接結(jié)束，焊接電源給單片機(jī)發(fā)送結(jié)束信號，單片機(jī)接收到后發(fā)出脈沖信號控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，電極回到起始位置時(shí)，關(guān)斷一切輸出，電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，等待下一次由焊接電源發(fā)送的信號。本專利具有對上下電極的電極頭沖擊力小、壓力變化響應(yīng)速度快以及上下電極之間的壓力、位移、速度可精確控制的優(yōu)點(diǎn)，且滿足不同工藝上的壓力變化要求。在此說明書中，本專利已參照特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本專利的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)該被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)，包括焊機(jī)電源、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括用于設(shè)定和反饋參數(shù)的運(yùn)動控制器；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動器、編碼器、伺服電機(jī)、聯(lián)軸器，連接機(jī)構(gòu)、上電極、下電極、限位開關(guān)，所述驅(qū)動器分別與運(yùn)動控制器、編碼器、伺服電機(jī)連接，所述編碼器還與運(yùn)動控制器連接，所述聯(lián)軸器與加壓連接機(jī)構(gòu)連接，所述運(yùn)動控制器設(shè)置有用于控制連接機(jī)構(gòu)上下行程的限位開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)，其特征在于，所述上電極與連接機(jī)構(gòu)連接，下電極設(shè)有一基座。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)交互系統(tǒng)包括與焊機(jī)電源連接的IXD顯示器、鍵盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)，其特征在于，所述連接機(jī)構(gòu)通過絲桿與聯(lián)軸器連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電阻點(diǎn)焊伺服加壓系統(tǒng)，包括焊機(jī)電源、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述控制系統(tǒng)包括用于設(shè)定和反饋參數(shù)的運(yùn)動控制器；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動器、編碼器、伺服電機(jī)、聯(lián)軸器，連接機(jī)構(gòu)、上電極、下電極、限位開關(guān)，所述驅(qū)動器分別與運(yùn)動控制器、編碼器、伺服電機(jī)連接，所述編碼器還與運(yùn)動控制器連接，所述聯(lián)軸器與加壓連接機(jī)構(gòu)連接，所述運(yùn)動控制器設(shè)置有用于控制連接機(jī)構(gòu)上下行程的限位開關(guān)。本發(fā)明主要同通過伺服加壓來控制電極位移、速度、壓力，利用焊接電源和運(yùn)動控制器的信號輸出和反饋來實(shí)現(xiàn)與焊接參數(shù)的匹配，具有對電極頭沖擊力小、壓力變化響應(yīng)速度快以及電極壓力、位移、速度可精確控制的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B23K11/24GK102267003SQ201110214518
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者曹彪, 曾敏, 黃增好 申請人:華南理工大學(xué), 廣州市精源電子設(shè)備有限公司