| 专利名称： | 四工位汽车散热器自动焊接机控制系统及焊点调整方法 | ||
| 专利名称(英文)： | A four-position automatic welding machine control system of the automobile radiator and adjusting method | ||
| 专利号： | CN201610078126.X | 申请时间： | 20160202 |
| 公开号： | CN105499744A | 公开时间： | 20160420 |
| 申请人： | 安徽工程大学 | ||
| 申请地址： | 241000 安徽省芜湖市鸠江区北京中路 | ||
| 发明人： | 苏学满; 孙丽丽; 邓启超; 许德章 | ||
| 分类号： | B23K5/00; B23K5/22; B23K37/00 | 主分类号： | B23K5/00 |
| 代理机构： | 重庆百润洪知识产权代理有限公司 50219 | 代理人： | 刘立春 |
| 摘要： | 本发明涉及四工位汽车散热器自动焊接机控制系统及焊点调整方法，包括PLC控制模块，用于接收焊接机各部件状态及输出控制信号；伺服控制模块，其连接主控制模块，用于控制工作台的分度、焊枪的升降和摆动以及焊点的调整；点火模块，其连接主控模块，用于焊枪的点火；冷却模块，其连接主控模块，用于工件的冷却；数字量采集模块，其连接主控模块，用于焊接机状态的采集；报警模块，其连接主控模块，用于系统报警；模拟量采集模块，其连接主控模块，用于焊接机模拟量的采集。本发明将原先由人工焊接，或不同产品的焊接设备集成在一台焊接设备上完成，从而可以有效地提高焊接的生产效率，降低设备的成本，简化焊点调整。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention relates to a four-station automobile radiator automatic welding machine control system and method for adjusting the welding, including PLC control module, all the components for the receive welds machine state and output the control signal; the servo control module, which is connected with the main control module, is used to control the indexing of the work table, and of the welding gun in the lifting and swinging the adjustment of the pads; the ignition module, which is connected with the main control module, for use with a welding torch ignition; a cooling module, which is connected with the main control module, used for cooling of the work piece; digital collecting module, which is connected with the main control module, the collection of state used for welding machine; an alarm module, its is connected with the main control module, used for system alarm; analog quantity acquisition module, its is connected with the main control module, the collection of analog quantity used for welding machine. The invention will be originally by the manual welding, or different products integrated in the welding apparatus on a welding equipment, thereby effectively improving the welding production efficiency, reduce the cost of the equipment, adjusting the welding is simplified. | ||
1.四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征在于：所述控制系统包 括PLC控制器、伺服控制系统、冷却系统、点火系统、温度控制系统、燃气混合 控制系统、气体流量控制系统、压力控制系统、燃气浓度控制系统； 所述PLC控制器与伺服控制系统相连，PLC控制器、冷却系统、点火系统、 燃气混合控制系统之间相互连接，PLC控制器、温度控制系统、气体流量控制系 统、压力控制系统、燃气浓度控制系统之间相互连接。
2.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的PLC控制器包括CPU模块、电源模块、位置控制模块、模拟量输入 输出模块、数字量输入输出模块。
3.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的伺服控制系统包括分割器电机驱动器、分割器电机、第二工位焊 枪升降电机驱动器、第二工位焊枪升降电机、第二工位焊枪摆动电机驱动器、 第二工位焊枪摆动电机、第三工位焊枪升降电机驱动器、第三工位焊枪升降电 机、第三工位焊枪摆动电机驱动器、第三工位焊枪摆动电机、第三工位焊点调 整电机驱动器、第三工位焊点调整电机。
4.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的冷却系统包括数字量采集系统、电磁阀、工件检测传感器。
5.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的点火系统包括与数字量采集系统相连的点火器、与数字量采集系 统相连的火焰检测功能开关。
6.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的温度控制系统包括模拟量采集系统，所述模拟量采集系统包括温 度控制传感器。
7.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的燃气混合控制系统包括与数字量采集系统相连的燃气混合配比器。
8.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的气体流量控制系统包括与数字量采集系统相连的气体流量测量仪、 与数字量采集系统相连的流量报警器和与模拟量输入输出模块相连的流量控制 阀。
9.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的压力控制系统包括与数字量输入输出模块相连的压力传感器、与 数字量输入输出模块相连的低压报警器。
10.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统的焊点 调整方法，其特征在于：包括以下步骤： 第一部分：焊点在xy平面内的确定方法： 第一步，以工作台的中心为原点建立坐标系； 第二步，确定第一个焊点在工作台上的位置，将汽车散热器的第一个焊点 与所确定的第一个焊点在工作台上的位置重合； 第三步，每个汽车散热器均有两个焊点，测量出两个焊点之间的距离； 第四步，在工作台上作一条平行于y轴的直线； 第五步，以两焊点距离为半径，以第一个焊点为圆心作圆，与第四步所作 的直线相交于一点，则该点为该型号的汽车散热器第二个焊点在工作台上的位 置； 第六步，以两个焊点距离最小型号的汽车散热器的第二焊点在工作台上的 位置为参考点，分别测量出每一种型号的汽车散热器的第二焊点在工作台上的 位置与参考点之间距离，以此距离作为各型号产品第二焊点在工作台上位置的 调整参数； 第七步，利用PLC控制器控制电机，进而利用电机驱动滚珠丝杠，使与滚 珠丝杠连接的焊枪调整到焊点位置； 第二部分：焊点在Z方向上的位置确定方法： 第一步，测量对应型号产品焊点在Z轴方向上的坐标； 第二步，以第二部分第一步中的坐标值作为焊枪在Z轴方向上的调整参数； 第三步，利用焊枪的升降电机驱动滚珠丝杠，调整焊枪在Z轴方向上的位置。
1.四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征在于：所述控制系统包 括PLC控制器、伺服控制系统、冷却系统、点火系统、温度控制系统、燃气混合 控制系统、气体流量控制系统、压力控制系统、燃气浓度控制系统； 所述PLC控制器与伺服控制系统相连，PLC控制器、冷却系统、点火系统、 燃气混合控制系统之间相互连接，PLC控制器、温度控制系统、气体流量控制系 统、压力控制系统、燃气浓度控制系统之间相互连接。
2.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的PLC控制器包括CPU模块、电源模块、位置控制模块、模拟量输入 输出模块、数字量输入输出模块。
3.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的伺服控制系统包括分割器电机驱动器、分割器电机、第二工位焊 枪升降电机驱动器、第二工位焊枪升降电机、第二工位焊枪摆动电机驱动器、 第二工位焊枪摆动电机、第三工位焊枪升降电机驱动器、第三工位焊枪升降电 机、第三工位焊枪摆动电机驱动器、第三工位焊枪摆动电机、第三工位焊点调 整电机驱动器、第三工位焊点调整电机。
4.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的冷却系统包括数字量采集系统、电磁阀、工件检测传感器。
5.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的点火系统包括与数字量采集系统相连的点火器、与数字量采集系 统相连的火焰检测功能开关。
6.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的温度控制系统包括模拟量采集系统，所述模拟量采集系统包括温 度控制传感器。
7.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的燃气混合控制系统包括与数字量采集系统相连的燃气混合配比器。
8.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的气体流量控制系统包括与数字量采集系统相连的气体流量测量仪、 与数字量采集系统相连的流量报警器和与模拟量输入输出模块相连的流量控制 阀。
9.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，其特征 在于：所述的压力控制系统包括与数字量输入输出模块相连的压力传感器、与 数字量输入输出模块相连的低压报警器。
10.根据权利要求1所述的四工位汽车散热器自动焊接机控制系统的焊点 调整方法，其特征在于：包括以下步骤： 第一部分：焊点在xy平面内的确定方法： 第一步，以工作台的中心为原点建立坐标系； 第二步，确定第一个焊点在工作台上的位置，将汽车散热器的第一个焊点 与所确定的第一个焊点在工作台上的位置重合； 第三步，每个汽车散热器均有两个焊点，测量出两个焊点之间的距离； 第四步，在工作台上作一条平行于y轴的直线； 第五步，以两焊点距离为半径，以第一个焊点为圆心作圆，与第四步所作 的直线相交于一点，则该点为该型号的汽车散热器第二个焊点在工作台上的位 置； 第六步，以两个焊点距离最小型号的汽车散热器的第二焊点在工作台上的 位置为参考点，分别测量出每一种型号的汽车散热器的第二焊点在工作台上的 位置与参考点之间距离，以此距离作为各型号产品第二焊点在工作台上位置的 调整参数； 第七步，利用PLC控制器控制电机，进而利用电机驱动滚珠丝杠，使与滚 珠丝杠连接的焊枪调整到焊点位置； 第二部分：焊点在Z方向上的位置确定方法： 第一步，测量对应型号产品焊点在Z轴方向上的坐标； 第二步，以第二部分第一步中的坐标值作为焊枪在Z轴方向上的调整参数； 第三步，利用焊枪的升降电机驱动滚珠丝杠，调整焊枪在Z轴方向上的位置。
翻译：技术领域
本发明涉及汽车零部件焊接技术领域，具体说是四工位汽车散热器自动焊 接机控制系统及焊点调整方法。
背景技术
目前，汽车散热器在焊接过程中，夹持工装一般为单品种夹持，即一种工 装仅能夹持一种类型的汽车散热器，不能适应多品种产品的要求。采用人工焊 接的方式，不但加工效率低下，加工质量也无法保证，远远不能满足现代化生 产的需求，因此需要一种能适应多品种汽车散热器焊接加工要求的，自动化焊 接设备。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供四工位汽车散热器自动焊接机控制系 统及焊点调整方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，所述控制系统包括PLC控制器、 伺服控制系统、冷却系统、点火系统、温度控制系统、燃气混合控制系统、气 体流量控制系统、压力控制系统、燃气浓度控制系统。
所述PLC控制器与伺服控制系统相连，PLC控制器、冷却系统、点火系统、 燃气混合控制系统之间相互连接，PLC控制器、温度控制系统、气体流量控制系 统、压力控制系统、燃气浓度控制系统之间相互连接。
所述的PLC控制器包括CPU模块、电源模块、位置控制模块、模拟量输入 输出模块、数字量输入输出模块，完成整个控制系统的控制功能。
所述的伺服控制系统包括分割器电机驱动器、分割器电机、第二工位焊枪 升降电机驱动器、第二工位焊枪升降电机、第二工位焊枪摆动电机驱动器、第 二工位焊枪摆动电机、第三工位焊枪升降电机驱动器、第三工位焊枪升降电机、 第三工位焊枪摆动电机驱动器、第三工位焊枪摆动电机、第三工位焊点调整电 机驱动器、第三工位焊点调整电机；所述的分割器电机驱动器、分割器电机主 要实现工作台四个工位的切换；所述的第二工位焊枪升降电机驱动器、第二工 位焊枪升降电机、第二工位焊枪摆动电机驱动器、第二工位焊枪摆动电机主要 实现第二工位焊枪的升降和摆动以完成第一个焊点焊接；所述的第三工位焊枪 升降电机驱动器、第三工位焊枪升降电机、第三工位焊枪摆动电机驱动器、第 三工位焊枪摆动电机主要实现第三工位焊枪的升降和摆动以完成第二个焊点焊 接；所述的第三工位焊点调整电机驱动器、第三工位焊点调整电机主要实现不 同产品焊点位置的调整。
所述的冷却系统包括数字量采集系统、电磁阀、工件检测传感器；工件检 测传感器检测有无工件，通过数字量采集系统把信号传给CPU，CPU通过数字量 输入输出模块把控制信号传给电磁阀，控制冷却液的开停。
所述的点火系统包括与数字量采集系统相连的点火器、与数字量采集系统 相连的火焰检测功能开关；所述火焰检测功能开关检测点火是否成功，通过数 字量采集系统把信号传给CPU，CPU通过数字量输入输出模块控制点火信号。
所述的温度控制系统包括模拟量采集系统，所述模拟量采集系统包括温度 控制传感器，所述的温度控制传感器检测喷火口的温度，通过模拟量输入输出 模块传给CPU，CPU通过模拟量输入输出模块控制流量控制阀。
所述的气体流量控制系统包括与数字量采集系统相连的气体流量测量仪、 与数字量采集系统相连的流量报警器和与模拟量输入输出模块相连的流量控制 阀；所述的气体流量测量仪通过模拟量输入输出模块把流量信号传给CPU，CPU 通过数字量输入输出模块控制流量控制阀，并利用流量报警器报警。
所述的压力控制系统包括与模拟量输入输出模块相连的压力传感器、与数 字量输入输出模块相连的低压报警器；所述的压力传感器检测燃气压力，通过 模拟量输入输出模块传给CPU，判断燃气压力是否满足要求，CPU通过数字量输 入输出模块控制低压报警器。
所述的燃气浓度控制系统包括与模拟量输入输出模块相连的燃气浓度检测 传感器、与数字量输入输出模块相连的燃气浓度报警器；所述的燃气浓度检测 传感器检测燃气浓度，通过模拟量输入输出模块传给CPU，CPU通过数字量输入 输出模块控制燃气浓度报警器。
四工位汽车散热器自动焊接机控制系统的焊点调整方法：
为了实现一台焊接机可以焊接不同品种汽车散热器，焊点在工作台上的位 置不同，在焊接不同产品时，需要调整焊枪的位置，焊枪的位置需要根据焊点 的位置来调整，只要确定焊点的位置就可以来调整焊枪的位置，产品焊点在工 作台上位置的确定方法如下：
第一部分：焊点在xy平面内的确定方法：
第一步，以工作台的中心为原点建立坐标系；
第二步，确定第一个焊点在工作台上的位置，将汽车散热器的第一个焊点 与所确定的第一个焊点在工作台上的位置重合；
第三步，每个汽车散热器均有两个焊点，测量出两个焊点之间的距离；
第四步，在工作台上作一条平行于y轴的直线；
第五步，以两焊点距离为半径，以第一个焊点为圆心作圆，与第四步所作 的直线相交于一点，则该点为该型号的汽车散热器第二个焊点在工作台上的位 置；
第六步，以两个焊点距离最小型号的汽车散热器的第二焊点在工作台上的 位置为参考点，分别测量出每一种型号的汽车散热器的第二焊点在工作台上的 位置与参考点之间距离，以此距离作为各型号产品第二焊点在工作台上位置的 调整参数；
第七步，利用PLC控制器控制电机，进而利用电机驱动滚珠丝杠，使与滚 珠丝杠连接的焊枪调整到焊点位置；
第二部分：焊点在Z方向上的位置确定方法：
第一步，测量对应型号产品焊点在Z轴方向上的坐标；
第二步，以第二部分第一步中的坐标值作为焊枪在Z轴方向上的调整参数；
第三步，利用焊枪的升降电机驱动滚珠丝杠，调整焊枪在Z轴方向上的位置。
本发明的有益效果是：本发明基于PLC控制技术，提高了焊点定位中的自动 化程度，具有良好的经济性、良好的继承性，及利于实际应用后取得良好的经 济效果，同时大大降低了劳动者的劳动量，节省了劳动时间，提高了焊接效率， 能快速对汽车散热器进行不间断的焊接。本发明的焊点定位方式可根据不同型 号的汽车散热器灵活确定具体焊点，提高了本发明的适应性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的控制系统结构示意图；
图2是本发明的控制系统采用时间重叠法工作的流程图；
图3是本发明的焊点调整方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进 一步阐述。
如图1至图3所示，四工位汽车散热器自动焊接机控制系统，所述控制系 统包括PLC控制器36、伺服控制系统37、冷却系统46、点火系统45、温度控 制系统、燃气混合控制系统、气体流量控制系统、压力控制系统、燃气浓度控 制系统。
所述PLC控制器36与伺服控制系统37相连，PLC控制器36、冷却系统46、 点火系统45、燃气混合控制系统之间相互连接。所述PLC控制器36、温度控制 系统、气体流量控制系统、压力控制系统、燃气浓度控制系统之间相互连接。
所述的PLC控制器36包括CPU模块3、电源模块1、位置控制模块4、模拟 量输入输出模块6、数字量输入输出模块5，完成整个控制系统的控制功能。
所述的伺服控制系统37包括分割器电机驱动器7、分割器电机13、第二工 位焊枪升降电机驱动器8、第二工位焊枪升降电机14、第二工位焊枪摆动电机 驱动器9、第二工位焊枪摆动电机15、第三工位焊枪升降电机驱动器10、第三 工位焊枪升降电机16、第三工位焊枪摆动电机驱动器11、第三工位焊枪摆动电 机17、第三工位焊点调整电机驱动器12、第三工位焊点调整电机18；所述的分 割器电机驱动器7、分割器电机13主要实现工作台四个工位的切换；所述的第 二工位焊枪升降电机驱动器8、第二工位焊枪升降电机14、第二工位焊枪摆动 电机驱动器9、第二工位焊枪摆动电机15主要实现第二工位焊枪的升降和摆动 以完成第一个焊点焊接；所述的第三工位焊枪升降电机驱动器10、第三工位焊 枪升降电机16、第三工位焊枪摆动电机驱动器11、第三工位焊枪摆动电机17 主要实现第三工位焊枪的升降和摆动以完成第二个焊点焊接；所述的第三工位 焊点调整电机驱动器12、第三工位焊点调整电机18主要实现不同产品焊点位置 的调整。
所述的冷却系统46包括数字量采集系统44、电磁阀27、工件检测传感器 26；工件检测传感器26检测有无工件，通过数字量采集系统44把信号传给CPU3， CPU3通过数字量输入输出模块5把控制信号传给电磁阀27，控制冷却液的开停。
所述的点火系统45包括与数字量采集系统44相连的点火器24、与数字量 采集系统44相连的火焰检测功能开关25；所述火焰检测功能开关25检测点火 是否成功，通过数字量采集系统44把信号传给CPU3，CPU3通过数字量输入输 出模块5控制点火信号。
所述的温度控制系统包括模拟量采集系统48，所述模拟量采集系统48包括 温度控制传感器31，所述的温度控制传感器31检测喷火口的温度，通过模拟量 输入输出模块6传给CPU3，CPU3通过模拟量输入输出模块6控制流量控制阀35。
所述的气体流量控制系统包括与数字量采集系统44相连的气体流量测量仪 33、与数字量采集系统44相连的流量报警器29和与模拟量输入输出模块6相 连的流量控制阀35；所述的气体流量测量仪33通过模拟量输入输出模块6把流 量信号传给CPU3，CPU3通过数字量输入输出模块5控制流量控制阀35，并利用 流量报警器29报警。
所述的压力控制系统包括与模拟量输入输出模块6相连的压力传感器32、 与数字量输入输出模块5相连的低压报警器28；所述的压力传感器32检测燃气 压力，通过模拟量输入输出模块6传给CPU3，判断燃气压力是否满足要求，CPU3 通过数字量输入输出模块5控制低压报警器28。
所述的燃气浓度控制系统包括与模拟量输入输出模块6相连的燃气浓度检 测传感器34、与数字量输入输出模块5相连的燃气浓度报警器30；所述的燃气 浓度检测传感器34检测燃气浓度，通过模拟量输入输出模块6传给CPU3，CPU3 通过数字量输入输出模块5控制燃气浓度报警器30。
参考图2、图3，焊接过程的时间重叠法工作流程图：
采用时间重叠法，使四个工位同时工作，完成产品的焊接。根据产品型号 的不同，调整焊点在工作台上的位置。工作台处于第一工位A1，操作人员进行 工件安装；启动分割器电机13，使第一工位A1的工件旋转到第二工位A2，检 测到位后，第二工位焊枪升降电机14下降，到位后第二工位焊枪摆动电机15 摆动进行第一焊点的焊接；同时在空出的第一工位A1安装第二个工件；工作台 分度继续运动，使第一个工件运动至第三工位A3，进行第二个焊点的焊接。与 此同时，第二个工件运动至第二工位A2，进行第一个焊点的焊接；同时第一工 位A1安装第三个工件；第一工位A1工件安装完毕，第二工位A2焊接完成，第 三工位A3也焊接完成后，工作台分度继续运动，使第一个工件运动至第四工位 A4，进行工件冷却，第二个工件运动至第三工位A3进行第二个焊点的焊接，第 三个工件运动至第二工位A2进行第一个焊点的焊接，第一工位A1安装第四个 工件。当四个工位工作完成后，工作台进行分度运动，第一个工件返回至第一 工位A1进行拆卸，并安装新的工件，以此进行循环操作完成各工件的焊接。
参考图3，不同产品的第二焊点在工作台的位置调整步骤如下：
为了实现一台焊接机可以焊接不同品种汽车散热器，焊点在工作台上的位 置不同，在焊接不同产品时，需要调整焊枪的位置，焊枪的位置需要根据焊点 的位置来调整，只要确定焊点的位置就可以来调整焊枪的位置，产品焊点在工 作台上位置的确定方法如下：
第一部分：焊点在xy平面内的确定方法：
第一步，以工作台的中心为原点建立坐标系xoy；
第二步，第一个焊点在工作台上的位置固定，每一种产品的第一个焊点重 合于A点；
第三步，每个品种汽车散热器有两个焊点，测量出两个焊点之间的距离并 从小到大的顺序排列Lmin，L1，L2，……，Lmax；
第四步，在工作台上作一条平行于y轴，并与y距离为a的直线l；
第五步，以最小焊点距离Lmin为半径，以第一个焊点A为圆心作圆Ⅰ，与 第四步所作的直线l相交与一点B0，则该点为该产品第二个焊点在工作台上的 位置；
第六步，再以测量得到的其他品种的两个焊点之间的距离L1，L2，……， Lmax为半径，以第一个焊点A为圆心作圆Ⅱ，Ⅲ，……，Ⅳ，分别与第四步所 作的直线l相交于点B1，B2，……，Bn，这些交点分别为不同品种汽车散热器的 第二焊点在工作台上的位置；
以点B0为参考点，分别测量出B0B1，B0B2，……，B0Bn之间距离y1，y2，……， yn，以y1，y2，……，yn作为各产品第二焊点在工作台上位置的调整参数；
第七步，利用PLC控制器控制电机驱动滚珠丝杠，使焊枪调整到焊点位置。
第二部分：焊点在Z方向上的位置确定方法：
第一步，测量各产品焊点在Z轴方向上的坐标；
第二步，以此坐标值作为焊枪在Z轴方向上的调整参数；
第三步，利用焊枪的升降电机驱动滚珠丝杠，调整焊枪在Z轴方向上的位置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会 有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
