专利名称：一种电弧长度控制装置及方法
技术领域：
本发明是一种焊距高度控制的装置及方法，该装置可以精确的控制焊枪喷 嘴与工件之间的距离即焊距高度，属于焊接技术领域。
技术背景对于焊距高度的控制方法普遍采用弧压反馈法进行电弧长度的控制例如专利200410023264. 5钨极氩弧焊电弧长度自动控制方法。该方法是以电弧电 压做为焊距高度的反馈信号，通过保持电弧电压的一致来保证焊距高度的一 致。电弧电压反馈作为电弧长度的控制方法主要缺点是控制精度低，且并不 适用于穿孔型焊接。是一种间接的电弧长度的控制方法。其电机采用步进电 机，该电机较交流伺服电机精度较低，且惯性较大。电弧电压反馈本身对于 穿孔型焊接不能够准确的反映电弧的长度。因此不适用于穿孔型悍接。 发明内容本发明提出了一种直接的电弧长度的控制装置及方法。本发明通过直接测 量工件与焊枪之间的距离作为输入信号，通过AD转换传给PLC(可编程序控制器)控制单元，并与设定的焊距高度对比，通过改变PLC脉冲的频率来改变交 流伺服电机的转速实现变速控制。该方案电路结构简单，参数设定简便，抗 干扰能力强，精度高，且适用于各种弧焊。为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本装置包括固定在焊 枪上的激光测距仪、与焊枪相连并可带动焊枪左右移动的交流伺服电机、A/D、 PLC控制单元、以及与PLC控制单元相连接的控制面板。其中激光测距仪通 过A/D转换模块与PLC控制单元相连，PLC控制单元与交流伺服电机相连。一种电弧长度的控制方法，该方法包括以下步骤1) 通过控制面板将工件与焊枪之间的设定距离值输入给PLC控制单元；2) 激光测距仪测量工件与焊枪之间的实际距离，并将该距离通过A/D转 换后传送至PLC控制单元，PLC控制单元将实际距离与步骤1)中输入的设定 值进行比较，得到二者的差值，根据差值控制交流伺服电机的转速及转向，使交流伺服电机带动焊枪移动，直至焊枪与测量工件之间的距离为步骤l)中 的设定值为止。所述的交流伺服电机为变转速调节。所述的变转速调节，具体为设测量工件与焯枪之间的设定距离为H; 当焊枪与工件之间的实际距离大于H且小于等于H + H1、或者大于等于 H-H1且小于H时，交流伺服电机为低速运转；当焊枪与工件之间的实际距离大于H+H1且小于等于H+H2、或者大于等 于H-H2且小于H-Hl时，交流伺服电机为中速运转；当焊枪与工件之间的实际距离大于H+H2或小于H-H2时，交流伺服电机 为高速运转。所述的Hl的取值范围为0. 3ram lmm， H2的取值范围为0. 6mm 2mm; 所述的低速运转为电机转速范围在0. 05r/min 0. lr/min之间； 所述的中速运转为电机转速范围在0. lr/min 0. 2r/min之间； 所述的高速运转为电机转速范围在0. 2r/min 0. 5r/min之间。 该方案采用激光测距仪直接测量焊枪与工件之间的距离，通过PLC处理 后输出不同频率的脉冲控制交流伺服电机实现焊距高度的精确控制。其控制 精度高(可达到0.01mra)，抗干扰能力强，可用于穿孔焊接中的弧长控制。且 电路结构简单优于传统的电弧电压反馈控制电弧长度的方法。
图l是系统控制流程图；图2是电机转速大小调整及范围调整图；图3是整个机构示意图；图中1、激光测距仪，2、交流伺服电机，3、焊枪，4、工件。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的详细说明。本装置包括激光测距仪l、交流伺服电机2、 A/D转换模块、PLC (可编程 序控制器)控制单元以及与PLC控制单元相连接的控制面板。激光测距仪l 安装在焊枪3的焊枪架上，使其与焊枪3同步运动。其功能是采集工件4与激光测距仪l之间的距离该距离可直接的反映焊接弧长(即焊接高度)，该弧长以电压的形式通过A/D转换模块传给PLC控制单元，在PLC控制单元内经过处理后将该距离与设定的焊距高度值进行对比，从而确认转动方向，在通过改变PLC的脉冲频率来改变交流伺服电机2的转速，交流伺服电机会根据 所给信号调整焊枪与工件之间的距离即弧长。交流伺服电机2与焊枪3相连。在焊接前首先在控制面板上设定所需的 焊距高度值"H"、中速偏差范围"HI"和高速偏差"H2"、以及在适当的范围 内设定高速、中速、低速的电机速度值。设定完成后将焊距调整拨到自动位 置。此时焊枪会自动调整位置，使焊距高度与设定数值一致。在焊接过程中， 当由于某些原因导致焊枪与工件之间的距离发生改变时，PLC会收到激光测距 仪传来的信号，并将该信号与设定的焊距高度对比，控制交流电机伺服。一 般来讲，工件与焊枪的距离不会发生很大的变化，所以电机处于低速调整状 态，达到设定值时就会停止转动。但在某些特殊情况下工件与焊枪之间的距 离发生了较大的变化，PLC就会根据设定的速度以更高频率的脉冲输入给交流 电机伺服，交流电机会进入中速甚至高速状态，直到焊距高度又重新回到低 速调整范围。交流伺服电机根据PLC的信号具有更高的精度和灵敏度，其中电机速度 可在操作面板上设置，焊距高度的范围也可设定。PLC控制单元与人机界面相连，该界面可对焊距高度、调整速度、以及该 速度的范围进行设定。其中设定的焊距高度"H"范围在3 4毫米，中速偏 差"HI"为0. 5鹏 1腿，高速偏差"H2"为lram 2讓，低速的电机转速范围 在0. 05r/min 0. lr/min左右，中速的电机转速范围在0. lr/min 0. 2r/min (转/分钟)，高速的电机转速调整范围在O. 2r/min 0. 5r/min左右。通过低 速、中速和高速三档实现对焊距高度的精确调整。电机的转动需要"输入脉 冲"，而其方向是由"方向"端子的输入电平决定的。如图2，利用激光测距 仪测量值和设定值的差值，来改变伺服驱动器的设置，调节电机的转速和方 向，进而维持在目标高度。当激光传感器的测量信号超过"H"时，反转使能，电机低速转动，达到"H"时，停止脉冲输出；当焊枪3与工件4之间的实际距离大于H且小于等于H+H1时，交流伺服电机2为低速运转；当激光传感器的测量信号大于"H+H1"且小于等于"H+H2 "时，电 机中速转动，达到"H + Hl"时改为低速转动；当激光传感器的测量信号超过"H + H2 "时，电机高速转动，达到"H + HY2"时改为中速转动；同理，当激光传感器的测量信号小于"H"时，反转使能，电机低速转动，达到H时，停止脉冲输出；当焊枪3与工件4之间的实际距离大于等于H-H1且小于H时，交流伺服 电机2为低速运转；当激光传感器的测量信号小于"H-H1"且大于等于"H-H2 "时，电机 中速转动，达到"H-Hl"时改为低速转动；当激光传感器的测量信号小于"H - H2 "时，电机高速转动，达到"H -H2"时改为中速转动。在本施例中采用LG-10系列激光传感器作为激光测距器，该测距仪精度 可达到0.01mm，且响应速度快，抗干扰能力强，不会受到电弧的干扰。本施例中采用手动和自动两种控制方式，在焊接前先通过手动调整使焊 枪与工件之间的距离接近设定值后在采用自动控制。本施例中考虑电机惯性的影响在焊距高度"H"附近正负偏差为0.05mm 以内都算做达到焊距高度。本施例中为避免设定参数错误或某些误操作使焊枪与工件距离过进或过 远，在安全范围内有前后两个限位块，当触碰到限位块时，会自动进入手动 状态，且会发出报警信号。
权利要求
1、一种电弧长度控制装置，其特征在于包括固定在焊枪(3)上的激光测距仪(1)、与焊枪(3)相连并可带动焊枪(3)左右移动的交流伺服电机(2)、A/D、PLC控制单元、以及与PLC控制单元相连接的控制面板；其中激光测距仪(1)通过A/D与PLC控制单元相连，PLC控制单元与交流伺服电机(2)相连。
2、 如权利要求l中所述的一种电弧长度控制装置的控制方法，其特征在于 该方法包括以下步骤1) 通过控制面板将工件(4)与焊枪(3)之间的设定距离值输入给PLC 控制单元；2) 激光测距仪(1)测量工件(4)与焊枪(3)之间的实际距离，并将 该距离通过A/D转换后传送至PLC控制单元，PLC控制单元将实际距离与步骤 1)中输入的设定值进行比较，得到二者的差值，根据差值控制交流伺服电机(2)的转速及转向，使交流伺服电机(2)带动焊枪(3)移动，直至焊枪(3) 与测量工件(4)之间的距离为步骤l)中的设定值为止。
3、 根据权利要求2中所述的一种电弧长度控制方法，其特征在于所述的交 流伺服电机(2)为变转速调节。
4、 根据权利要求3中所述的一种电弧长度控制方法，其特征在于所述的变转速调节具体为设测量工件(4)与焊枪(3)之间的设定距离为H;当焊枪(3)与工件(4)之间的实际距离大于H且小于等于H+H1、或者 大于等于H-H1且小于H时，交流伺服电机(2)为低速运转；当焊枪(3)与工件(4)之间的实际距离大于H十H1且小于等于H+H2、 或者大于等于H-H2且小于H-H1时，交流伺服电机(2)为中速运转；当悍枪(3)与工件(4)之间的实际距离大于H+H2或小于H-H2时，交 流伺服电机(2)为高速运转。所述的Hl的取值范围为0. 3毫米 1毫米，H2的取值范围为0. 6毫米 2毫米；所述的低速运转为电机转速范围在0. 05r/min 0. lr/min之间； 所述的中速运转为电机转速范围在0. lr/min 0. 2r/min之间；所述的高速运转为电机转速范围在0. 2r/min 0. 5r/min之间。 5、根据权利要求4中所述的一种电弧长度控制方法，其特征在于所述的低 速运转、中速运转和高速运转中的电机转速、以及偏差Hl和H2均通过控制 面板输入。
全文摘要
本发明是一种焊距高度控制装置及方法，该装置可以精确的控制焊枪喷嘴与工件之间的距离即焊距高度，属于焊接技术领域。该方法通过激光测距仪直接测量激光传感器与工件之间的距离。通过AD转换后进入PLC控制单元，经过PLC处理后，PLC会根据设定的速度和此时焊距高度与设定高度的差距自动选择脉冲频率并输出脉冲信号和转动方向信号给交流电机伺服。交流电机会带动焊枪前后运动，调整焊枪与工件之间的距离使该距离与设定距离保持一致。该方案适用于穿孔焊接，控制精度较高，且结构简单，效果稳定，优于传统的弧压反馈来控制电弧长度。
文档编号B23K9/073GK101406980SQ20081022673
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者卢振洋, 鹏 张, 殷树言, 陈树君 申请人:北京工业大学