一种基于PLC的摇臂式埋弧焊工作站的制作方法

本实用新型涉及焊接加工技术领域，尤其涉及一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站。

背景技术：

焊接：也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造工艺及技术。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。

防爆设备的外壳、压力容器等焊接要求高、工艺复杂，工件需要一一摆开，焊接区域也随之增大，如果频繁地搬动焊接设备，不但降低焊接效率、浪费人力物力，还可能损坏焊接设备。因此，亟需设计一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站来解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站，包括工作站系统，所述工作站系统包括由plc主站、数字化弧焊电源从站、工作台行走伺服机构、送丝伺服机构、摇臂伺服机构、激光测距、焊缝实时跟踪机构、工作台、安装在工作台上的焊接工件、ac/dc电源以及焊接电流/电压样本共同组成，所述焊接电流/电压样本连接有于plc主站和数字化弧焊电源从站之间，所述焊接电流/电压样本电流/电源将转换成电动机轴上的角速度输出，控制工作台及送丝伺服机构按照设定的焊接规范协调运行，当焊接电流/电压变化时，工作台行走速度、送丝速度发生相应的改变，所述激光测距和焊缝实时跟踪机构由“二合一”模式激光智能检测系统、实时跟踪系统两部分组成，“二合一”模式激光智能检测系统两个合并在一起的智能激光式的传感器，且传感器与焊缝成30-60度的倾角并固定在焊枪上，所述传感器合并起来并接到放大器上，由放大器把模拟量输送至plc主站。

进一步的，所述控制核心plc主站与数字化弧焊电源从站采用rs485/modbus通讯总线的布网方式。

进一步的，所述工作台行走伺服机构由x和y向直线行走机构和转台机构组成。

进一步的，所述plc主站上通过控制器连接有摆动器，所述plc主站发出指令使得焊缝实时跟踪机构沿实际焊缝的法线实时跟踪，且plc主站通过控制器指令摆动器以实际焊缝中心为摆焊轴。

进一步的，所述数字化弧焊电源采用pid调节。

进一步的，所述工作台及送丝伺服机构均采用直流伺服电机为执行元件。

本实用新型的有益效果为：

1.采用“二合一”激光传感器+plc技术，设计了摇臂式埋弧焊工作站，具有强大的网络通讯能力和数据处理能力，接收并处理实时焊接电流、电压及焊缝中心信息，控制各机构协调工作，最终实现大焊接区域直线、圆周及任意曲线的高精度自动化焊接。

2.本实用新型针对不同的工况，设计了摇臂式专用焊接工作站，摇臂可以在不同高度的多个水平面多自由度伸展，可以在大焊接区域实现高精度地纵向、横向焊接、圆周焊接及任意曲线焊接。

3.通过设置的摆动器，可以设定的摆动幅度、摆动速度摆焊，以增加焊缝宽度，改善焊缝成型和提高生产率。

4.基于plc的摇臂式埋弧焊接工作站自动化程度高，焊接精度高，应用效果良好，且设备制造成本低，具有一定的推广价值。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站的系统总体设计结构框图；

图2为本实用新型提出的一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站的工作台及送丝机构的协调控制程序示意图一；

图3为本实用新型提出的一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站的工作台及送丝机构的协调控制程序示意图二；

图4为本实用新型提出的一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站的智能检测及实时跟踪系统结构示意图；

图5为本实用新型提出的一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站的直缝焊接实时跟踪流程图。

图中：1plc主站、2弧焊电源从站、3工作台行走伺服机构、4送丝伺服机构、5摇臂伺服机构、6激光测距机构、7焊缝实时跟踪机构、8焊接工件、9工作台、10ac/dc电源、11焊接电流/电压样本、12摆动器、13传感器、14放大器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

一种基于plc的摇臂式埋弧焊工作站，包括工作站系统，该工作站系统的型号为ybmz-800，系统总体设计框图如图1所示，工作站系统包括由plc主站1、数字化弧焊电源从站2、工作台行走伺服机构3、送丝伺服机构4、摇臂伺服机构5、激光测距6、焊缝实时跟踪机构7、工作台9、安装在工作台9上的焊接工件8、ac/dc电源10以及焊接电流/电压样本11共同组成，焊接电流/电压样本11连接有于plc主站1和数字化弧焊电源从站2之间，plc主站1的型号为s7-200plc，数字化弧焊电源从站2的型号为mz-800；工作台及送丝机构的协调控制程序如图2和3所示，焊接过程中，plc主站1采样焊接电流/电压信息，控制工作台行走伺服机构3和送丝伺服机构4协调运行，焊接电流/电压样本11电流/电源将转换成电动机轴上的角速度输出，控制工作台9及送丝伺服机构4按照设定的焊接规范协调运行，当焊接电流/电压变化时，工作台9行走速度、送丝速度发生相应的改变；智能检测及实时跟踪系统如图4所示，激光测距6和焊缝实时跟踪机构7由“二合一”模式激光智能检测系统、实时跟踪系统两部分组成，“二合一”模式激光智能检测系统两个合并在一起的智能激光式的传感器13，且传感器13与焊缝成30-60度的倾角并固定在焊枪上，传感器13选用2个zx2激光cmos型智能传感器zx2-ld100l0.5m采用“二合一”模式合并，传感器13合并起来并接到放大器14上，由放大器14把模拟量输送至plc主站1。

进一步的，控制核心plc主站1与数字化弧焊电源从站2采用rs485/modbus通讯总线的布网方式，保证了数据传输时快、准、稳的技术要求。

进一步的，工作台行走伺服机构3由x和y向直线行走机构和转台机构组成，工作台x和y直线行走实现直线焊接，转台旋转实现圆周焊接。

进一步的，plc主站1上通过控制器连接有摆动器12，摆动器12采用hbq-90型，plc主站1发出指令使得焊缝实时跟踪机构7沿实际焊缝的法线实时跟踪，且plc主站1通过控制器指令摆动器12以实际焊缝中心为摆焊轴。

进一步的，数字化弧焊电源采用pid调节，确保稳定可靠的焊接电流/电压。

进一步的，工作台9及送丝伺服机构4均采用直流伺服电机为执行元件，反应速度快，信号电压为零时无自转现象。

实施例二

以直缝焊接为例，直缝焊接实时跟踪流程如图5所示，焊缝坡口为v型坡口，工作中，两个传感器13发出两束激光投射到坡口上，检测两个投射点与激光器的距离并计算距离差值，如距离差值没有超出允许的偏差范围，表明焊缝中心没有偏离直线或平面圆周，plc主站1发出指令，继续沿当前路径焊接；如距离差值超出允许的偏差范围，则plc主站1发出指令，步进电机旋转，丝杠移动，进行实时跟踪。

实施例三

为了扩大焊接区域，设计了摇臂伺服系统；为了增加焊缝宽度，改善焊缝成型，设计了摆焊控制系统；摇臂由第一摇臂、第二摇臂和旋转座三部分组成，焊枪和第一摇臂固定在一起，摇臂各个关节采用直流伺服电机驱动，各关节及焊枪均可做多自由度运动；上电后，伺服系统锁死，防止焊接过程中摇臂晃动；摆焊器跟焊枪固定在一起，焊接时使焊枪沿实际焊缝的法线按设定摆动模式、幅度及摆动速度左右摆动，提高跟踪效率，保证焊缝的一致性。

工作原理：根据以上原理，试焊dxgl-32000/531型矿用锂电池防爆电源箱；进行平面s形曲线v形焊缝跟踪焊接试验。dxgl-32000/531型矿用锂电池防爆电源箱板厚12mm,打底焊接参数为：焊接电压38v，焊接电流420a，焊接速度360mm/min；填充焊接为摆焊，摆幅6mm，焊接参数为：焊接电压40v，焊接电流440a，焊接速度380mm/min，经现场检测，跟踪精度达到0.5mm，跟踪精度高。焊接过程中，摇臂稳定不晃动，工作台行走机构和送丝机构能够协调运行，摆动器12带动焊枪，始终沿实际焊缝中心左右摆动，系统具有较好的稳定性、可靠性。调节摇臂的高度和伸长量，再次试焊，仍然可以满足焊接要求。实验结果可知，基于plc的摇臂式埋弧焊接工作站自动化程度高，焊接精度高，应用效果良好，且设备制造成本低，具有一定的推广价值。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。