用于焊接非正圓罐體的控制系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自動化焊接系統及焊接方法，特別涉及一種針對非正圓罐體進行焊接的自動化焊接控制系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]非正圓罐體，如油罐車、水泥罐車和化學品儲運罐車等，其罐體截面形狀為非正圓形狀，在對其采用自動化焊接時，焊槍對罐體表面的焊接速度是否均勻將影響焊接質量的高低，從而也將影響該罐體在使用過程中的使用效果、壽命和安全可靠性。
[0003]如圖1、2所示，通常，非正圓罐體截面焊接曲線由眾多直線線段和半徑不等的圓弧組成，其軌跡無規律可循。
[0004]現有技術中，對該類非正圓罐體的焊接方法有如下幾種:
[0005]1、采用人工焊接
[0006]采用人工焊接時，焊工要對焊接位置、高度和角度隨時進行調整，其對焊工的焊接技術要求較高。通常，該方法工作強度大、焊接效率低且焊接質量不穩定。
[0007]2、表面仿形焊接
[0008]如圖3所示，焊接時，焊槍在靜止不動的罐體上方移動焊接。其采用陶瓷壓力傳感器緊貼罐體表面以恒定線速度滾移，滾動過程中，根據移動軌跡的不規則變化，陶瓷壓力傳感器感應的水平壓力和垂直壓力就會變化，其將采集的高低信號傳給主控制器。主控制器處理該信號，用以同步控制焊槍高度和移動速度，從而實現自動化焊接。
[0009]但該方法存在以下不足:
[0010]I)該種陶瓷傳感器需要承受較大壓力和震動，靈敏度要求較高。目前國內只有極少廠家能提供該陶瓷傳感器，大部分只能依賴國外進口，價格較為昂貴，且需要定期更換。整體費用較高。
[0011]2)焊接時，陶瓷傳感器僅在罐體的上表面滾動，所以焊槍每個焊接周期只能焊接罐體焊線的一部分。當需要焊接其余部分(即未焊接的側面和底面時)時，則需要停止焊接，等將未焊接的罐體側面或底面旋轉朝上并處于靜止狀態后，才能繼續焊接。因此，焊接效率受到一定影響，且容易在兩個相鄰焊接周期的尾首連接部分形成漏焊等不良焊接質量。
[0012]3、PLC變頻驅動焊接
[0013]該焊接方法在目前的焊接方法中較為先進。
[0014]如圖4所示，焊接時，罐體旋轉，焊槍在罐體表面的上方上下移動對其焊接。其采用距離傳感器獲取罐體焊接曲線上的焊接點到罐體旋轉中心的距離信息并將該信息傳給PLC編程控制器。該編程控制器根據該距離信息的變化調整變頻器的輸出頻率，從而控制罐體焊接時的旋轉速度，以此，保證焊接面的線速度恒定。
[0015]但該方法存在如下不足:
[0016]I)與表面仿形焊接一樣，距離傳感器需要承受較大壓力和震動，靈敏度要求較高。目前主要依賴進口，價格較為昂貴，且需要定期更換，整體費用較高。
[0017]2)穩定性不高。當罐體表面有凸起或凹坑時，其獲取的距離信息就會產生偏差，造成PLC編程控制器輸出頻率誤差率高，使焊接時，焊槍相對罐體焊線的線速度不恒定，最終導致焊接質量下降。
【發明內容】
[0018]本發明要解決的技術問題是提供一種投資成本低、焊接效率與焊接質量高的用于焊接非正圓罐體的控制系統及控制方法。
[0019]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:
[0020]本發明的用于焊接非正圓罐體的控制系統，包括主控制器、垂直升降焊接平臺和安裝在該升降焊接平臺上的焊槍組件，還包括在所述焊槍組件對所述罐體表面進行焊接時，攜所述罐體繞其軸線旋轉的罐體旋轉支撐組件，該罐體旋轉支撐組件由罐體支座和伺服電機構成，所述主控制器根據由罐體焊線圖形曲線在預設線速度的情況下對應的角速度函數向變頻器發出調整所述伺服電機角速度的頻率信號。
[0021]其還包括手動控制器。
[0022]所述主控制器包括工控主機和觸摸屏顯示器各一臺、單軸運動控制卡一個、輸入輸出控制信號轉接組件和設置于工控主機內的非正圓罐體焊接控制程序。
[0023]本發明的焊接非正圓罐體的方法，是利用CAD圖形處理軟件，對待焊接的非正圓罐體焊線圖形曲線進行角度微分處理并將處理數據輸入焊接控制系統的主控制器中控制焊槍組件對旋轉著的該罐體進行焊接，具體處理步驟如下:
[0024]I)先將待焊接的非正圓罐體焊線圖形的CAD的DXF格式文檔輸入主控制器的電腦中；
[0025]2)將該罐體焊線圖形曲線的軌跡函數P = [xi，yi]，轉化為指定軸心坐標和指定細分角度所確定的模擬軌跡函數Q = f (ri; Θ J，其中，A為所述曲線上模擬焊點至所述旋轉軸線之間的距離，0工為焊線軌跡上單位弧長對應的圓心角；
[0026]3)依據線速度與角速度轉換公式OiXri= V，獲得罐體旋轉的瞬時角速度ω 1 =V/r1;*而推出罐體旋轉角速度函數W(co，v，0，t)，其中V為預定的罐體焊線相對焊槍移動的恒定速度；
[0027]4)確定程序原點，主控制器根據所述角速度函數W(co，v，0,t)通過向變頻器實時發出調整驅動罐體旋轉的伺服電機的角速度ω i的頻率信號f β，同時，實時調整焊槍組件中焊槍與罐體焊線表面之間的距離。
[0028]本發明方法中的將所述軌跡函數P = [xi，yi]轉化為指定軸心坐標和指定細分角度所確定的模擬軌跡函數Q = f(r1; θ x)的方法如下:
[0029]瞬時轉角度ω i按以下公式獲得:
[0030]ω i = WLSPXMPPDXGEAR/PSCALE/(2.0XPIXR0)
[0031]其中，WLSP為用戶指定線速度，MPro為電機分辨率，GEAR為減速箱的減速比，PSCALE為伺服驅動器放大比，PI為圓周率，RO為軸心到當前焊點的距離。
[0032]與現有技術相比，本發明直接通過對罐體圖形曲線進行角度微分處理，計算出罐體表面焊接點線速度恒定時，對應的罐體旋轉角速度，主控制器再依據該角速度數據，控制罐體旋轉的角轉速，使罐體表面焊點相對焊槍的移動速率恒定，從而實現非正圓罐體的自動化焊接。本發明的焊接控制系統運行穩定、焊接效果好、工作效率高。
【附圖說明】
[0033]圖1為非正圓罐體車的側面視圖。
[0034]圖2為非正圓罐體車的背面視圖。
[0035]圖3為現有技術中的表面仿形焊接示意圖。
[0036]圖4為現有技術中的PLC變頻驅動焊接示意圖。
[0037]圖5為本發明的焊接控制系統框圖。
[0038]圖6為罐體焊線軌跡函數P = [xi, yi]，轉化為模擬軌跡函數Q = Qri, Θ J對應的示意圖。
[0039]圖7為圖6的細化示意圖。
[0040]圖8為本發明的焊接系統背向示意圖。
[0041]圖9為本發明的焊接系統側向示意圖。
【具體實施方式】
[0042]如圖1、2所示，非正圓罐體(油罐車，水泥罐車，化學品罐車等)截面焊接曲線由眾多直線，半徑不等的圓弧組成。在焊接時，焊槍無法以固定的速度移動，實現自動化焊接一直是業界的難題。
[0043]為解決非正圓罐體焊接表面線速度均勻(即焊接表面線速度恒定)難題，實現無級可調，國內外的很多廠家和機構做過各種嘗試和實驗。
[0044]從最初的表面仿形焊接，到手動變頻和PLC變頻驅動焊接，都沒徹底解決上述難題。對此本申請人經過多年努