CO2气体保护焊机的机器人接口.doc

CO2气体保护焊机的机器人接口在现代产业中，机器人被大量使用，弧焊机器人作为产业机器人的重要成员，在近几年得到迅速发展。而与其相配套的CO2气保焊机和点焊机，在电子方面的结合也有了多种形式。弧焊机器人是产业机器人和弧焊电源有机结合的高度自动化、智能化的柔性焊接系统，两者的结合既有机械的，也有电子的。对于CO2气保焊机而言，机械方面的结合主要是焊枪和机械手的连接；电子方面的结合是通过焊机的机器人接口实现对焊机的控制和采集焊接过程的信息。CO2气体保护焊机的机器人接口要实现三种功能：1.对焊机状态的控制：送气、送丝、抽丝和焊接。2.对焊接参数的控制：输出电压控制、送丝速度控制，有的焊机还有电子电抗器的控制。3.焊机给机器人的反馈信号：起弧成功信号、电弧电压信号、焊接电流信号和粘丝信号。全数字化的焊机和机器人通讯一般都采用标准的串行接口，如RS232等。有些焊机带有专门的自动焊接口。下面将主要讨论，怎样在普通的远控接口上加装弧焊机器人的接口。国内CO2气保焊机远控接口种类繁多，但数目较多、有代表性的有三种：6线远控方式、9线远控方式、14线远控方式。6线远控方式CO2气保焊机的机器人接口6线远控方式：由3条线来实现电压调节、送丝调节、送丝和焊接，另外3条线控制送丝马达和气阀。这样送丝机的控制电缆可用6芯的，与老式的9线远控比，送丝机电缆的加长更方便。首先分析远控盒的控制原理，如图1所示“电压调节”和“送丝速度调解”信号由一条线传送，“送丝”和“焊接”信号由另一条线传送，第三条线是公共线。1kHz的方波信号经远控接到电位器VR1、VR2上，由于D1、D2的选择，VR1只能调节负半波的幅度、VR2则调节正半波的幅度，这样在一条线上传输两个调节信号。在焊机控制板上，通过分别对方波的正半波和负半波的检波，分离出电压调节信号和电流调节信号。按下送丝开关，R3和R4串联，送到控制板上的电压是R3和R4上的电压和；按下焊枪开关，送到控制板上的电压只是R4上的电压，控制板根据电压的不同有电压比较器区分送丝信号和焊接信号。图16线远控方式远控盒控制原理表1中包括焊机各接口的工作电压、弧焊机器人对应接口的电压及实现各功能的其他条件，由此看出，弧焊机器人接口模拟量在0至+10V范围，开关量以继电器常开触点的形式传送，继电器吸合执行相应的动作。机器人给焊机的信号中，“送气”信号由继电器常开触点并接到试气开关上；实现“送丝”、“抽丝”、“焊接”功能，需要把弧焊机器人给出的开关量变成相应的模拟量给焊机，实现“抽丝”功能时，还需要一个继电器切换送丝马达的电压极性，使其反转。“电压调节”、“送丝调节”需要把弧焊机器人的0V至+10V的电压转换成焊机需要的电压。焊机的反馈信号中，“电弧电压信号”、“焊接电流信号”由霍尔传感器直接从焊机输出端取信号。“焊接电流信号”经比较器产生“起弧成功信号”，该信号是机器人移动焊枪的依据。焊接结束时假如焊丝粘到工件上，在焊枪抬起时会拉坏工件或夹具。“粘丝信号”会让机器人知道是否粘丝，以避免这种事故。焊接结束后，检测辅助电源电压形成“粘丝信号”。6线远控方式CO2气保焊机的机器人接口的方框图如图2所示。图26线远控方式CO2气保焊机的机器人接口9线远控方式的CO2气保焊机的机器人接口9线远控方式：由5条线来实现“电压调节”、“送丝调节”、“送丝”、5项功能，另外4条线控制送丝马达、气阀和传送“焊接”。这样送丝机的控制电缆是9芯的，虽不方便送丝机电缆的加长，但与机器人的接口更直观。9线远控方式的控制原理比较简单，如图3所示，电压调节和送丝速度调解信号由电位器直接给出，送丝信号和焊接信号由两条线传送。图3 9线远控方式远控盒控制原理表2中包括焊机各接口的工作电压、弧焊机器人对应接口的电压及实现各功能的其他条件，由此可以看出9线远控方式比6线远控方式更直观，根据表2设计的机器人接口板框图如图4。“电弧电压信号”、“焊接电流信号”、“起弧成功信号”、“粘丝信号”的形成与6线远控方式相同。图49线远控方式CO2气保焊机的机器人接口14线远控方式的CO2气保焊机的机器人接口14线远控方式的远控接口功能丰富，是林肯、米勒等美国焊机的一种接口标准。“送气”、“送丝”、“抽丝”、“焊接”、“送丝调节”直接送到送丝板上，机器人的接口板要安装在送丝机内。“电压调节”信号的范围和机器人接口相同，焊机接口还提供“电弧电压”和“焊接电流”信号，这样和机器人接口就很方便。14线远控方式的接口框图如图5，14线远控方式的控制原理比较简单。表3是焊机各接口的工作电压、弧焊机器人对应接口的电压及实现各功能的其他条件。图514线远控方式远控盒控制原理根据上述资料设计了14线远控方式的机器人接口板，如图6所示。从图可以看出，这是三种接口电路中最简单的，“电弧电压”和“焊接电流”信号焊机直接提供的。“起弧成功信号”、“粘丝信号”的形成于6线远控方式机器人接口相同。图614线远控方式CO2气保焊机的机器人接口上述三种弧焊机器人接口电路具有一定的代表性，不仅可作为CO2气保焊机的机器人接口电路的参考，也可作为氩弧焊、等离子焊和等离子切割机加装机器人接口的参考。通过大量的实践，总结了CO2气保焊机加装机器人接口的两点经验：1.机器人的信号和焊机的信号一定要隔离。开关量可用光耦、继电器隔离，模拟量用线性光耦等隔离，往机器