,工业机器人工作站系统集成,常州机电,单击此处编辑母版标题样式,工业机器人工作站系统集成,主讲教师：汪励,单元三,点焊工作站点焊系统的设计,点焊机器人系统的主要选择指标在点焊设备。点焊设备由电源及控制装置（点焊控制器）、能量装换装置（焊接变压器）和焊接执行机构（点焊钳）三大部分组成。,一、点焊控制器的选型,点焊控制器是点焊机器人附助设备中最重要的设备。,1,点焊控制器的定义,焊接用控制装置是合理控制时间、电流、加压力这三大焊接条件的装置，综合了机械的各种动作的控制、时间的控制以及电流调整的功能。点焊设备的主回路结构示意图如图,3-18,所示。,知识准备,图,3-18,点焊设备主回路结构示意图,知识准备,(1),动作以及时间的控制,焊接工序如图,3-19,通电模式中所示，由启动开关（启动）,加压时间（电极加压）,焊接时间（通电）,保持时间,结束时间（电极打开）构成。,a),单脉冲通电,b),电流缓升,下降控制,图,3-19,点焊通电模式,知识准备,控制装置具备控制上述一系列动作顺序（序列）的功能之外，还具备控制时间（计时器）的功能。,在控制焊接时间时，对焊接电流进行,“,通、断,”,控制的装置叫做开关（开闭器），现在通常使用可控硅（半导体元件）。,控制装置将设定的时间和信号传递给可控硅，在此期间，主回路一次侧处于导电状态，可以获得焊接电流。,(2),焊接电流的控制,安装在焊接变压器一次侧的可控硅，除了用于控制电流的,“,通、断,”,以外，还可被用于控制一次输入电压的相位以及调整电流。,除此以外，电流调整的方法还有更改焊接变压器的一次线卷的匝数（分支切换）的方法。但是由于此方法无法简单的实现自动切换（调整），因此除了特别要求的特殊焊机以外，一般都不常使用。,2,点焊控制器的种类,点焊控制器的主要功能是完成点焊时的焊接参数输入，点焊程序控制，焊接电流控制、及焊接系统故障自诊断，并实现与机器人控制器的通讯联系。,知识准备,(1),按供能方式分,按焊接变压器供能方式分，有交流式工频焊机、大电容储能式焊机和逆变式焊机等。主电路如图,3-20,所示。,a,）交流式焊接电源,b,）大容量电容储能式,a,）交流式焊接电源,b,）大容量电容储能式,图,3-20,各种电阻焊机的主电路,知识准备,目前产量最多、应用最广泛的是交流式焊接电源，其使用容易，价格便宜，但负载功率因数低，输入功率大，不适合超精密焊接。近年来逐渐发展了逆变式电阻焊机，成为今后发展的主流。,(2),按通信方式分,点焊控制器与机器人控制器的通讯方式主要有二种结构形式。,1),中央结构型,它将焊接控制部分作为一个模块与机器人本体控制部分共同安装在一个控制柜内，由主计算机统一管理并为焊接模块提供数据，焊接过程控制由焊接模块完成。其优点是设备集成度高，便于统一管理。,2),分散结构型,点焊控制器与机器人本体控制柜分开，二者通过应答通讯联系，机器人控制柜给出焊接信号后，其焊接过程由点焊控制器自行控制，焊接结束后给机器人发出结束信号，以便机器人控制柜控制机器人移动。这种结构优点是调试灵活，焊接系统可单独使用，但需要一定距离的通讯，集成度不如中央结构型高。,知识准备,3,点焊控制器的选择,(1),按焊接材料选择,1),黑色金属工件的焊接 一般选用交流点焊机。因为交流点焊机是采用交流电放电焊接，特别适合电阻值较大的材料，同时交流点焊机可通过运用单脉冲、多脉冲信号、周波、时间、电压、电流、程序各项控制方法，对被焊工件实施单点、双点连续、自动控制、人为控制焊接。适用于钨、钼、铁、镍、不锈钢等多种金属的片、棒、丝料的焊接。,其优点是：,综合效益较好性价比较高；,焊接条件范围大；,焊接回路小型轻量化；,可以广泛点焊异种金属。,其缺点是：,受电网电压波动影响较大，即交流点焊机焊接电流会随电网电压波动而波动，从而影响焊接的一致性。,交流点焊机焊接放电时间最短通常为,1/2,周波即,0.01,秒，不适合一些特殊合金材料的高标准焊接。,知识准备,2),有色金属工件的焊接 一般选用储能点焊机。因为储能点焊机是利用储能电容放电焊接，具有对电网冲击小、焊接电流集中、释放速度快、穿透力强、热影响区域小等特点。广泛适合于银、铜、铝、不锈钢等各类金属的片棒丝的焊接加工。,其优点是：,电流输出更精确、稳定，效率更高；,焊接热影响区更小；,较交流点焊机更节约能耗；,其缺点是：,设备造价较高。,储能点焊机焊接放电时间受储能量和焊接变压器影响，设备定型后，放电时间不可调整。,储能点焊机的放电电容经过长期使用会自动衰减，需要更换。,3),需要高精度高标准焊接的特殊合金材料可选择中频逆变点焊机。,知识准备,(2),按焊机的技术参数选择,电源额定电压、电网频率、一次电流、焊接电流、短路电流、连续焊接电流和额定功率。,最大、最小及额定电极压力或顶锻压力、夹紧力。,额定最大、最小臂伸和臂间开度。,短路时的最大功率及最大允许功率，额定级数下的短路功率因数。,冷却水及压缩空气耗量。,适用的焊件材料、厚度或断面尺寸。,额定负载持续率。,焊机重量、焊机生产率、可靠性指标、寿命及噪声等。,知识准备,二、电阻焊接控制装置,IWC5-10136C,IWC5-10136C,电阻焊接控制装置为逆变式焊接电源，采用微电脑控制，具备高性能和高稳定性的特点，可以按照指定的直流电流进行定电流控制，具有步增机能以及各种监控及异常检测机能。,1,IWC5,焊接电源的技术参数,额定电压及周波数,额定电压,3,AC380V,、,400V,、,415V,、,440V,、,480V,15%,焊接电源周波数,50Hz/60Hz,（自动切换）,控制电源,在控制器内部从焊接电源引出,消耗功率,约,80VA,（无动作时）,冷却条件,本体,强制式空气冷却,IGBT,单元,水冷式，给水侧温度,30,以下,冷却水量,5,升,/,分以上,冷却水压,300kPa,以下,电阻率,5000,cm,以上,表,3-10 IWC5-10136C,电阻焊接控制装置技术参数,表,3-10 IWC5-10136C,电阻焊接控制装置技术参数（续）,知识准备,控制主电路,IGBT,集电极,-,发射极间电压,1200V,集电极电流,400A,适用焊接变压器,逆变式直流变压器,控制方式,IGBT,采用桥式,PWM,逆变控制,逆变周波数,700,1800Hz,（从,700,、,1000,、,1200,、,1500,、,1800Hz,中选择一种进行控制）,焊接电流控制方式,额定电流控制,一次电流循环反馈方式控制,设定精度,3,或,300A,以内。,重复精度,在焊接电源电压及负荷变动,10,以内时，,2,或,300A,以内，上升及下降周期除外。,存储数据的保存,数据保存电源,超电容或锂电池（选配件）,程序数据保存期限,半永久,监控数据保存期限,电源切断后、保存,15,天以上，加装锂电池时保存,10,年,异常历史数据保存期限,电源切断后、保存,15,天以上 加装锂电池时保存,10,年,数据写擦次数,闪存,10,万次,控制范围,一次电流控制范围,50,400A,（根据使用率的情况有限制）,二次电流控制范围,2.0,25.5kA,焊接变压器卷数比,4.0,200.0,加圧力控制范围,100,800kPa,（使用加压力控制选配件时）,使用率,400A 10%,以下,知识准备,2,IWC5,焊接电源的优点,IWC5-10136C,电阻焊接装置的主回路结构和焊机电流波形如图,3-21,所示。,图,3-21,主回路结构图以及焊接电流波形,直流逆变式电阻焊接装置与传统的交流工频电阻焊机相比具有以下突出优势。,1),直流焊接,逆变式焊机一般采用,1kHz,左右逆变中频电源，经变压器次级整流，可提供连续的直流焊接电流，电流单方向加热工件，热效率提高；无输出感抗影响，大大提高焊接质量。,知识准备,2),焊接变压器小型化,焊接变压器的铁芯截面积与输入交流频率成反比，故中频输入可减小变压器铁芯截面积，减小了变压器的体积和重量。尤其适合点焊机器人的配套需要，焊机轻量化，减小机器人的驱动功率，提高性价比。,3),电流控制相应速度提高,1kHz,左右频率电流控制响应速度为,1ms,，比工频电阻焊机响应速度提高,20,倍，从而可以方便地实现焊接电流实时控制，形成多种焊接电流波形，适合各种焊接工艺需要，飞溅减少，电极寿命提高，焊点质量稳定。,4),三相电源输入，三相负载平衡，功率因数高，输入功率减少，节能效果好。,由于逆变式电阻焊接控制装置的优越性能，在用普通工频焊机焊接难度加大甚至焊接质量无法保证的场合，如焊接铝合金、钛合金、镁合金等导热性好的金属焊接，异种金属材料焊接，高强度钢板焊接，多层板、厚钢板焊接中独具优势。,知识准备,3,焊接过程,点焊的焊接过程一般由四个基本阶段构成一个循环。,1),预压阶段 电极下降到电流接通阶段，确保电极压紧工件，使工件间有适当压力。,2),焊接时间 焊接电流通过工件，产热形成熔核。,3),维持时间 切断焊接电流，电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。,4),休止时间 电极开始提起到电极再次开始下降，开始下一个焊接循环。,焊接基本动作时序如图,3-22,所示。图中所示为脉冲波动次数,1,次的情况，实际焊接时按设定的脉冲波动次数反复运行,CT1,、,W2,。,图,3-22,焊接基本动作时序,知识准备,图,3-22,焊接基本动作时序,S0,：预加压时间；,S1,：加压时间；,S2,：加压力稳定时间；,US,：上升周期；,W1,：通电时间,1,；,CT1,：冷却时间,1,；,W2,：通电时间,2,；,CT2,：冷却时间,2,；,W3,：通电时间,3,；,DS,：下降周期；,H,：保持时间；,WCD,：焊接完成延迟时间；,上升时间过程初期电流值为,I1,1/2,，最终电流值为,I1,；下降时间过程初期电流值为,I3,，最终电流值为,I3,1/2,，焊接电流为,I2,。,知识准备,4,步增机能,随着电极帽的损耗，增加电流，可以延长焊接打点的寿命。通过最终步增信号输出和步增完了信号的输出，也可以了解到电极帽研磨和更换的时期。,步增机能的动作分阶梯式升级和线性上升两种，分别见图,3-23,、,3-24,所示。,图,3-23,阶梯式升级,知识准备,图,3-24,线性上升,知识准备,5,电流控制方式,(1),焊接电流变动原因,导致焊接电流变动的主要原因有一下几种。,供电电源电压变动；,电阻负荷的变动（由于焊接部发热而造成电阻负荷变动，由于被焊接物电阻率不同而导致电阻负荷变动等）；,电抗的变动（当各种大小的磁性被焊接物进入焊机的悬臂内时，造成电抗变动）。,(2),电流控制方式,1),定电流控制,测定,1,次电流并基于此数值计算控制使实际通过的电流接近指定电流值，对电源电压的变动和负载的变动进行高速应答。使用此种方式，不论输入电源的电压变动如何，也不论由于电阻负荷的变动或者电抗的变动造成二次侧负荷如何改变，只要焊接变压器还有余量，就能够控制几乎完全相同的电流。,随着点焊的焊接数量的增加，电极顶端直径也在扩大，但是由于电流固定不变，会造成电流密度的降低，由此会导致焊接缺陷。但与步增机能相结合，会减少焊接缺陷。,知识准备,2),恒定热量控制,在点焊中，随着焊点数的增加，电极顶端的直径就会增大，以及电极的氧化，导致电极间的电压下降。通过恒定热量控制，使焊接电流随着电极的损耗而逐步加大，保证两者乘积也就是功率的值不变。,恒定热量控制与定电流控制相比，其优点是发生的飞溅比较少。但是恒定热量控制方式无法像定电流控制方式一样直接设定焊接电流，因此使用比较麻烦。,6,IWC5,焊接电源系统连接,(1)IWC5,焊接电源的配线,IWC5,焊接电源的配线如图,3-25,所示。,a,）正面,b,）背面,图,3-25 IWC5,焊接电源的配线,知识准备,在焊接电源的背面设有,“,焊接电源用,”,、,“,焊接变压器用,”,和,“,信号线用,”,的配线方孔。,“,焊接电源用,”,为焊接电源进线孔；,“,焊接变压器用,”,为焊接变压器一次侧电源输出孔；,“,信