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作者：潍坊工程职业学院 唐敬虎 吕增文 刘荣仁
指导教师：郇新 孙伟

　　作品简介　　

　　电焊变位机是专用焊接辅助设备，适用于回转工作的焊接变位，以得到理想的加工位置和焊接速度。可与操作机、焊机配套使用，组成自动焊接中心，也可用于手工作业时的工件变位。工作台回转采用变频器无级调速，调速精度高。遥控盒可实现对工作台的远程操作，也可与操作机、焊接机控制系统相连，实现联动操作。
　　焊接变位机一般由工作台回转机构和翻转机构组成，通过工作台的翻转和回转使固定在工作台上的工件达到所需的焊接和装配角度，工作台回转为变频无级调速，可得到满意的焊接速度。
　　本产品焊接角度可精确到0.1°，转速可精确到0.01r/min，焊接延时可精确到0.01s 。与市面上的产品相比较，本产品采用步进电机驱动，可操纵性更强，精度更高。旋转机头转速可调，具有独立调速电路，直接预置焊缝长度。倾斜角度可根据需要自由调节。

　　平台选型说明

　　本系统采用单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)

　　设计说明

　　1.原理图　　

　　2.设计原理
　　在焊接过程中，我们经常会遇到焊接变位以及选择合适的焊接位置的情况，为了解决这一问题，焊接变位机也就理所应当的出现了。它可以通过工作台的回转和翻转，使待焊处置于合适位置，很好的和焊接设备结合使用，实现焊接的自动化，机械化，提高生产效率和焊接质量。概括来讲，焊接变位机就是移动工件，使之待焊部位处以合适易焊接的位置的焊接辅助设备。
　　通常对于焊接变位机来说都有多个自由度(两个居多)，但对于每个自由度来说在定位系统控制上都是相对独立的，本设计因此也对焊接变位机定位系统进行模块化的设计，也方便以后的升级和维修，所以这里只具体介绍焊接变位机一个自由度定位系统的设计。
　　本设计采用两相步进电机作为焊接变位机的动力设备，并采用具有细分功能最高达12800的2M656型步进电机驱动器进行驱动，充分保证电机在运行和速度调节过程中平稳性。采用了一个双通道脉冲输出(输出相位差90度)的编码器作为位置传感器，实时获知步进电机的转动方向和转动角度等信息。采用STC15F2K61S2单片机作为定位系统的控制核心，其中一块用作步进电机驱动器的控制芯片，用来调节电机的速度和方向;另一块用作实时读取编码器的绝对脉冲数，以获知电机的转动位置。
　　3.设计方案
　　本产品有控制模块，显示模块和执行模块。控制模块用大赛指定的STC开发板运作，显示模块由数码管和五个独立按键组成，它们的功能分别是运行、正转、停止、反转和设定，实现对角度，速度，延时时间等数据的设定。
　　显示器由四个发光二极管组成，分别是运行灯、速度设定灯、角度设定灯和延时设定灯。数码管利用动态显示原理显示角度，速度，延时时间等数据。
　　焊接变为机的转动角度和速度主要通过STC15F2K61S2单片机的PWM功能，从引脚输出周期一定的脉冲，输入给2656驱动器的PLS+引脚，经过驱动器的细分功能可驱动步进电机以某一速度稳定的运行。经实验验证，当细分值越大的时候，电机的运行越平稳;但是当细分太大，因为STC15F2K61S2的脉冲输出频率有限，使电机的运行速度受到限制，细分具体选择多少，还要看实际情况而定。其中，单片机的脉冲输出为PWM周期，电机转动速度为V电机，则PWM周期和V电机计计算公式如下：
　　          PWM周期=(PR2+1)X 4TOSC X TMR2分频比
　　          V电机=(6 0 X细分值)/ PWM周期
　　          V电机=(6 0 X细分值)/[(PR2+1)X 4TOSC X TMR2分频比]
　　其中TOSC为单片机的系统时钟周期，TMR2为有预分频器的定时器，PR2为TMR2定时周期寄存器。
　　当V转速需要改变的时候，只需要根据公式改变PR2的值即可。但是，在改变速度的过程中，为了保证在速度改变时的平稳性，需要对PR2进行逐渐连续的改变(PR2的取值范围是0到255)，并且在每改变一次后加一个延时子程序。经实验验证，PR2每次改变1的时候，延时为大于100us较好;当PR2每次改变2的时候，延时为大于200u较好;当PR2每次改变大于5时，不建议使用。

　　作品特色

　　1.采用两相混合式步进电机调速，焊接角度可精确到0.06°，转速可精确到0.01r/min，焊接延时可精确到0.01s。
　　2.自行设计了控制电路，能对工作台的回转进行精确控制。
　　3.改变了可能需要立焊、仰焊等难以保证焊接质量的施焊操作。保证了焊接质量，提高了焊接生产率和生产过程的安全性。旋转机头转速可调，具有独立调速电路，拨码开关直接预置焊缝长度。倾斜角度可根据需要调节。
　　4.采用涡轮蜗杆翻转机构传动机构，自带自锁功能，有效防止误翻更加安全。
　　5.任何复杂焊件，只要装在主自由度为一个全回转和一个半回转的焊接变位机上，即可实现船焊要求。
　　6.工作效率，加工精度的提高将提高市场的需求。我们加入了外部脚踏开关进行远程操作，提高设备安全性。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2739