CN1006129B - 焊接变压器电流的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于控制焊接变压器电流的控制电路，上述变压器与一工业机器人成一整体。为了更简单、更准确且更可靠地探测焊钳（４、５）和待焊连结的零件（１１、１２）之间的接触，这里提供了一个能向焊接变压器的次级电路（２）供给测量电流的高频信号发生器（１），一个阻抗测量电路（３）、一个增加次级电路（２）对高频的阻抗的附加阻抗，一个断续焊接电流的断续电路（８），以及一个仅在待焊连接的两个零件完全接触的差分电压信号出现时才启动焊接电流的比较器。

Description

焊接变压器电流的控制电路
本发明涉及控制焊接变压器电流（50HZ）的控制电路，更具体地是涉及焊接变压器与一工业机器人联合在一起的控制电路。
这种控制电路用来监测焊钳的接触，以便只有当焊钳与待焊另件之间达到良好接触时，才接通高焊接电源。迄今为止，已使用了下列方法。
1、焊钳的机械位置监测及位置探测。由于工件的尺寸公差较大，因此，接触情况不可能清楚地显示出来。
2、用升高的气缸中的液压操纵焊钳，该液压能使焊钳与工件接触，用它测定接触情况并启动焊接电源。然而这需要所用的压缩空气具有高度准确的固定压力，并且无论在什么情况下都需要用压缩空气来操作，从而限制了应用范围。
3、通过焊接变压器，把一交流电压（50HZ）加在焊钳上，靠钳子接触产生次级电流，该电流仅为焊接电流的几分之一。不过这样的装置需要加上一个控制电路。此外，由于频率低，测定和开启速率都很慢。
本发明的任务是提供一个控制电路，所用的方法避免了现有技术的上述缺点，并能简易、准确、可靠地测定接触情况，这种测定不受工件尺寸公差及焊钳操纵机构的工作压力的限制，同时也不影响焊接电源的控制。
在本发明中，权利要求1的特征部分的特征解决了这一任务。有关本发明的进一步改进是由从属权利要求来进行保护的。
图中表示本发明的一个实施例，其中：
图1为电路设计的原理图，
图2为详细说明电路原理的电路图。
表1列出了图2所示电路的电子元器件。
图1的左边表示-50Hz的电源15，它与初级线圈14相连构成焊接变压器14、6的初级电路13，焊接变压器的次级线圈6是次级电路2的一部分。一个起电子开关作用的断续器8串连在初级电路13当中，并控制流经初级线圈14的电流，从而控制焊接电流。
通过次级线圈6的焊接电流流经次级电路2中的高频扼流圈7和高频变压器16的次级线圈。焊钳4和5与该焊接电源回路2并联，并分别与待焊连结的工件11和12接触。当该电源回路接通时，由高频变压器16感应出来的高频交流电压产生一个经由焊钳4、5而通过工件11、12的电流。高频扼流圈7阻止高频电流流过焊接变压器14、6的次级线圈6。
高频变压器16的初级线圈与测量电路3串联，在这儿，设计了一个高频信号发生器1（如高频振荡器）与该高频电流回路并联，这一回路由高频变压器16的初级线圈和测量电路3构成。
测量电路3探测高频变压器16上的高频电压降，从而探测焊钳4、5上的电压降，并把上述电压降按比例变换成直流电压。该直流电压被加在比较器9上，将其与参考电压源10提供的参考电压进行比较。当来自测量电路3的直流电压低于该参考电压值时，由比较器提供的差分信号就会开启电子开关8，接通初级电路13，这样焊接电流就可以流过了。
图2示出实施图1给出的基本电路设计的详图。这里可以清楚地看到50HZ电源15，它与焊接变压器14、6的初级电路13相连，电子开关8串联在其中。焊接变压器的次级线圈形成次级电路2的一部分，并与高频变压器16的次级线圈一起构成次级电路2。高频阻抗7以铁芯的形式与次级电路2连接，在此，可见焊钳的两部分4和5与次级电路并联，焊钳4和5分别与待焊连接的两个另件之一相接触。此外，图中有高频信号发生器1。关于各种电路符号的意义及大小，可参考附录表1。重要的部分是晶体管电路和三重与非门电路。而且，在适当的位置上配置着电阻器和电容器。需注意，为了简单起见，一些电容只标明P，准确表示应是PF。
图2也给出了测量电路3的详细电路设计图。该电路的中心是一个带有两个输入端C和d的运算放大器，输入端c和d通过配置在适当位置上的电阻和电容，特别是经过与运算放大器的每个输入端相连的两个整流二极管与变压器16相接，同时与高频信号发生器1相接，测量电路3的输出端与比较器相接，比较器的主要部件又是一个带有两个输入端e和f的运算放大器。两个输入端也与参考电压源10相连。比较器9的输入端与断续器电路8相连，电路8的主要部分是专门的Hamlin型簧片继电器。电触点标注为g、i和h。
图2所示的电路接点a表示与测量电路3相连的变压器16的电路经0.25A的熔断器M与提供24V的直流电流源的正极的连接点，上述电路的另一个连接点通过一个1μF的电容器和一个12V的齐纳二极管与上述直流电流源的负极相连。该直流电源最好是已在工程机器人顶部通常提供的电源，并且通常能供应它的各种组件。因此，把电路设计得与已提供的24V直流电流源相匹配，而且除了50HZ的总电源以外不需要额外的电压供应。例如，通过0.25A的熔断器M把该直流电压加在该控制电路10μF的输入电容器上。通过固定电压调节器7812把12V的直流电压加到逻辑装置和信号处理装置上，该调节器包括一个10μF的连续滤波电容。高频电流只直接从10μF的输入电容获得，以便防止任何信号反馈到信号处理装置中去。
CMOS门电路和比较器9同样用0.1μF来阻止反馈。
在图2所示的实施例中，高频信号发生器由两个CMOS与非门电路4093组成，它们与1KΩ、2KΩ和680PF组成的RC电路一起构成一个500KHZ的方波发生器。第三个与非门电路通过1KΩ和10nF的RC电路（该电路起限流和沿整形作用）驱动复合晶体管电路，该电路包括组件BC337、MJI243和100Ω的电阻。2W、270Ω的电阻用于限流，24nF的电容器用于改善波形边沿的形状。扼流圈7对高频形成高阻抗或在焊钳接触时形成短路。
下面根据图2详细说明一下测量电路3的工作过程。高频电压通过1μF的耦合电容加在全波整流器上，该整流器包括一滤波单元，通过元件1N4148、100Ω电阻、330PF电容、10KΩ电阻产生整流效应，限幅是由12V齐纳二极管进行的，全波整流的中心调整到6.2V，见元件6.2V齐纳二极管和10μF的电容。在330PF的滤波电容上因此产生与幅度有关的差分直流电压。该直流电压在运算放大器NE5538中放大两倍并被滤波，关于这点可分别见元件200KΩ/100KΩ以及1KΩ、10nF。
在图2中，比较器实际上包括元件LM331。该元件把直流电压与参考电压进行比较，请看元件10KΩ和0.1μF。当探测到开启阈值时，比较器输出将降“低”，继电器HE721C12将接触导通，1KΩ的指示器LED将会闪烁。二极管1N4007防止比较器产生负压。起不定转换触点作用的继电器输出端对以后的控制有效。
表1列出了图2所示实施例所用的元器件。为清楚起见，所有电阻器均标以R，电位器标以P，电容器标以C，二极管标以D，发光二极管标以LED，晶体管标以T，控制元件标以IC，继电器标以K，熔断器标以F，变压器标以U。所有相同类型的元件顺次排号。为清楚起见，图2本身只表明这些元件的数值或型号名称。
表1
监测焊钳接触
元件表
R1 金属薄膜电阻 2K 0.25W
R2 〃 〃 〃 1K 〃
R3 〃 〃 〃 1K 〃
R4 〃 〃 〃 100R 〃
R5 线绕电阻 270R 2W
R6 金属薄膜电阻 100R 0.25W
R7 〃 〃 〃 100R 〃
R8 〃 〃 〃 10K 〃
R9 〃 〃 〃 10K 〃
R10 〃 〃 〃 1K 〃
R11 〃 〃 〃 100K 〃
R12 〃 〃 〃 200K 〃
R13 〃 〃 〃 100K 〃
R14 〃 〃 〃 200K 〃
R15 〃 〃 〃 1K 〃
R16 〃 〃 〃 1K 〃
R1 轴控电位器 10K 0.75W
C1 钽电解电容器 10μF 35V
C2 〃 〃 〃 10μF 〃
C3 陶瓷电容器 680PF 50V
C4 陶瓷电容器 100nF 50V
C5 〃 〃 〃 10nF 〃
C6 〃 〃 〃 1μF 〃
C7 〃 〃 〃 330PF 〃
C8 〃 〃 〃 330PF 〃
C9 钽电解电容器 10μF 35V
C10 陶瓷电容器 10nF 50V
C11 钽电解电容器 10μF 35V
C12 陶瓷电容器 100nF 50V
C13 〃 〃 〃 6.8nF 50V
D1 齐纳二极管 2D 12V 0.25W
D2 二极管 1N4148
D3 二极管 1N4148
D4 齐纳二极管 2D 6.2V 0.25W
D5 二极管 1N4007
LED发光二极管（红色）
T1 晶体管 BC337
T2 晶体管 MJE243
IC1 电压调节器 MC 7812
IC2 四重与非门 MC 14093
IC3 运算放大器 NE 5538
IC4 比较器 CM 311
K1 簧片继电器 HAMLIN HE 72C12
F1 熔断器 M 0.25A
铁氧体 2XU 37/15-3C8
ü 变压器 RM6-Pot（壶）型 铁芯/N250
N1＝N2＝35 φ＝0.3mm

Claims (12)

1、一种控制焊接变压器电流（50Hz）的控制电路，焊接变压器最好与工业机器人形成一个整体，该电路包括两个焊钳（4、5）把第一焊钳与待焊连接的工作（11、12）中的第一工件（11）夹紧在一起，而使第二焊钳（5）与第二工件（12）接触，以开始焊接，该电路包括自动探测第二焊钳和第二工件间接触的装置;以及一个供给焊接变压器（14、6）的电源（15）;和一个控制电源;该电路进一步包括：
1）一个500KHz的高频信号发生器（1），最好是振荡器，用以提供焊接变压器的次级电路（2）的测量电流;
2）一个对实质上在与焊接变压器的次级线圈（6）并联的两焊钳处分开的电路进行高频阻抗测量的阻抗计（3）;
3）一个用于断续焊接电流的断续器电路（8）;
4）一个把焊钳上的高频（500KHz）电压降与由参考电压源（10）提供的电压值相比较的比较器（9），所述比较器仅当存在一个表示第二焊钳和第二工件间达到完全接触的差分信号时才向断续器（8）提供开始焊接的工作信号;
其特征在于：
1）一个附加阻抗（7）最好以铁芯的形式配置在次级电路或焊接电源线附近起高频电抗的作用，用于显著增加焊接变压器次级电路（2）对高频（500KHz）的阻抗，它对焊接电流的阻抗基本上保持不变，所述附加阻抗装在次级线圈（6）上，并与焊钳（4、5）并联;
2）所述高频信号发生器（1）与测量电路（3）的高频电流回路以及变压器（16）的初级线圈并联，该变压器的次级线圈形成焊接变压器次级电路（2）的一部分，构成焊接变压器回路（2、6、7），彼此相互接触的两个焊钳与变压器回路并联。
2、按照权利要求1的电路，其特征在于：所用的控制电源为直流电压源（24伏），该电压源由工业机器人的顶端提供，它通过一恒定电压调节器供出12伏的电压。
3、按照权利要求1和2中任一项的电路，其特征在于：所述高频发生器（1）主要由方波发生器和驱动复合晶体管电路组成。
4、按照权利要求1的电路，其特征在于：测量电路（3）由耦合电容、整流滤波电路和运算放大器组成，以将差分直流电压放大后送入到比较器（9）中，其整流中心调整到6.2伏。
5、按照权利要求4的电路，其特征在于：比较器驱动一个发光二极管指示器和一个继电器。
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