CN103639568A - 一种焊接电弧摇动装置 - Google Patents

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Abstract

针对传统焊接电弧摆动装置结构复杂、体积大、焊接电弧可达性较差等问题，本发明公开了一种与焊炬一体化设计的焊接电弧摇动装置。通过步进电机驱动光栅盘转动，并借助光电开关的位置传感信号，单片机精确计量出光栅缺口宽度，焊前自动寻找出光栅缺口中心，确定摇动轨迹中点；通过驱动微弯型导电杆机构，使焊丝端部的电弧作往复式圆弧形摇动，实现摇动电弧焊接。试验结果表明：该装置结构紧凑，运行可靠，定位控制精度高，满足焊接实际要求。

Description

一种焊接电弧摇动装置
技术领域
本发明涉及焊接装置领域，尤其适用于焊接电弧控制领域。
背景技术
焊接是实现材料连接的一种热加工工艺，已在现代制造业中获得广泛应用。为了提高焊接质量和效率，需要实现焊接生产的机械化和自动化。在自动化电弧焊接过程中，往往要使电弧在待焊工件坡口内作有规律地摆动或旋转，才能获得满意的焊缝成形。
传统的焊接电弧摆动装置通过控制电机正反转，来带动固连在直线运动机构上焊炬整体，作相对于焊接方向的横向往复式直线运动。该摆动器与焊炬相对独立，结构复杂、体积大，焊接电弧可达性较差，不适用于狭窄空间的焊接作业，且与数字化焊接设备接口兼容性差，而旋转电弧焊炬由于结构复杂、导电嘴磨损大等原因，使焊接成本增加，其应用受到一定程度限制。
发明内容
本发明公开了一种与焊炬一体化设计的焊接电弧摇动装置， 通过单片机控制步进电机来驱动微弯型导电杆机构，在焊丝摇动轨迹中点定位的基础上使焊丝端部的电弧作往复式圆弧形摇动。
焊接电弧摇动装置如图1所示，与焊炬一体，主要由空心轴步进电机、微弯型导电杆、导电嘴、光栅盘、光电开关和单片机（即控制器）构成，带缺口的光栅盘与微弯型导电杆通过连接件固连在电机轴上，导电嘴与微弯型导电杆相接。图中，O1O2为焊炬中心轴线，与焊接坡口（即焊缝）中心线A1A2垂直相交于O1点；C3C4为光栅缺口中心线，C1C2为光栅盘与C3C4相互垂直的中心线，C1C2和C3C4交于光栅盘中心O2点；B1B2为导电嘴中心线，VW为焊接速度；焊炬装配时，使光栅中心线C1C2和B1B2处于同一平面。
焊丝由送丝轮送出，穿过步进电机空心轴、微弯型导电杆后，从导电嘴中心孔送出，光栅盘和光电开关构成一个光电传感器， 用于检测电弧（或焊丝）摇动的频率和位置。焊前，电机带动光栅盘、微弯型导电杆、导电嘴及焊丝一起转动，当光电开关中的光电管对准光栅缺口中心线C3C4时，控制器（单片机）检测到光电开关电信号使电机停止转动，此时微弯型导电杆正好弯向待焊工件坡口的正前方，实现焊丝摇动轨迹中点的精确定位。焊接时焊炬整体以VW速度前行，同时控制器通过控制电机反复正反转，来驱动微弯型导电杆带动焊丝端部的电弧，在焊接坡口内作相对于摇动轨迹中点的对称性圆弧形摇动，实现摇动电弧焊接。
单片机输出电机转动方向信号和步进脉冲信号，经光电隔离及功率放大后控制步进电机转动，带动光栅盘、微弯型导电杆、导电嘴一起运动。在光栅盘转动过程中，槽式光电开关内部光耦会发生通断并输出相应的脉冲电信号，借助该光电开关电信号，单片机可精确地计量出光栅缺口宽度，从而在焊前找出光栅缺口中心，确定摇动轨迹中点位置。焊接过程中电弧从摇动轨迹中点处开始摇动，单片机根据输出的驱动步进电机转动的脉冲个数来设定步进电机的转动角度，从而实现对电弧摇动范围的精确控制。
在上述摇动轨迹中点定位过程中步进电机在正常转速下运行时，若光栅缺口过窄、光栅的通光量减少，会导致光电开关检测灵敏度下降，严重时甚至无法工作；光栅缺口过宽或步进电机转速过慢，则会增加摇动轨迹中点定位时间，降低定位效率。因此，选择合适的光栅缺口宽度及步进电机转动脉冲频率，有利于提高摇动轨迹中点定位的精度和效率。
附图说明
图1是焊接电弧摇动装置。
图2是焊接电弧摇动轨迹中点的定位方式之一。
图3是焊接电弧摇动轨迹中点的定位方式之二。
具体实施方式
如图1所示，焊接电弧摇动装置与焊炬一体，主要由空心轴步进电机、微弯型导电杆、导电嘴、光栅盘、光电开关和控制器（即单片机）构成，带U型缺口的光栅盘与微弯型导电杆通过连接件固连在电机轴上，导电嘴与微弯型导电杆相接。图中，O1O2为焊炬中心轴线，与焊接坡口（即焊缝）中心线A1A2垂直相交于O1点；C3C4为光栅缺口中心线，C1C2为光栅圆盘与C3C4相互垂直的中心线，交于光栅盘中心O2点；B1B2为导电嘴中心线，VW为焊接速度；焊炬装配时，使光栅中心线C1C2和B1B2处于同一平面。
焊丝由送丝轮送出，穿过步进电机空心轴、微弯型导电杆后，从导电嘴中心孔送出，光栅盘和光电开关构成一个光电传感器， 用于检测电弧（或焊丝）摇动的频率和位置。焊前，电机带动光栅盘、微弯型导电杆、导电嘴及焊丝一起转动，当光电开关中的光电管对准光栅缺口中心线C3C4时，控制器（单片机）检测到光电开关电信号使电机停止转动，此时微弯型导电杆正好弯向待焊工件坡口的正前方，实现焊丝摇动轨迹中点的精确定位。焊接时焊炬整体以VW速度前行，同时控制器通过控制电机反复正反转，来驱动微弯型导电杆带动焊丝端部的电弧，在焊接坡口内作相对于摇动轨迹中点的对称性圆弧形摇动，实现摇动电弧焊接。
单片机输出电机转动方向信号和步进脉冲信号，经光电隔离及功率放大后控制步进电机转动，带动光栅盘、微弯型导电杆、导电嘴一起运动。在光栅盘转动过程中，槽式光电开关内部光耦会发生通断并输出相应的脉冲电信号，借助该光电开关电信号，单片机可精确地计量出光栅缺口宽度，从而在焊前找出光栅缺口中心，确定摇动轨迹中点位置。焊接过程中电弧从摇动轨迹中点处开始摇动，单片机根据输出的驱动步进电机转动的脉冲个数来设定步进电机的转动角度，从而实现对电弧摇动范围的精确控制。
在实施例1中，电弧摇动轨迹中点的定位通过图2方式进行控制：D1D2与D3D4是光栅缺口的两个边缘线，O3是光电开关发光管在光栅盘平面上的投影。发光管投影点O3在光栅缺口外，光电开关输出低电平，单片机控制步进电机顺时针转动，并计量出点O3从线D3D4移动到线D1D2时，步进电机的角位移。然后控制电机逆时针转动所测角位移的一半，此时点O3落于光栅缺口中心线C3C4上，实现摇动中点定位。
在实施例2中，电弧摇动轨迹中点的定位通过图3方式进行控制：D1D2与D3D4是光栅缺口的两个边缘线，O3是光电开关发光管在光栅盘平面上的投影。开始时，发光管投影点O3在光栅缺口内，光电开关输出高电平。单片机首先控制步进电机顺时针转动，直至光电开关输出低电平为止，此时点O3到达D1D2线。然后，控制电机逆时针转动，并计量点O3从线D1D2运动到线D3D4时，步进电机的角位移。最后，控制电机重新顺时针转动所测角位移的一半，使O3落在光栅缺口中心线C3C4上，实现摇动中点定位。
当选用光栅缺口宽度大于1mm、步进电机运行脉冲频率小于8kHz时，摇动中点定位精度小于0.2○，能得到满意的焊缝成形。步进电机在顺时针转动变为逆时针转动，以及逆时针转动变为顺时针转动时，应设定5～15ms的停转时间，有利于提高电机在反复正反转工作条件下的使用寿命。
应理解上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种焊接电弧摇动装置，与焊炬一体，由空心轴步进电机、微弯型导电杆、导电嘴、带缺口的光栅盘、光电开关和单片机构成，光栅盘与微弯型导电杆通过连接件固连在电机轴上，导电嘴与微弯型导电杆相接，焊炬中心轴线与焊接坡口（即焊缝）中心线垂直相交；其特征是，焊炬装配时，光栅盘上垂直于光栅缺口中心线的中心线与导电嘴中心线处于同一平面。
2.如权利要求1所述的一种焊接电弧摇动装置，其特征是，光栅盘的缺口为U型。
3.如权利要求1所述的一种焊接电弧摇动装置，其特征是，光栅盘的缺口宽度大于1mm。
4.如权利要求1所述的一种焊接电弧摇动装置，其特征是，步进电机运行脉冲频率小于8kHz。
5.如权利要求1所述的一种焊接电弧摇动装置，其特征是，步进电机在顺时针转动变为逆时针转动，以及逆时针转动变为顺时针转动时，具有5～15ms的停转时间。
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