CN103817409A

CN103817409A - 全数字送丝装置

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Publication number: CN103817409A
Application number: CN201410079515.5A
Authority: CN
Inventors: 罗建坤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明公开了一种全数字送丝装置，包括控制装置、送丝机构；所述送丝机构包括印刷电机、齿轮减速箱和四轮送丝总成；所述印刷电机通过齿轮减速箱连接所述四轮送丝总成；所述控制装置包括单片机、电机调速单元、用于为电机和电磁阀供电的非隔离DCDC单元以及用于高压隔离的隔离DCDC单元；所述单片机送出的电机控制信号经由所述电机调速单元送到所述印刷电机，从而控制印刷电机旋转以完成送丝过程。本发明提出的全数字送丝装置，可应用于非熔化极焊接方法，抗高频高压干扰能力强，工作寿命长且焊接场景适应性好。

Description

全数字送丝装置

技术领域

本发明涉及焊接设备机械技术领域，特别是指一种全数字送丝装置。

背景技术

随着焊接技术的发展，在当今的工业生产已经成为非常重要的金属加工手段。尤其在压力容器、油气管线、电力建设等行业，提高非熔化极（TIG-钨极氩弧焊、PLASMA-等离子焊、LASER-激光焊等）焊接方法的焊接效率、焊接质量、焊接自动化的要求也越来越高。

国内外关于焊接设备送丝装置的同类产品基本采用模拟控制技术结合直流永磁电机，即便采用数字控制手段也由于抗高频高压干扰能力差而受到应用领域限制，直流永磁电机动态响应速度慢、可持续稳定工作寿命短不适合大多精密焊接行业的应用。同时送丝装置的工作电源必须额外单独设置，焊接场景适应性差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种全数字送丝装置，可应用于非熔化极焊接方法，抗高频高压干扰能力强，工作寿命长且焊接场景适应性好。

基于上述目的本发明提供的全数字送丝装置，包括控制装置、送丝机构；所述送丝机构包括印刷电机、齿轮减速箱和四轮送丝总成；所述印刷电机通过齿轮减速箱连接所述四轮送丝总成；所述控制装置包括单片机、电机调速单元、用于为电机和电磁阀供电的非隔离DCDC单元以及用于高压隔离的隔离DCDC单元；所述单片机送出的电机控制信号经由所述电机调速单元送到所述印刷电机，从而控制印刷电机旋转以完成送丝过程。

在一些实施方式中，所述电机调速单元包括依次连接的脉冲驱动隔离单元、脉冲同步电路及调速斩波模块。

在一些实施方式中，所述控制装置还包括电机换向模块；所述单片机送出的电机换向信号经由所述电机换向模块输出到所述电机调速单元和印刷电机，从而控制印刷电机的调速和换向。

在一些实施方式中，所述控制装置还包括刹车隔离驱动单元和刹车单元；所述单片机还经由刹车隔离驱动单元和刹车单元连接所述印刷电机，以实现送丝停止后的快速能耗制动。

在一些实施方式中，所述控制装置还包括用于隔离电磁干扰的EMI模块；送丝机启动接口、焊接电源启动接口及系统启动接口均经所述EMI模块连接所述控制装置。

在一些实施方式中，所述隔离DCDC单元包括变压器隔离模块和第一稳压芯片，保证抗高频高压干扰的能力。

在一些实施方式中，所述控制装置还包括宽范围ACDC模块，外部输入电源经所述宽范围ACDC模块输入到所述非隔离DCDC单元；所述非隔离DCDC单元包括第二稳压芯片，实现输入电源二次规范稳压处理。

在一些实施方式中，还包括设置在焊枪上的焊丝位置调节机构。

在一些实施方式中，所述焊丝位置调节机构包括调节支架和套接在调节支架外部的空心圆柱状的Y轴旋转调节机构，其通过第一内六角螺钉固紧；所述Y轴旋转调节机构侧面开口，所述焊丝位置调节机构还包括一端卡接在该开口中的X轴旋转调节机构，所述X轴旋转调节机构通过第二内六角螺钉固紧在Y轴旋转调节机构上；焊枪固定在所述X轴旋转调节机构的另一端；所述焊丝位置调节机构还包括将焊枪固定在调节支架上的焊枪锁紧装置。

在一些实施方式中，所述X轴旋转调节机构的另一端固定连接焊枪的导丝咀管套，所述焊丝位置调节机构还包括与导丝咀管套下端卡接的滚花螺母及在滚花螺母内部与其螺纹连接的螺纹杆，所述螺纹杆下端连接焊枪枪杆。

从上面所述可以看出，本发明提供的全数字送丝装置，采用全数字控制技术结合印刷电机，具有功能强大、动态响应速度快、持续稳定工作寿命长，采用安全独立工作接口电路结合防高频高压专用电路解决了市面同类产品抗干扰能力差的缺点，拓展了应用领域；内置宽范围市电（AC85-270V）ACDC变换单元，提高了该装置的环境适应能力和可靠性。

进一步的，控制装置包括非隔离DCDC单元和隔离DCDC单元，非隔离DCDC单元提供电机和电磁阀供电，隔离DCDC单元采用高频变压器隔离模块实现DC3000V高压隔离，提供有效防止高频高压脉冲窜入单片机控制电源，保证了系统工作可靠性。

较佳的，控制装置包括电机调速单元，其采用数字PWM控制技术调整印刷电机输入电枢电压从而改变送丝速度，满足焊接过程稳定要求；进一步的，依据面板速度设定确定脉宽宽度驱动调速斩波模块实现功率放大从而驱动电机旋转完成送丝过程。

进一步的，采用了设置在焊枪上的焊丝位置调节机构，从而实现多自由度的焊丝位置调节。

附图说明

图1为本发明提供的全数字送丝装置实施例中的控制装置的电路模块结构示意图；

图2为本发明提供的全数字送丝装置实施例中的控制装置的电路原理结构示意图；

图3为本发明提供的全数字送丝装置实施例中的EMI模块的电路结构示意图；

图4为本发明提供的全数字送丝装置实施例中的电机换向模块的电路结构示意图；

图5为本发明提供的全数字送丝装置实施例中的送丝机构的结构示意图；

图6为本发明提供的全数字送丝装置实施例中的焊丝位置调节机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

结合附图1和附图5，分别为本发明提供的全数字送丝装置实施例中的控制装置的电路模块结构示意图和送丝机构的结构示意图。

所述全数字送丝装置，包括控制装置、送丝机构200；所述送丝机构200包括作为送丝电机的印刷电机201、齿轮减速箱和四轮送丝总成；所述印刷电机通过齿轮减速箱连接所述四轮送丝总成；所述控制装置包括单片机N1（参照附图2）、电机调速单元、用于为电机和电磁阀供电的非隔离DCDC单元以及用于高压隔离的隔离DCDC单元；所述单片机N1送出的电机控制信号经由所述电机调速单元送到所述印刷电机201，从而控制印刷电机201旋转以完成送丝过程。

参照附图2，为本发明提供的全数字送丝装置实施例中的控制装置的电路原理结构示意图。

所述电机调速单元包括依次连接的脉冲驱动隔离单元、脉冲同步电路及调速斩波模块。

所述单片机N1输出工作脉冲经脉冲驱动隔离单元中的光耦驱动（未示出）同时脉冲同步电路允许，此时调速斩波模块中的场效应晶体管VT4的输入驱动信号为高并导通，印刷电机的工作电压Um=U*D，U为输入电源，D为场效应晶体管VT4输入驱动信号占空比，输入占空比越高，Um越高，电机转速越快，送丝速度越快，相反，D越低，送丝速度越慢，从而实现电机调速而调整送丝速度。二极管V2、电阻R23、电容C13构成场效应晶体管VT4的吸收网络，用于吸收场效应晶体管VT4的关断尖峰；二极管V2为续流二极管，以保证电机工作电流连续。

进一步的，参照附图4并结合附图1和附图2，所述控制装置还包括电机换向模块；所述单片机N1送出的电机换向信号经由所述电机换向模块的换向控制单元从换向单元输出到所述电机调速单元和印刷电机201；当方向信号SD=1，电机正转完成送丝动作，当方向信号SD=0电机反转完成抽丝动作，从而控制印刷电机201的换向以及配合印刷电机201的调速。

较佳的，参照附图2，所述控制装置还包括刹车隔离驱动单元和刹车单元；所述单片机N1还经由刹车隔离驱动单元和刹车单元连接所述印刷电机201，以实现送丝停止后的快速能耗制动以减少电机机械惯量。刹车单元的电路由隔离光藕驱动场效应晶体管VT5实现，当单片机N1输出刹车信号，场效应晶体管VT5驱动信号为低并导通，通过电阻R30与电机电枢形成短路回路从而达到能耗制动。

进一步的，参照附图1，所述控制装置还包括用于隔离电磁干扰的EMI模块，所述EMI模块功能性地分为电源接口EMI和焊接接口EMI。参照附图3，所述EMI模块的电路分别由EMI隔离DCDC单元、线圈开关K1A为核心的机械电磁隔离单元、共模抗干扰电路以及系统启动接口、送丝机启动接口、焊接电源启动接口组成；送丝机启动接口、焊接电源启动接口及系统启动接口均经所述EMI模块连接所述控制装置；所述EMI模块主要防止外部电源启动接口和焊枪启动接口的高频高压脉冲信号窜入导致控制装置损坏或出现误动作。

较佳的，参照附图2，所述隔离DCDC单元包括变压器隔离模块M1和第一稳压芯片VR1，保证抗高频高压干扰的能力。具体地，隔离DCDC单元由变压器隔离模块M1、电容C20、电容C21、电容C18、第一稳压芯片VR1构成，变压器隔离模块M1为DC3000V变压器隔离模块并通过电容C20、电容C21、电容C18、第一稳压芯片VR1构成+5V单片机系统标准电源，从而保证系统抗高频高压干扰能力。

进一步的，结合附图2，所述控制装置还包括宽范围ACDC模块，外部输入电源经所述宽范围ACDC模块输入到所述非隔离DCDC单元；所述非隔离DCDC单元包括第二稳压芯片，实现输入电源二次规范稳压处理。

具体地，所述非隔离DCDC单元由电容C22、电容C23、第二稳压芯片VR2构成，实现输入电源二次规范稳压处理，提供给电磁阀等外部DC24V控制单元，此部分电路的地与电机回路不隔离。带有漏电保护器的ACDC单元将输入交流电源AC86V-270V转换成直流电源DC24V提供给电机、电磁阀、控制单元电源，并具有漏电保护功能。由整流桥VC1、压敏电阻RV3和压敏电阻RV2组成的自动接入电源纠错电路实现自动适应不同极性电源功能。储备能滤波电路由电容C1、电容C2组成，保证提供稳定的直流母线电压，提高系统适应能力。

可选的，所述单片机N1型号为PIC16F716；单片机N1、电阻R8、电容C3、电容C6组成上电复位电路（低电平完成上电复位）；晶体振荡器G1、电容C16、电容C17组成时钟基准电路。接口电路为基于TVS吸收端口电路，用以完成各种参数设定和开关信号输入，该接口电路采用TVS嵌位吸收网络，有效地抑制高频高压脉冲窜入端口，提高了系统可靠性。驱动信号放大单元和外部轴接口电路完成单片机口线信号放大并实现对由线圈开关K1组成机械隔离线圈的控制。

进一步的，参照附图5，所述送丝机构200包括外壳、底座、印刷电机201、进导丝管205、出导丝管206、压轮架203、加压手柄204，所述四轮送丝总成包括四个送丝轮202；所述四个送丝轮分为两组，每组送丝轮均包括两个上下设置的送丝轮，每组送丝轮中的两个送丝轮之间的缝隙用于穿过并输送焊丝；所述进导丝管205和出导丝管206分别位于所述四轮送丝总成的两侧，用于焊丝的引导，从而实现普通送丝软管（即进导丝管205和出导丝管206）和电机出口送丝轮快速连接完成焊丝顺利送进或后退；所述压轮架203连接所述每组送丝轮的上送丝轮（即位于上方的两个送丝轮），所述加压手柄204通过所述压轮架203对所述上送丝轮加压，使得每组送丝轮之间的缝隙适合所输送的焊丝的尺寸。

较佳的，结合参照附图5和附图6，所述全数字送丝装置还包括设置在焊枪上的焊丝位置调节机构300。

进一步的，所述焊丝位置调节机构300包括调节支架301和套接在调节支架301外部的空心圆柱状的Y轴旋转调节机构305，其通过第一内六角螺钉306固紧；所述Y轴旋转调节机构305侧面开口，所述焊丝位置调节机构300还包括一端卡接在该开口中的X轴旋转调节机构307，所述X轴旋转调节机构307通过第二内六角螺钉308固紧在Y轴旋转调节机构305上；焊枪固定在所述X轴旋转调节机构307的另一端；所述焊丝位置调节机构300还包括将焊枪固定在调节支架301上的焊枪锁紧装置309。

可选的，所述X轴旋转调节机构307的另一端固定连接焊枪的导丝咀管套311，所述焊丝位置调节机构300还包括与导丝咀管套311下端卡接的滚花螺母312及在滚花螺母312内部与其螺纹连接的螺纹杆313，所述螺纹杆313下端连接焊枪枪杆302。

此外，所述焊枪枪杆302端部还设置有不锈钢导丝校直管303和焊丝出口嘴304。

所述焊丝位置调节机构300的焊丝位置调节方式为：松开所述第一内六角螺钉306，使得Y轴旋转调节机构305能够绕调节支架301旋转，从而带动焊枪端部的焊丝出口嘴304绕调节支架301轴线画弧，移动到适当位置后锁紧第一内六角螺钉306，即完成Y轴定位；松开所述第二内六角螺钉308，使得X轴旋转调节机构307能够绕第二内六角螺钉308的轴线旋转，从而带动焊枪端部的焊丝出口嘴304绕第二内六角螺钉308的轴线画弧，定位完成后锁紧第二内六角螺钉308，即完成X轴定位；旋转所述滚花螺母312，由于滚花螺母312与导丝咀管套311下端卡接，使得滚花螺母312在纵向上不能移动，从而带动滚花螺母312内部与其螺纹连接的螺纹杆313在滚花螺母内部上下移动，从而实现焊枪端部的焊丝出口嘴304上下移动；通过上述三个步骤分别完成焊丝在某一方向上的调节，从而实现焊丝位置调节。

较佳的，基于PIC16F716单片机的控制装置包括硬件系统和嵌入软件系统，实现点动送丝、点动抽丝、焊件预热时间/焊接结束焊丝回抽时间调节、连续送丝/定时长送丝/脉动送丝等过程控制，同时实现非熔化极精细自动填丝。控制装置包括电机调速单元，其采用数字PWM控制技术调整印刷电机输入电枢电压从而改变送丝速度，满足焊接过程稳定要求；进一步的，依据面板速度设定确定脉宽宽度驱动调速斩波模块中的场效应晶体管实现功率放大从而驱动电机旋转完成送丝过程。

进一步的，所述快速送丝出口连接装置实现普通送丝软管（即进导丝管和出导丝管）和电机出口送丝轮快速连接完成焊丝顺利送进或后退；此外，采用了设置在焊枪上的焊丝位置调节机构，完成焊丝端头相对电弧中心位置精确调节，从而实现多自由度的焊丝位置调节。

较佳的，所述齿轮减速箱采用多级精密减速设计具有机械惯量小，动态响应快、传输效率高，所有性能均优于传统直流永磁电机蜗轮蜗杆减速系统，满足φ0.5-2.4实芯金属焊丝或者药芯焊丝的使用，送丝速度范围0.075m/min-2.0m/min。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种全数字送丝装置，其特征在于，包括控制装置、送丝机构；所述送丝机构包括印刷电机、齿轮减速箱和四轮送丝总成；所述印刷电机通过齿轮减速箱连接所述四轮送丝总成；所述控制装置包括单片机、电机调速单元、用于为电机和电磁阀供电的非隔离DCDC单元以及用于高压隔离的隔离DCDC单元；所述单片机送出的电机控制信号经由所述电机调速单元送到所述印刷电机，从而控制印刷电机旋转以完成送丝过程。

2.根据权利要求1所述的送丝装置，其特征在于，所述电机调速单元包括依次连接的脉冲驱动隔离单元、脉冲同步电路及调速斩波模块。

3.根据权利要求2所述的送丝装置，其特征在于，所述控制装置还包括电机换向模块；所述单片机送出的电机换向信号经由所述电机换向模块输出到所述电机调速单元和印刷电机，从而控制印刷电机的调速和换向。

4.根据权利要求1所述的送丝装置，其特征在于，所述控制装置还包括刹车隔离驱动单元和刹车单元；所述单片机还经由刹车隔离驱动单元和刹车单元连接所述印刷电机，以实现送丝停止后的快速能耗制动。

5.根据权利要求1所述的送丝装置，其特征在于，所述控制装置还包括用于隔离电磁干扰的EMI模块；送丝机启动接口、焊接电源启动接口及系统启动接口均经所述EMI模块连接所述控制装置。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的送丝装置，其特征在于，所述隔离DCDC单元包括变压器隔离模块和第一稳压芯片，保证抗高频高压干扰的能力。

7.根据权利要求6所述的送丝装置，其特征在于，所述控制装置还包括宽范围ACDC模块，外部输入电源经所述宽范围ACDC模块输入到所述非隔离DCDC单元；所述非隔离DCDC单元包括第二稳压芯片，实现输入电源二次规范稳压处理。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的送丝装置，其特征在于，还包括设置在焊枪上的焊丝位置调节机构。

9.根据权利要求8所述的送丝装置，其特征在于，所述焊丝位置调节机构包括调节支架和套接在调节支架外部的空心圆柱状的Y轴旋转调节机构，其通过第一内六角螺钉固紧；所述Y轴旋转调节机构侧面开口，所述焊丝位置调节机构还包括一端卡接在该开口中的X轴旋转调节机构，所述X轴旋转调节机构通过第二内六角螺钉固紧在Y轴旋转调节机构上；焊枪固定在所述X轴旋转调节机构的另一端；所述焊丝位置调节机构还包括将焊枪固定在调节支架上的焊枪锁紧装置。

10.根据权利要求9所述的送丝装置，其特征在于，所述X轴旋转调节机构的另一端固定连接焊枪的导丝咀管套，所述焊丝位置调节机构还包括与导丝咀管套下端卡接的滚花螺母及在滚花螺母内部与其螺纹连接的螺纹杆，所述螺纹杆下端连接焊枪枪杆。