CN104907672B - 带辅助放电机构的自动化电焊机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带辅助放电机构的自动化电焊机，包括焊机主机、焊枪、储能装置、储能装置控制器和控制开关，所述控制开关包括充电开关，对焊枪放电开关和对地放电开关。所述焊机主机内设置有逆变电源，该逆变电源通过充电开关与储能装置电连接，可在闲时对储能装置进行充电；所述焊机主机通过二极管连接到焊枪，焊机主机、二极管与焊枪之间为串联连接，连同焊接工件一起，构成主放电回路；所述储能装置通过放电开关连接焊枪，构成辅助放电回路。由于辅助放电回路的存在，可帮助自动化电焊机顺利地从开路不工作状态过渡到短路、焊接工件的状态，极大降低此短暂过程中，原焊机整机控制器的控制难度，实现更好焊接效果。

Description

带辅助放电机构的自动化电焊机

【技术领域】

本发明隶属于高端装备、工业机器人技术领域，具体涉及一种带辅助放电机构的自动化电焊机。

【背景技术】

当前焊接技术已经普遍采用电能作为焊接加热的能源，电焊机自身也都实现了自动化、数字化控制。随着技术改进的不断进行，焊机在配置足够的外部动作结构，和内部工况控制软件之后，已经开始具备一定的智能，广泛用于工业产品制造线，或者野外工程中，以焊接作业机器人的形式，发挥着巨大的作用。

但是，焊接作业的本质并没有发生变化，依然要靠焊枪向焊接工件进行电能放电来进行。对于电焊机，当焊枪远离焊接工件时，焊枪端呈现开路的状态，也就是焊枪部分维持一个较高的电压，而电流为0；当焊枪接近焊接工件至一定程度时，一般为数毫米至数厘米，焊枪端的较高电压将击穿空气，形成瞬间的放电。在不放电与电弧放电这两者状态的转换期间，焊枪端的电压和电流是急剧变化的，等到放电维持稳定后，则焊枪到达一个较小的电压，一般为数伏特，和较大通电电流的状态，一般为百毫安至数百安培，呈现为一种短路的状态。

对于自动焊机的控制来说，在焊枪起弧的极短时间内，焊机将从输出0功率转变为输出几十瓦至几百瓦功率的转换，在此期间还要尽可能保持电压、电流值的平稳过渡，因此对焊机电源提出了非常高的要求，既要求焊枪端的传感器能够快速和实时地反馈回各时刻的电压值，电流值，也要求焊机电源能够控制电能做相应的动态变化。对于一些设计或工况不是很好的电焊机，由于这个环节不能得到保障，往往会造成电能利用效率不高，对电网造成较大的电磁干扰，以及焊点形貌不佳、焊接质量低劣等各种不良的效果。

基于如上，本发明专利提出，可以采用辅助性的机构，来帮助焊机顺利渡过从开路到短路的转换阶段，从而克服在焊机控制上的难点，实现高质量的工件焊接。

【发明内容】

本发明针对上述背景技术问题中所存在的自动焊机现有控制技术的难点，提出一种带辅助放电机构的自动化电焊机，

包括焊机主机、焊枪、储能装置、储能装置控制器和控制开关；所述控制开关包括充电开关，放电开关和对地放电开关。所述焊机主机内设置有焊机逆变电源，该焊机逆变电源通过充电开关与储能装置电连接，可在闲时对储能装置进行充电；所述焊机主机通过二极管连接到焊枪，焊机主机、二极管与焊枪之间为串联连接，连同焊接工件一起，构成主放电回路；所述储能装置通过放电开关连接焊枪，构成辅助放电回路。由于辅助放电回路的存在，可帮助自动化电焊机顺利地从开路不工作状态过渡到短路、焊接工件的状态，极大降低此短暂过程中，原焊机整机控制器的控制难度，实现更好焊接效果。

所述储能装置，为电容器、电池，也可以是起到同样储能作用电感线圈等。对这些储能元件进行分组管理，例如总共用15个电容器，5个1组，共分为3组，组内采用电容器串联连接，组间一般采用并联连接。该储能装置可以通过开关切换动作，进行串、并联的转换，从而配置成不同的储能模式；这样的开关切换动作，受储能装置控制器的控制；所述储能装置控制器与整机控制器信息通讯连接，因此储能装置控制器可以从整机控制器接受指令，并具体地控制储能装置的工作状态。例如储能装置充电，储能装置放电，又例如总共3组储能元件，只利用其中的2组，进行并联放电，而另1组元件搁置不用，等等。

所述充电开关，是指继电器，半导体开关器件等，在焊机不进行焊接工作的闲时，由指令控制其打开，从整机电源向储能元器件进行充电、储能。

所述放电开关，是指继电器、半导体开关器件等，在焊机转入焊接作业的短暂时间内，开放此开关，储能元件放电，辅助整机电源的工作。特别地，这里的放电开关可以是电力二极管，焊机由开路状态进入短路状态期间，随着焊枪电压的迅速降低，当储能元件端与焊枪端的电压差达到一定值后，电力二极管将自动导通，由储能机构执行辅助性的放电。

所述对地放电开关，是指继电器、半导体开关器件等，在焊机确定停机、不工作时，为了防备人身伤害，可以开通对地放电，将储能元件上所存储的电能泄放掉。

所述储能装置控制器与整机控制器之间的通讯联系，是指利用这样的机制，可以由整机控制来最终确定储能装置的工作状态。在焊机的整机控制端，根据将要焊接的工件的材料的性质，可以选择较大功率的辅助放电源，或者较小功率的辅助放电源，进行了这样的选择和设定后，通知储能装置控制器，由其确定所有储能元器件中，哪些元件用于串联，串联的不同组元件哪些用于并联，哪些元件弃置不用，因而得到最恰当的辅助措施。

如上所述所有部件构成辅助放电的机构，这样的设计可以降低电焊机整机控制的难度，更利于焊机的全自动化、数字化控制的实现，同时在应对不同焊接材料的要求方面，又具备足够的灵活性、适应性。

作为优选，所述焊机主机，为各型带控制键盘和显示屏的具备一定程度自动化控制的电焊机。在焊枪到焊机主机之间存在反馈实时电压、电流值的传感器和线路，即便是令辅助放电回路不工作，该设备仅依赖主放电通路也是能够独立运行的。

作为优选，所述储能装置为电力电容器，其具有一定时间内保持存储电能的能力，能够在需要时快速释放出来，参与焊机起弧阶段的工作。

作为优选，储能装置控制器为一个执行自动化控制功能的电子电路板，其上带有与焊机整机控制相联系的通讯接口，例如RS485串行通讯接口，带一个单片机芯片及外围组件，带继电器或者功率晶体管输出，并具有一个简单的开关矩阵。通过储能装置控制器，可以对储能机构的配置，充、放电等进行具体的控制。

作为优选，充电开关为继电器，接受储能控制器或者焊机整机控制器的控制，在焊机空闲时间内导通，对储能元件进行充电。

作为优选，放电开关为一组二极管的串联，当焊枪端电压下降至一定数值时，二极管自动导通，储能元件向焊枪释放能量；由于整机电源到焊枪之间有隔离二极管，储能元件的放电并不能干扰到整机电源的工作。

作为优选，对地放电开关为一个继电器。

本发明工作过程中焊枪处于不进行焊接作业的闲时状态时，焊机主机能够对储能装置进行充电，而当焊机刚刚转入工作状态时，储能装置能够在短时间内向焊枪放电，放电时间不超过5秒钟，在储能装置提供的附加、辅助性能源的作用下，焊机将更为平滑地完成由不焊接向焊接状态的转移。其中储能装置可以通过开关切换动作，进行串、并联的转换，从而配置成不同的储能模式。这样的开关切换动作，受储能装置控制器的控制。

本发明中，作出以下几点具体说明：

(1)本发明中的自动化电焊机，已经配置了自动化运行控制器，带有焊丝的走丝机构、逆变焊机电源、焊枪，在控制器的操控下可进行正常的焊接工作。该设备随时监控焊枪端的电压电流的情况，其中高电压极小漏电流的状态为空闲态，而低电压大电流泄放的状态为焊接工作态。当焊机由空闲转入焊接工作态时，通常情况下，焊枪端的电压电流波形是大幅度震荡变化的，在这种情况下，焊机控制器要控制逆变电源实时地因这种电压电流的剧烈变化，对逆变电源和数字化、自动化控制，就都带来了巨大的难度。

(2)在设置辅助的放电机构后，在空闲态对放电机构的储能元件进行充电，而在焊枪电压电流剧烈波动阶段，放电机构适时放电，补充焊机逆变电源的能力不足，就可以减缓对原逆变电源的性能指标的要求，自动化、数字化的控制也变得容易实现。

(3)不仅如此，在本发明方案中，储能元件可以分组配置，因而可以根据焊接工艺的实际情况，来对辅助放电的能力和程度来进行更为精确的控制，这种控制是接受整机控制的指令，由储能装置的控制器来具体控制实现的。

(4)对于本发明中的储能装置，当焊机设备准备关机停工、有较长时间不运作时，可以在整机的关机操作的步骤中，插入储能装置对地放电的处理，因而可切实防备潜在的人身伤害。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提出，利用一个辅助性的放电装置，可以利用焊机空闲时段逆变电源输出电能的能力，向储能装置充电，而在焊机由空闲向焊接作业转换的焊机起弧阶段，又可由储能装置补充放电，降低对焊机逆变电源的大电流放电的要求，使得自动焊机的数字化、智能化控制更为简便易行。

在另一方面，由于对储能装置中储能元件的配置进行控制，又提供了针对不同焊接工件材料、进行不同辅助放电的灵活性；由于储能装置中考虑了电能的对地泄放，也能够进一步保证焊机设备整体上的安全性。

【附图说明】

图1是本发明的功能结构连接框图；

附图标记：焊机主机1，充电开关2，放电开关3，储能装置4，焊枪5，电压电流反馈线路6，储能装置控制器7，对地放电开关8，二极管9。

【具体实施方式】

下面结合优选实施例对本发明做详细描述。

优选实施例一：应用普通自动化控制的焊机主机1，向其配置储能装置4和储能装置控制器7，其中储能装置4为一组电力电容器，带有一个开关矩阵以控制电力电容器的连接形式，储能装置控制器7采用单片机系统实现，该储能装置控制器7可与焊机主机1的整体控制器进行RS485串行通讯，接受整机端的控制指令。储能装置4除与焊机主机1之间建立通讯连接外，还通过充电开关2和放电开关3，与焊机主机1和焊枪5相连，又通过对地放电开关8可以进行对地放电。充电开关2和对地放电开关8选用继电器，放电开关3采用两级串联二极管9实现，二极管组的阳极接储能元件，阴极接焊枪5。

在闲时令充电开关2导通，由焊机主机1中的焊机逆变电源向储能装置4中的电容器进行充电，充电完成后关闭充电开关2。在焊枪5开始工作的起弧阶段，焊枪端的电压将剧烈波动下降，一旦降至比充电电压低约1.5V(这是两级串联二极管的正向导通电压)，则二极管正向导通，储能元件4向焊枪5放电，在短时内补充电能、维持放电电弧。短暂时间后，储能元件4的电能泄放殆尽，然而有了这个宝贵的缓冲阶段，焊机主机1中的逆变电源已经可以过渡到大电能输出的状态，因此之后所进行的焊接工作，仍是由焊机主机1提供所需的电能。以上过程可以循环进行，因而可以持续焊接一个又一个的焊接点。

本实施例是本发明内容的一个基本的实现，由于储能装置4的辅助，焊机主机1的整机控制避免了动态过程中快速反馈(即通过电压电流反馈线路6)和对焊枪5快速响应要求的实现难度，能够更为有效地保证焊接质量，极大提升焊机主机1中逆变电源的使用寿命。

优选实施例二：采用带自动化控制的焊机主机1，配置储能装置4及其控制器7，各充放电开关皆同实施例一。焊机主机1采用连续焊接三个焊点，间歇，然后再连续焊接三个焊点的间歇式的工作模式。通过储能装置控制器7，将储能装置4配置成三组，在焊机工作的间歇期间开通充电开关2对三组储能元件进行充电，其后每焊接一个焊点均由储能装置控制器7操控某一组储能元件来进行放电辅助，三个焊点完成焊接后，三组储能元件再一次在间歇的阶段进行充电。

本实施例的特点是应用本发明于间歇式的工作状态下，能够提高工作效率，保证焊接质量和焊点的美观、均一，也是增加了焊接作业的控制灵活性。

优选实施例三：采用带自动化控制的焊机主机1，配置储能装置4及其控制器7，储能元件采用太阳能电池组，在太阳能充足的情况下，太阳能电池总是处于充电、满电的状态，将太阳能电池至少分为两组，轮换进行辅助放电的工作。

本实施例的特点是应用了新能源器件，并相应地省去了充电开关2，不过辅助焊机工作的性质并没有发生根本性的改变。本实施例可以认为是本发明基本思想，在新技术、新器件产生后的一种简单的变通，同样可以收到很好的效果。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员可以对本发明的技术环节予以如实施例三那样的简单变通。本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (6)

1.带辅助放电机构的自动化电焊机，其特征在于，包括焊机主机(1)、焊枪(5)、储能装置(4)、储能装置控制器(7)和控制开关；所述控制开关包括充电开关(2)、放电开关(3)和对地放电开关(8)；所述焊机主机(1)内设置有逆变电源和整机控制器，所述逆变电源通过充电开关(2)与储能装置(4)电连接，所述整机控制器与储能装置控制器(7)连接，所述焊机主机(1)通过二极管(9)连接到焊枪(5)，从焊机主机(1)、二极管(9)、焊枪(5)，到焊接工件之间形成了主放电通路，用于正常的焊接作业；所述储能装置(4)通过放电开关(3)连接至焊枪(5)，形成辅助放电回路，所述储能装置(4)还通过对地放电开关(8)接地。

2.根据权利要求1中所述的带辅助放电机构的自动化电焊机，其特征在于，所述储能装置(4)是由电池、起到储能作用电感线圈或电容器，一组或者多组串联或者并联而构成。

3.根据权利要求1中所述的带辅助放电机构的自动化电焊机，其特征在于，所述储能装置控制器(7)与整机控制器之间信息通讯连接，实现从整机控制器接受指令、控制储能装置(4)的工作状态。

4.根据权利要求1中所述的带辅助放电机构的自动化电焊机，其特征在于，所述充电开关(2)、放电开关(3)和对地放电开关(8)为继电器或者半导体开关器件。

5.根据权利要求1中所述的带辅助放电机构的自动化电焊机，其特征在于，所述焊机主机(1)上设置有控制键盘和显示屏，所述焊枪(5)到焊机主机(1)之间存在反馈实时电压、电流值的传感器和电压电流反馈线路(6)。

6.根据权利要求1中所述的带辅助放电机构的自动化电焊机，其特征在于，当焊枪(5)处于不进行焊接作业的闲时状态时，焊机主机(1)能够对储能装置(4)进行充电，而当焊机主机(1)刚刚转入工作状态时，储能装置(4)能够在短时间内向焊枪(5)放电，放电时间不超过5秒钟，在储能装置(4)提供的附加、辅助性能源的作用下，焊机主机(1)将更为平滑地完成由不焊接向焊接状态的转移。