CN105353787B - 一种焊接装置及其回烧阶段控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焊接装置及其回烧阶段控制方法，属于焊接技术领域。焊接装置包括：送丝机构，控制器，功率开关器件，以及功率开关器件驱动电路。控制器包括：初始转速获取单元，其用于获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始转速；初始负载获取单元，其用于获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始负载；当前转速获取单元，其用于根据初始转速，初始负载，回烧时间，以及当前转速与初始转速、初始负载和回烧时间的对应关系，获取当前转速；导通角计算单元；以及控制单元。通过本发明的焊接装置及其控制方法，可以在回烧阶段精确地获取送丝机构的转速，从而精确地控制输出能量。

Description

一种焊接装置及其回烧阶段控制方法

[技术领域]

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种带送丝机构的焊接装置及其回烧阶段控制方法。

[背景技术]

带送丝机构的焊接装置，例如，熔化极气体保护焊接装置，通常包括：送丝机构，控制器，功率开关器件，以及功率开关器件驱动电路。控制器根据送丝机构的转速，通过功率开关器件驱动电路控制功率开关器件的导通，从而控制焊接装置的输出能量。一般来讲，送丝机构的转速越快，输出能量越大。这样可以使送丝机构送出的焊丝量和焊丝的融化量相同，实现稳定的焊接。

目前，送丝电机的控制方式很大一部分采用感应电动势负反馈控制方式。即，在焊接过程中，采用PWM方式驱动送丝机构，在送丝机构驱动信号的间隙，检测送丝机构的电压U，再根据该电压U计算出送丝机构的转速V，根据转速V和预先设定的给定速度Vg，计算并给出送丝驱动的PWM波形，不断的动态调整实际转速，实现稳定的送丝。焊接装置根据转速V得到功率开关器件的导通角D，并通过功率开关器件驱动电路控制功率开关器件的导通，从而控制输出能量。焊接装置要想实现稳定的工作，转速V和焊接装置的输出能量必须在一定的匹配范围内，使送丝机构送出的焊丝量和焊丝融化量相当。

当焊接结束时，为了使送丝机构快速停止，送丝机构的电枢两端会直接短路，加快能量的释放。但是送丝机构在惯性作用下依然会转动一段时间，焊丝会继续送出，这一过程称之为回烧阶段。回烧阶段需要输出合适的能量，使送出的焊丝能过渡到焊接工件上，并使焊接完全停止时，焊丝和焊接工件不粘连，且焊丝尖端的熔球保持一个合适的大小。

但是，在回烧阶段送丝机构的电枢两端是直接短路的，因此无法测量送丝机构的电压U，从而无法获得送丝机构的转速V，这样也就无法根据转速V精确地控制输出能量。只能根据预先设定的固定值(固定的导通角)来输出能量。即，在回烧阶段，无论送丝机构的转速V衰减的有多快，都采用相同的输出能量。这会导致输出能量与转速V不匹配。如果输出能量太小，则焊丝会熔化的不完全，会出现焊丝和焊接工件的粘连。如果输出能量太大，会在焊丝的顶端烧出一个很大的金属球，甚至有可能烧毁导电嘴。并且，回烧阶段结束后，焊丝尖端的熔球大小非常不一致，这会对下次焊接的起弧控制造成困难。

[发明内容]

[技术问题]

本发明旨在针对现有技术中的问题，提供一种焊接装置及其回烧阶段控制方法。

[解决方案]

本发明提供的焊接装置包括：送丝机构，控制器，功率开关器件，以及功率开关器件驱动电路，控制器通过功率开关器件驱动电路控制功率开关器件。

控制器包括：初始转速获取单元，其用于获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始转速Vo；初始负载获取单元，其用于获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始负载Lo；当前转速获取单元，其用于根据初始转速Vo，初始负载Lo，从回烧阶段初始时刻到当前时刻的回烧时间t，以及预先设定的对应关系R，获取送丝机构在回烧阶段的当前转速Vt，对应关系R是当前转速Vt与初始转速Vo、初始负载Lo和回烧时间t的对应关系；导通角计算单元，其用于根据当前转速Vt计算功率开关器件的导通角D；以及控制单元，其用于根据导通角D控制功率开关器件的导通。

本发明还提供一种焊接装置的回烧阶段控制方法，焊接装置包括：送丝机构，控制器，功率开关器件，控制器通过功率开关器件驱动电路控制功率开关器件。

控制方法包括：初始转速获取步骤，获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始转速Vo；初始负载获取步骤，获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始负载Lo；当前转速获取步骤，根据初始转速Vo，初始负载Lo，从回烧阶段初始时刻到当前时刻的回烧时间t，以及预先设定的对应关系R，获取送丝机构在回烧阶段的当前转速Vt，对应关系R是当前转速Vt与初始转速Vo、初始负载Lo和回烧时间t的对应关系；导通角计算步骤，根据当前转速Vt计算功率开关器件的导通角D；以及控制步骤，根据导通角D控制功率开关器件的导通。

[发明有益效果]

通过本发明的焊接装置及其回烧阶段控制方法，可以在回烧阶段精确地获取送丝机构的转速，从而精确地控制焊接装置的输出能量。

[附图说明]

图1是本发明的焊接装置的控制器的结构框图；

图2是本发明的焊接装置的硬件结构示意图；

图3是本发明的焊接装置的初始负载获取单元的结构框图；

图4是本发明的回烧阶段控制方法的流程图；以及

图5是本发明的回烧阶段控制方法的初始负载获取步骤的流程图。

[具体实施方式]

本发明的核心思想是，根据送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始转速Vo、初始负载Lo、以及从回烧阶段初始时刻到当前时刻的回烧时间t，获取送丝机构的当前转速Vt，从而根据当前转速Vt控制输出能量。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

[焊接装置]

如图1和图2所示，本发明的焊接装置包括：送丝机构，控制器，功率开关器件，以及功率开关器件驱动电路，控制器通过功率开关器件驱动电路控制功率开关器件。

控制器包括：初始转速获取单元，其用于获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始转速Vo；初始负载获取单元，其用于获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始负载Lo；当前转速获取单元，其用于根据初始转速Vo，初始负载Lo，从回烧阶段初始时刻到当前时刻的回烧时间t，以及预先设定的送丝机构在回烧阶段的当前转速Vt与初始转速Vo、初始负载Lo和回烧时间t的对应关系R，获取当前转速Vt；导通角计算单元，其用于根据当前转速Vt计算功率开关器件的导通角D；以及控制单元，其用于根据导通角D控制功率开关器件的导通。

焊接装置可以是熔化极气体保护焊机。但本发明不限于此，也可以是没有气体保护的焊机，只要是带有送丝机构的焊机就可以。

如图2所示，本发明的焊接装置包括控制器，以及分别和控制器连接的送丝机构驱动和制动电路、功率开关器件驱动电路、RAM、FLASH、电流检测电路和电压检测电路。功率开关器件驱动电路还连接有功率开关器件(IGBT)。送丝机构驱动和制动电路还连接有送丝机构。另外，也可以采用内置有RAM和ROM的控制器，这样就不需要外置的RAM和FLASH了。

作为控制器的示例，根据实际需要，可以采用现有通用的DSP芯片、MCU+DSP芯片或者MCU+PWM芯片。在本实施例中，控制器采用内置A/D转换模块的DSP芯片，例如，德州仪器公司的TMS320F28377D。该DSP芯片能够直接输出PWM信号。

初始转速获取单元、初始负载获取单元、当前转速获取单元、导通角计算单元、以及控制单元可以通过控制器运行FLASH或者ROM中存储的程序模块来实现。

初始转速获取单元可以采用任意已知的结构。例如，初始转速获取单元可以包括：初始电压获取单元，其用于获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始电压Uo；以及初始转速计算单元，其用于根据初始电压Uo计算初始转速Vo。

初始负载获取单元可以采用任意已知的结构。如图3所示，优选地，初始负载获取单元包括：电机初始电流获取单元，其用于获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的电机初始电流Io；以及初始负载计算单元，其用于根据电机初始电流Io，以及预先设定的电机初始电流Io与初始负载Lo的对应关系r，计算初始负载Lo。

对应关系R和对应关系r可以存储在控制器的ROM中，也可以存储在外置的存储器中，还可以存储在云端等。

[回烧阶段控制方法]

接下来参照图4描述本发明的焊接装置在回烧阶段的控制方法。该控制方法包括以下步骤。

初始转速获取步骤S1，获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始转速Vo。可以采用任意已知的方法获取初始转速Vo，例如，先获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始电压Uo，再根据初始电压Uo计算初始转速Vo。计算公式为：

[式1]Vo＝a·Uo+b。

可以认为，送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始电压Uo就等于在回烧阶段开始之前的上一时刻的电压。因为在回烧阶段开始之前，送丝机构的电枢两端还没有短路，所以，这时的电压是可以测量的。例如，可以通过电压检测电路测量。

如图4所示，回烧阶段的控制方法还包括：初始负载获取步骤S2，获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始负载Lo。

如图5所示，优选地，初始负载获取步骤S2包括：电机初始电流获取步骤S21，其用于获取送丝机构在回烧阶段初始时刻的电机初始电流Io；以及初始负载计算步骤S22，其用于根据电机初始电流Io，以及预先设定的电机初始电流Io与初始负载Lo的对应关系r，计算初始负载Lo。对应关系r可以是，电机初始电流Io与初始负载Lo的对应表，也可以是电机初始电流Io与初始负载Lo的函数关系，例如，

[式2]Lo＝F(Io)。

可以认为，送丝机构在回烧阶段初始时刻的电机初始电流Io就等于在回烧阶段开始之前的上一时刻的电流。这时的电流可以通过电流检测电路测量。

初始负载获取步骤S2还可以采用任意已知的方法。例如，先根据初始转速Vo得到功率开关器件在回烧阶段初始时刻的初始导通角Do，再根据初始导通角Do计算初始负载Lo。计算公式为：

[式3]Lo＝c·Do+d。

如图4所示，回烧阶段的控制方法还包括：当前转速获取步骤S3，根据初始转速Vo，初始负载Lo，从回烧阶段初始时刻到当前时刻的回烧时间t，以及预先设定的送丝机构在回烧阶段的当前转速Vt与初始转速Vo、初始负载Lo和回烧时间t的对应关系R，获取当前转速Vt。

回烧时间t可以由控制器中的定时器等元件给出。对应关系R可以通过反复实验而获得。作为优选，在对应关系R中，当前转速Vt随初始转速Vo的增大而增大，随初始负载Lo的增大而减小，随回烧时间t的增大而减小。

如图4所示，回烧阶段的控制方法还包括：导通角计算步骤S4，根据当前转速Vt计算功率开关器件的导通角D。导通角计算步骤S4可以采用任意已知的方法。例如，可以根据当前转速Vt线性的得到导通角D，即当前转速Vt越小，导通角D越小。

控制步骤S5，根据导通角D控制功率开关器件的导通。从而控制输出能量。控制步骤S5可以采用任意已知的方法。

通过上述步骤S1到S5，可以在回烧阶段精确地获取送丝机构的当前转速Vt，从而根据当前转速Vt精确地控制焊接装置的输出能量。

另外，本发明并不局限于感应电动势负反馈控制方式，任何电机控制方式中，只要制动的时刻没有实时测量当前转速Vt的装置，均可通过该方法计算出制动任意时刻的当前转速Vt。

以上，已参照详细或特定的实施方式，对本发明进行了说明，但本领域技术人员理解，可以在不脱离本发明的精神与范围的前提下进行各种变更及修正。

[工业实用性]

通过本发明的焊接装置及其回烧阶段控制方法，可以在回烧阶段精确地获取送丝机构的转速，从而精确地控制焊接装置的输出能量。

Claims (10)

1.一种焊接装置，包括：送丝机构，控制器，功率开关器件，以及功率开关器件驱动电路，所述控制器通过所述功率开关器件驱动电路控制所述功率开关器件，其特征在于，所述控制器包括：

初始转速获取单元，其用于获取所述送丝机构在回烧阶段初始时刻的初始转速Vo；

初始负载获取单元，其用于获取所述送丝机构在所述回烧阶段初始时刻的初始负载Lo；

当前转速获取单元，其用于根据所述初始转速Vo，所述初始负载Lo，从所述回烧阶段初始时刻到当前时刻的回烧时间t，以及预先设定的对应关系R，获取所述送丝机构在所述回烧阶段的当前转速Vt，所述对应关系R是所述当前转速Vt与所述初始转速Vo、所述初始负载Lo和所述回烧时间t的对应关系；

导通角计算单元，其用于根据所述当前转速Vt计算所述功率开关器件的导通角D；以及

控制单元，其用于根据所述导通角D控制所述功率开关器件的导通。

2.如权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，所述初始负载获取单元包括：

电机初始电流获取单元，其用于获取所述送丝机构在所述回烧阶段初始时刻的电机初始电流Io；以及

初始负载计算单元，其用于根据所述电机初始电流Io，以及预先设定的所述电机初始电流Io与所述初始负载Lo的对应关系r，计算所述初始负载Lo。

3.如权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，在所述对应关系R中，所述当前转速Vt随所述初始转速Vo的增大而增大。

4.如权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，在所述对应关系R中，所述当前转速Vt随所述初始负载Lo的增大而减小。

5.如权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，在所述对应关系R中，所述当前转速Vt随所述回烧时间t的增大而减小。

6.一种焊接装置的回烧阶段控制方法，所述焊接装置包括：送丝机构，控制器，功率开关器件，以及功率开关器件驱动电路，所述控制器通过所述功率开关器件驱动电路控制所述功率开关器件，其特征在于，所述控制方法包括：

初始转速获取步骤，获取所述送丝机构在所述回烧阶段初始时刻的初始转速Vo；

初始负载获取步骤，获取所述送丝机构在所述回烧阶段初始时刻的初始负载Lo；

当前转速获取步骤，根据所述初始转速Vo，所述初始负载Lo，从所述回烧阶段初始时刻到当前时刻的回烧时间t，以及预先设定的对应关系R，获取所述送丝机构在所述回烧阶段的当前转速Vt，所述对应关系R是所述当前转速Vt与所述初始转速Vo、所述初始负载Lo和所述回烧时间t的对应关系；

导通角计算步骤，根据所述当前转速Vt计算所述功率开关器件的导通角D；以及

控制步骤，根据所述导通角D控制所述功率开关器件的导通。

7.如权利要求6所述的焊接装置的回烧阶段控制方法，其特征在于，所述初始负载获取步骤包括：

电机初始电流获取步骤，获取所述送丝机构在所述回烧阶段初始时刻的电机初始电流Io；以及

初始负载计算步骤，根据所述电机初始电流Io，以及预先设定的所述电机初始电流Io与所述初始负载Lo的对应关系r，计算所述初始负载Lo。

8.如权利要求6所述的焊接装置的回烧阶段控制方法，其特征在于，在所述对应关系R中，所述当前转速Vt随所述初始转速Vo的增大而增大。

9.如权利要求6所述的焊接装置的回烧阶段控制方法，其特征在于，在所述对应关系R中，所述当前转速Vt随所述初始负载Lo的增大而减小。

10.如权利要求6所述的焊接装置的回烧阶段控制方法，其特征在于，在所述对应关系R中，所述当前转速Vt随所述回烧时间t的增大而减小。