CN107984056A - 一种焊接发尘率测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种焊接发尘率测试装置及方法，包括焊接发尘率测试过程中的数据采集系统和过程控制系统两部分，其组成部件包括工控机、数据采集卡、运动控制卡、电流传感器、电压传感器、继电器、送丝机、步进电机及驱动器、十字滑台等组成部件。该系统提高了焊接发尘率测试过程中工艺参数数据测量精度和焊接时间计时精度，提高了测试过程中的焊接工艺稳定性，测试过程实现了自动化测量和控制，极大简化了测试操作方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于焊接工艺性研究的数据采集和控制系统，特别是涉及一种焊接发尘率测试装置及方法。
背景技术
焊接过程中，特别是电弧焊过程中产生的焊接烟尘是主要的污染物之一，长时间处于高浓度的焊接烟尘环境会对焊接操作人员的身体健康造成极大危害。空气中焊接烟尘浓度的大小与焊接发尘率指标密切相关，因此通过降低焊接的发尘率来减少空气中焊接烟尘浓度，是改善焊接工作环境的重要途径。
对于熔化极气体保护焊，影响焊接发尘率的因素多达13项，为了深入研究和分析焊接电流、焊接电压、焊接速度等工艺因素对焊接发尘率影响规律，需要对这些工艺参数进行准确的检测，同时为了提高焊接发尘率的测量精度，保证焊接过程工艺的稳定性，减少人为因素的干扰极为关键，采用自动化的测量和控制方法无疑是提高测量准确性的必然选择。现有的技术或标准主要集中于焊接烟尘采集系统腔体结构方面，侧重于如何采集烟尘，而对于焊接烟尘采集过程的自动化数据采集和控制技术还尚未成熟。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种熔化极气体保护焊焊接发尘率测试的数据采集和自动控制方法，提高测试过程中工艺参数数据采集精度和焊接时间计时精度，提高测试过程中的焊接工艺稳定性，以确保焊接发尘率测量数据的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明的焊接发尘率测试的数据采集和自动控制系统通过下述技术方案来实现：
一种焊接发尘率测试装置，其特征在于，包括依次连接的
数据采集系统：实时采集焊接电流、焊接电压和记录焊接时间。通过将焊接发尘率测试过程中的电流传感器和电压传感器模拟量信号输入数据采集卡的模拟信号输入端，对信号进行模数转换，并同时对焊接电弧从引弧到熄弧的过程进行计时。最终记录和保存焊接发尘率测试的焊接电流、焊接电压和焊接时间数据。
过程控制系统：控制机械泵及电磁气阀的启动和停止、焊枪送丝的启动和停止以及电动十字滑台的控制。机械泵及电磁气阀和焊枪送丝的控制均通过运动控制卡的数字信号输出端口，控制继电器的通断来实现；电动十字滑台的运动控制，需要同时对两个步进电机的转速分别进行控制，通过运动控制卡的步进电机控制信号输出端对步进电机的转速实时控制，从而调节焊接速度。
在上述的一种焊接发尘率测试装置，
数据采集系统包括数据采集卡以及同时与数据采集卡连接的电流传感器和电压传感器；
过程控制系统包括工控机、与工控机连接的运动控制卡；送丝机、机械泵以及电磁气阀分别通过继电器与运动控制卡连接，配接有十字滑台步进电机及驱动器与运动控制卡连接。
一种焊接发尘率测试方法，其特征在于：包括
步骤1、启动机械泵；
步骤2、启动电磁气阀，并开始第一次计时；
步骤3、启动送丝，焊丝送进，第一次计时结束，第一次计时时间0～120s范围可调节；同时开启焊接电流和焊接电压的数据采集；
步骤4、引弧，开始第二次计时；
步骤5、驱动步进电机，移动焊接试板，此时焊枪位置固定；
步骤6、停止电动十字滑台；
步骤7、停止送丝，熄弧，第二次计时结束；记录焊接时间；
步骤8、停止数据采集，保存数据，并开始第三次计时；
步骤9、关闭电磁气阀，第三次计时结束，第三次计时时间0～300s范围可调节；
步骤10、关闭机械泵。
在上述的一种焊接发尘率测试方法，焊接速度由电动十字滑台的移动速度来确定，速度调节范围0～50cm/min。
在上述的一种焊接发尘率测试方法，该系统可通过设定焊接的初始位置坐标和终止位置坐标来确定焊接路径。
在上述的一种焊接发尘率测试方法，引弧后，可延时启动步进电机，延时时间可调节。
在上述的一种焊接发尘率测试方法，停止电动十字滑台后，可延时停止送丝，延时时间可调节。
在上述的一种焊接发尘率测试方法，焊接时间不小于60s，且计时精度≤0.1s。
在上述的一种焊接发尘率测试方法，电流传感器可采集焊接电流的瞬时值，并通过计算获得焊接电流有效值，焊接电流测量精度小于该传感器量程的1％。
在上述的一种焊接发尘率测试方法，电压传感器可采集焊接电压的瞬时值，并通过计算获得焊接电压有效值，焊接电压测量精度小于该传感器量程的1％。
本发明的有益效果：1、通过对熔化极气体保护焊焊接烟尘测试过程的数据采集和过程控制的自动化，可以提高了测试过程中工艺参数数据采集精度和焊接时间计时精度，提高测试过程中的焊接工艺稳定性。2、该系统可通过设定焊接的初始位置坐标和终止位置坐标来确定焊接路径。在测试过程中，可以在不更换焊接试板的情况下，进行多次焊接发尘率测试，从而提高测试过程的效率，节约测试成本。3、系统设置好初始状态后，测试过程可以通过软件进行一键操作，数据采集过程和焊接过程全部自动完成，从而简化测试过程。4、采用十字滑台作为焊接工作台，十字滑台上的焊接试板在水平位置运动，焊接过程中焊枪固定，该结构可减小导电嘴至工件距离的波动，提高焊接工艺稳定性。5、通过数据采集的焊接电流和电压，判断引弧和熄弧状态，提高焊接时间的计时精度，从而提高焊接发尘率的测量精度。
附图说明
图1为焊接发尘率测试装置的数据采集和自动控制系统原理图。
图2为焊接发尘率测试装置的数据采集和自动控制系统实现流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种焊接发尘率测试装置的数据采集和自动控制系统，该系统包括焊接发尘率测试过程中的数据采集系统和过程控制系统两部分，其组成部件包括工控机、数据采集卡、运动控制卡、电流传感器、电压传感器、继电器、送丝机、步进电机及驱动器、十字滑台等。
在测试前，在十字滑台上放置好焊接试板，调整好焊枪位置，开启焊接电源，调节好焊接参数。
启动工控机，打开测量控制软件，在软件中设定好焊接的初始位置坐标和终止位置坐标，焊接速度，第一次计时时间和第三次计时时间等参数。各项参数设定好后，在软件中一键开启测量，焊接试板移动到焊接的初始设定位置。
本发明测试过程的控制步骤如图2所示，实现步骤如下：
1、通过运动控制卡数字输出端，使继电器闭合，启动机械泵；
2、通过运动控制卡数字输出端，使继电器闭合，打开电磁气阀，空气抽滤的气路通道开启；
3、经过设定的第一次计时时间后，通过运动控制卡数字输出端，使继电器闭合，启动送丝机。
4、焊丝送进后，短路引弧，第二次计时开始。
5、通过运动控制卡输出步进电机控制信号，使十字滑台在水平位置运动，焊接试板按设定的焊接路径和焊接速度移动。移动到焊接终止位置后，步进电机停止转动，十字滑台停止运动。
6、通过运动控制卡数字输出端，使继电器断开，送丝机停止送丝。
7、熄弧，第二次计时结束，记录焊接时间并保存数据
8、停止数据采集，保存焊接电流及焊接电压数据，数据包括瞬时值和有效值。
9、经过设定的第三次计时时间后，通过运动控制卡数字输出端，使继电器断开，关闭电磁气阀，焊接烟尘抽滤的气路通道断开；
10、通过运动控制卡数字输出端，使继电器断开，关闭机械泵；
在测试过程中，焊接烟尘在抽滤过程中被收集在玻璃纤维滤膜上，通过测量滤膜在试验前后的质量，相减后得到焊接发尘量，将该发尘量数值与第二次计时时间相除可得到焊接发尘率数据。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种焊接发尘率测试装置，其特征在于，包括依次连接的
数据采集系统：实时采集焊接电流、焊接电压和记录焊接时间；通过将焊接发尘率测试过程中的电流传感器和电压传感器模拟量信号输入数据采集卡的模拟信号输入端，对信号进行模数转换，并同时对焊接电弧从引弧到熄弧的过程进行计时；最终记录和保存焊接发尘率测试的焊接电流、焊接电压和焊接时间数据；
过程控制系统：控制机械泵及电磁气阀的启动和停止、焊枪送丝的启动和停止以及电动十字滑台的控制；机械泵及电磁气阀和焊枪送丝的控制均通过运动控制卡的数字信号输出端口，控制继电器的通断来实现；电动十字滑台的运动控制，需要同时对两个步进电机的转速分别进行控制，通过运动控制卡的步进电机控制信号输出端对步进电机的转速实时控制，从而调节焊接速度。
2.根据权利要求1所述的一种焊接发尘率测试装置，其特征在于，
数据采集系统包括数据采集卡以及同时与数据采集卡连接的电流传感器和电压传感器；
过程控制系统包括工控机、与工控机连接的运动控制卡；送丝机、机械泵以及电磁气阀分别通过继电器与运动控制卡连接，配接有十字滑台步进电机及驱动器与运动控制卡连接。
3.一种焊接发尘率测试方法，其特征在于：包括
步骤1、启动机械泵；
步骤2、启动电磁气阀，并开始第一次计时；
步骤3、启动送丝，焊丝送进，第一次计时结束，第一次计时时间0～120s范围可调节；同时开启焊接电流和焊接电压的数据采集；
步骤4、引弧，开始第二次计时；
步骤5、驱动步进电机，移动焊接试板，此时焊枪位置固定；
步骤6、停止电动十字滑台；
步骤7、停止送丝，熄弧，第二次计时结束；记录焊接时间；
步骤8、停止数据采集，保存数据，并开始第三次计时；
步骤9、关闭电磁气阀，第三次计时结束，第三次计时时间0～300s范围可调节；
步骤10、关闭机械泵。
4.根据权利要求3所述的一种焊接发尘率测试方法，其特征在于：焊接速度由电动十字滑台的移动速度来确定，速度调节范围0～50cm/min。
5.根据权利要求3所述的一种焊接发尘率测试方法，其特征在于：该系统可通过设定焊接的初始位置坐标和终止位置坐标来确定焊接路径。
6.根据权利要求3所述的一种焊接发尘率测试方法，其特征在于：引弧后，可延时启动步进电机，延时时间可调节。
7.根据权利要求3所述的一种焊接发尘率测试方法，其特征在于：停止电动十字滑台后，可延时停止送丝，延时时间可调节。
8.根据权利要求3所述的一种焊接发尘率测试方法，其特征在于：焊接时间不小于60s，且计时精度≤0.1s。
9.根据权利要求3所述的一种焊接发尘率测试方法，其特征在于：电流传感器可采集焊接电流的瞬时值，并通过计算获得焊接电流有效值，焊接电流测量精度小于该传感器量程的1％。
10.根据权利要求3所述的一种焊接发尘率测试方法，其特征在于：电压传感器可采集焊接电压的瞬时值，并通过计算获得焊接电压有效值，焊接电压测量精度小于该传感器量程的1％。
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