CN112872552B - 带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种手工操作用辅助引弧和弧长控制焊条电弧焊枪系统。所述装置包括一个能带动电弧上下移动的微型滑台机构，一个用于安装微型滑台机构的固定座，一个用于夹紧焊条的焊钳，一个握把，一个用于连接电缆和焊钳的夹头，一个用于检测焊接电压的霍尔电压传感器，一个用于对焊条电弧焊进行自动引弧、电弧长度补偿等控制的控制电路板。所述的微型滑台机构能够在手工送进焊条时，带动电弧在电弧长度方向或近似电弧长度方向做上下微小移动，从而微调焊接电弧长度，对手工焊条电弧焊过程中由于焊条送进速度不均匀带来的弧长变化进行补偿，力求电弧弧长不变，提高电弧稳定性。
Description
技术领域
本发明属于焊接装备领域，涉及到手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，特别涉及一种带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统。
背景技术
手工焊条电弧焊作为一种传统的焊接方法，由于其操作方便、成本低廉的优点，目前仍在焊接领域占有重要的一席之地。
众所周知，手工焊条电弧焊焊接存在新手引弧困难，容易断弧和粘条；焊接过程中由于手工送进焊条，电弧弧长变化较大，焊接质量不稳定，也易于出现断弧现象。因此，手工焊条电弧的焊接质量很大程度上依赖操作者的技能手法。
哈尔滨工业大学的郭宁、杜永鹏、冯吉才等人就发明了一套全自动的焊条电弧焊焊接系统，公开号为CN105345226A，公开日为20160224。专利名称为《一种焊条自动焊接系统及自动焊接方法》，该系统能够实现自动化焊条电弧焊过程中所需要的自动引弧、弧长调节等功能，确实对于提升自动化焊条电弧焊焊接质量有非常大的帮助。但是该装置仍然主要用于全自动化的焊条电弧焊过程。而焊条电弧焊更多的时候仍然是用于手工焊接的场合，全自动化的焊条电弧焊装置存在设备较大、移动不方便，成本较高，且操作不灵活，对工件装配要求高，适用面狭窄等问题。
发明内容
1、所要解决的技术问题：
现在手工电弧焊接，对操作者的技能要求比较高，而焊条电弧焊更多的时候仍然是用于手工焊接的场合，全自动化的焊条电弧焊装置存在设备较大、移动不方便，成本较高，且操作不灵活，对工件装配要求高，适用面狭窄等问题。
2、技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，包括焊钳和握把，焊接电缆从所述握把内穿入空心的固定座，再从所述固定座上方穿出，通过夹头连接所述焊钳，所述固定座固定连接微型滑台，所述微型滑台包括滑台，所述滑台通过丝杆和步进电机，所述滑台和所述焊钳连接，在所述步进电机的驱动下，所述滑台在丝杠上能够移动，所述滑台和所述焊钳连接并能带动所述焊钳同时移动，所述焊钳和工件之间设有霍尔电压传感器用于检测电弧的电压，在工件和电源之间设有霍尔电流传感器，所述霍尔电压传感器、所述霍尔电流传感器、所述步进电机都和控制电路板连接，所述控制电路板采集到所述霍尔电压传感器中的电弧电压数据和所述霍尔电流传感器中的电流数据，通过计算后控制步进电机，驱动所述滑台移动。
还设有电磁接近开关，用于对微型滑台机构的滑台进行限位。
所述固定座上设置有启动开关和滑台移动按钮。
所述控制电路板采用单片机为核心。
所述微型滑台和所述固定座通过第三螺栓固定在一起。
还包括旋转关节，所述旋转关节包括旋转臂，所述旋转臂通过拉紧弹簧和旋转铰链连接，定位架设有方槽，并对旋转臂在横向和竖向两个位置利用槽壁进行定位，所述旋转臂在右端定位架的方槽内绕旋转铰链旋转，所述旋转臂左端设有连接孔，用于插入焊钳右端套筒内，利用螺栓穿入连接孔后进行固定，第一螺栓连接定位架和滑台连接板，第二螺栓连接滑台连接板和微型滑台结构的滑台。
所述旋转臂右端为矩形结构。
所述旋转臂左端为圆柱形，所述连接孔设置在圆柱形中。
3、有益效果：
本发明提出一种手工操作用辅助引弧和弧长控制焊条电弧焊枪系统，该装置不仅能实现焊接过程中利用特定智能装置辅助焊条引弧，提升引弧成功率；辅助进行电弧长度控制，提高电弧稳定性，提升焊接质量；关键是保留了手工操作焊条电弧焊操作灵活的特点，将技能和智能结合起来，利用智能装置降低操作者技能要求。
附图说明
图1是本发明的工作原理图。
图2是微型滑台机构组成结构。
图3是固定座上的开关和按钮示意图。
图4是旋转关节结构示意图。
图5是旋转关节结构示意图。
附图标记说明：1-微型滑台机构，101-步进电机，102-滑台，103-丝杠，2-固定座，201-启动开关，202-滑台移动按钮，3-焊钳，4-握把，5-夹头，6-霍尔电压传感器，7-控制电路板，8-霍尔电流传感器，9-旋转关节，901-定位架，902-旋转臂，903-拉紧弹簧，904-滑台连接板，905-连接孔，906-第一螺栓，907-第二螺栓，908-旋转铰链，10-焊条，11-电弧，12-工件，13-电磁式接近开关，14-焊接电缆，15-电源。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明进行详细说明。
如图1-图2所示，一种带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，包括焊钳3和握把4，焊接电缆14从所述握把4内穿入空心的固定座2，再从所述固定座2上方穿出，通过夹头5连接所述焊钳3，所述固定座2固定连接微型滑台1，所述微型滑台1包括滑台102，所述滑台102通过丝杆103和步进电机101，所述滑台102和所述焊钳3连接，在所述步进电机101的驱动下，所述滑台102在丝杠103上能够移动，所述滑台102和所述焊钳3连接并能带动所述焊钳3同时移动，所述焊钳3和工件12之间设有霍尔电压传感器6用于检测电弧11的电压，在工件和电源15之间设有霍尔电流传感器8，所述霍尔电压传感器6、所述霍尔电流传感器8、所述步进电机101都和控制电路板7连接，所述控制电路板7采集到所述霍尔电压传感器6中的电弧电压数据和所述霍尔电流传感器8中的电流数据，通过计算后控制步进电机101，驱动所述滑台102移动。
微型滑台机构1带动焊钳3进而带动焊条进而带动电弧沿上下方向可做微小移动，从而调节电弧弧长。微型滑台1和固定座2通过螺栓连接在一起，便于拆卸。焊钳3夹住焊条，焊钳3为普通市面可买的焊钳。焊接电缆14从握把内穿入空心的固定座2，再从固定座2上方穿出，通过夹头5连接焊钳3，实现馈电。
霍尔电压传感器6实时检测电弧电压，通过控制电路板7进行计算，发出脉冲指令控制微型滑台机构1滑台的上下移动。所述算法为本领域人员所知道的，本发明中的算法为公开号为CN105345226A，公开日为20160224。专利名称为《一种焊条自动焊接系统及自动焊接方法》中的算法，区别在于控制电路板7采用单片机为核心而非PLC，可有效降低硬件成本，且采用PID计算时，由于焊条整体送进仍靠手工，所以控制步进电机101运动时不需要加入较大的送进速度，只要根据偏差量进行微调，程序结构控制简单。
霍尔电流传感器8的作用是在手工引弧时，一旦检测到焊条端部与工件接触后，进行相应进算，由控制电路板的核心单片机发出指令，控制微型滑台机构1步进电机101转动，进而控制滑台向上移动，和人工引弧配合实现回抽式引弧过程，即辅助人工引弧过程。电磁式接近开关13起到对微型滑台机构1的滑台限位作用，防止滑台机构碰坏。
如图3所示，固定座2上有启动开关201和滑台移动按钮202各一个，供操作者启动停止辅助电弧弧长控制及引弧开关用，以及供操作者点动滑台上下移动使用。
如图4和图5所示，旋转关节9可实现90度两个位置旋转和固定之用。所述旋转关节9主要用于适应焊条竖着夹和横着夹时的切换，保证横竖加紧时都能通过微型滑台机构1带动电弧沿电弧轴向或近似电弧轴向运动，补偿手工送条不均带来的弧长变化。
旋转环节包括定位架901，旋转臂902，拉紧弹簧903，滑台连接板904，旋转铰链908组成，其中旋转臂902可在定位架901内绕旋转铰链908自由旋转。定位架901设有方槽，并对旋转臂902在横向和竖向两个位置利用槽壁进行定位，拉紧弹簧903则在旋转臂902处于横向和竖向两个极限位置时拉紧旋转臂902，从而实现旋转臂902的定位。旋转臂902右端为矩形结构，可在定位架方槽内绕旋转铰链908旋转，左端为圆柱形，同时内有连接孔905，方便插入焊钳3右端套筒内再利用螺栓穿入连接孔905后进行固定。第一螺栓906连接定位架901和滑台连接板904，第二螺栓907则连接滑台连接板904和微型滑台结构的滑台102。
本发明提供的带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统使电弧长度尽量保持恒定，且采用一定的装置辅助操作者进行引弧操作，那么手工电弧焊的焊接质量将大大得到提上，且对操作者的技能要求大大下降，在提升焊接质量的同时还将极大的降低操作者的技能要求，缩短焊接技能培训的时间，节约焊接技能培训的成本。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (7)
1.一种带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，包括焊钳（3）和握把（4），焊接电缆（14）从所述握把（4）内穿入空心的固定座（2），再从所述固定座（2）上方穿出，通过夹头（5）连接所述焊钳（3），其特征在于：所述固定座（2）固定连接微型滑台机构（1），所述微型滑台机构（1）包括滑台（102），所述滑台（102）通过丝杠（103）和步进电机（101），所述滑台（102）和所述焊钳（3）连接，在所述步进电机（101）的驱动下，所述滑台（102）在丝杠（103）上能够移动，所述滑台（102）和所述焊钳（3）连接并能带动所述焊钳（3）同时移动，所述焊钳（3）和工件（12）之间设有霍尔电压传感器（6）用于检测电弧（11）的电压，在工件和电源（15）之间设有霍尔电流传感器（8），所述霍尔电压传感器（6）、所述霍尔电流传感器（8）、所述步进电机（101）都和控制电路板（7）连接，所述控制电路板（7）采集到所述霍尔电压传感器（6）中的电弧电压数据和所述霍尔电流传感器（8）中的电流数据，通过计算后控制步进电机（101），驱动所述滑台（102）移动，还包括旋转关节（9），所述旋转关节（9）包括旋转臂（902），所述旋转臂（902）通过拉紧弹簧（903）和旋转铰链（908）连接，定位架（901）设有方槽，并对旋转臂（902）在横向和竖向两个位置利用槽壁进行定位，所述旋转臂（902）在右端的所述定位架（901）的方槽内绕旋转铰链（908）旋转，所述旋转臂（902）左端设有连接孔（905），所述旋转臂（902）用于插入焊钳（3）右端套筒内，利用螺栓穿入连接孔（905）后进行固定，第一螺栓（906）连接定位架（901）和滑台连接板（904），第二螺栓（907）连接滑台连接板（904）和微型滑台机构（1）的滑台（102）。
2.如权利要求1所述的带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，其特征在于：还设有电磁式接近开关（13），用于对微型滑台机构（1）的滑台（102）进行限位。
3.如权利要求1所述的带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，其特征在于：所述固定座（2）上设置有启动开关（201）和滑台移动按钮（202）。
4.如权利要求1所述的带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，其特征在于：所述控制电路板（7）以单片机为核心。
5.如权利要求1所述的带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，其特征在于：所述微型滑台机构（1）和所述固定座（2）通过第三螺栓固定在一起。
6.如权利要求1所述的带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，其特征在于：所述旋转臂（902）右端为矩形结构。
7.如权利要求1所述的带弧长变化补偿的手工操作用智能焊条电弧焊枪系统，其特征在于：所述旋转臂（902）左端为圆柱形，所述连接孔（905）设置在圆柱形中。
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