CN1201893C - 一种具有异常保护功能的工模具修补机 - Google Patents

Abstract

一种具有异常保护功能的工模具修补机，包括输出正极、输出负极及其控制电路，输出正极与工件电连接，输出负极与焊头电连接，所述的控制电路包括：工作电源电路、电容储能电路、放电开关电路和放电控制电路，其中，所述的放电控制电路包括脉冲发生电路和输出激励电路，脉冲发生电路的输出端接输出激励电路的输入端，输出激励电路的输出端即为整个放电控制电路的输出端；其特征在于，还包括有一异常保护电路，包括顺次连接的信号检测电路、比较放大电路、触发锁定电路和关断执行电路，其中信号检测电路的一个输入端接输出激励电路的输入端，另一个输入端直接接输出负极，关断执行电路的输出端接输出激励电路的输入端。本发明的检测灵敏度高，遇异常操作时关断迅速，整个保护电路的反应时间小于0.2毫秒。

Description

一种具有异常保护功能的工模具修补机

技术领域

本发明涉及一种工模具修补机，特别是一种具有异常保护功能的工模具修补机。

背景技术

工模具修补机的工作原理为：将修补材料(为钢铁或不锈钢或其他合金粉末)置于待修补的工模具表面，并分别作为正负两极，通过特定的脉冲电能输出电路从正负两极输出能量使它们相互接触的局部迅速发热而熔接在一起，从而达到修补工模具的目的。

最初的工模具修补机，其脉冲电能输出电路一般都采用大功率可控硅(晶闸管)及脉冲变压器，如94217712.6号的中国实用新型专利《工模具修补机》就是如此，其缺点在于一是大功率可控硅容工作于高压大电流状态容易产生谐波干扰，二是脉冲变压器的功率会使输出能量受到限制，同时脉冲变压器的存在使修补机具有较大的重量。

为此，本人的在先实用新型专利97242910.7号的《一种工模具修补机》提供了一种采用低压大电容及场效应管作为储能放电元件的低压储能式工模具修补机，它包括输出正极、输出负极及其控制电路，输出正极通过工件连接器与工件电连接，输出负极通过焊头与补材电连接，其特征在于所述的输出正极、输出负极的控制电路包括：电源电路、电容储能电路和放电控制电路，电容储能电路包括作为储能元件的多个相互并联的低压大容量电容组和作为开关元件的多个相互并联的场效应管组，电容组并联在电源电路的输出两端，电容的正极共接直接作为输出正极，电容的负极共接场效应管组的各源极，场效应管组的各漏极共接作为输出负极，场效应管组的各控制栅极共接放电控制电路的输出端。

然而，在实践中发现，工模具修补机在修补工件时，如操作不当会发生拉弧放电而损伤工件现象，特别是修补模具型腔时焊头滑脱而碰到完好表面造成拉弧损伤影响更大。00249753.0号的中国实用新型专利《智能保护工模具修补机》通过增设一保护电路，解决了因焊头接触工件的时间迟于脚踏开关启动时间或因焊头脱离工件较长时间(大于10毫秒)而引起的焊头与工件的放电拉弧问题，但仍然无法解决修补模具型腔时焊头滑脱并碰到完好表面而造成拉弧操作、烧伤工件的问题，其原因在于该不当操作在不到1毫秒内发生，而该专利因其电路设计的自身局限，其保护电路的反应时间在6毫秒以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种其保护电路的反应速度快得足以有效解决因焊头滑脱损伤工件的问题的工模具修补机。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：具有异常保护功能的工模具修补机包括输出正极、输出负极及其控制电路，输出正极与工件电连接，输出负极与焊头电连接，所述的控制电路包括：工作电源电路、电容储能电路、放电开关电路和放电控制电路，其中，电容储能电路由作为储能元件的多个并联在工作电源电路输出两端的低压大容量电容组构成，电容组共接的正极即为输出正极，电容组共接的负极则与工作电源的负极相接，放电开关电路的输出端即作为输出负极与焊头电连接，放电开关电路的控制端则与放电控制电路的输出端相接；所述的放电控制电路包括脉冲发生电路和输出激励电路，脉冲发生电路的输出端接输出激励电路的输入端，输出激励电路的输出端即为整个放电控制电路的输出端；其特征在于，还包括有一异常保护电路，包括顺次连接的信号检测电路、比较放大电路、触发锁定电路和关断执行电路，其中信号检测电路的一个输入端接输出激励电路的输入端，另一个输入端直接接输出负极，关断执行电路的输出端接输出激励电路的输入端。

所述的放电开关电路以采用多个相互并联的场效应管组为佳：场效应管组的各源极共接电容组的共接负极，各漏极共接作为输出负极，场效应管组的各控制栅极共接放电控制电路的输出端。

与现有技术相比，本发明的优点在于直接从输出激励电路的输入端和输出负极采集比较信号，因此不管是何种异常操作，只要焊头与工件脱离，能立即检测出异常信号，并通过引入另一路幅度度相同、相位相反的驱动信号来抵消输出负极端正常导通时的低电平以保护工件，从而大幅度提高了检测灵敏度；同时，在保护控制部分还采用将驱动脉冲信号直接短路入地的方法，迅速关断功率输出，使整个保护电路的反应时间小于0.2毫秒。

附图说明

图1为本发明实施例的电路原理框图。

图2为本发明实施例的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2所示，具有异常保护功能的工模具修补机包括输出正极①、输出负极⑥及其控制电路，输出正极①通过工件连接器②与工件③电连接，输出负极⑥通过焊头⑤与补材④电连接；

所述的输出正极①、输出负极⑥的控制电路包括：工作电源电路、电容储能电路、放电开关电路和放电控制电路；

工作电源电路顺次包括浪涌抑制电阻R1、变压器B1、B2、熔断器RD、桥式整流二极管组D1～D4，其中变压器B1、B2的初级线圈相互并联，次级线圈相互串联，而且B2的初级线圈上接有粗调开关K1之K1-1(K1为一双刀双掷开关)，K1-1的a、b端与B2的初级线圈相串联，K1-1的a、c端与其并联，当开关K1-1的a、c端闭合时，B2的初级线圈被短路而失电，其次级线圈电势为零，因而输出电压降低，可起到粗调输出功率的作用；

电容储能电路由多个相互并联的低压大容量电容组构成，放电开关电路多个相互并联的场效应管组构成，在本实施例中分别采用5个电容C1～C5电容和12个场效应管T1～T12，电容C1～C5的正极共接作为输出正极①，它们的负极共接场效应管组T1～T12的各源极，T1～T12的各漏极共接作为输出负极⑥，各控制栅极共接放电控制电路的输出端；在场效应管T1～T12的漏极与电源输出正极之间串接有一保护二极管D5；

当各场效应管T1～T12导通时，放电电流从电容C1～C5正极(即输出正极①)→工件连接器②→工件③→补材④→焊头⑤→输出负极⑥→场效应管T1～T12→电容C1～C5负极构成完整的放电回路，由于工件连接器②的电阻很小(约10毫欧)，因而绝大部分功率加在工件③与补材④的连接处，使其迅速熔接在一起。

所述的放电控制电路包括由启动整形电路、连续脉冲发生电路和脉宽控制电路构成的脉冲发生电路、输出激励电路以及异常保护电路：

启动整形电路以运放F2为中心元件，同相端经电阻R41、R42接脚踏启动开关K2的a端(K2为一单刀双掷开关)，K2的c端直接接电源，b端接地，其反相端接稳压二极管D7的阴极，稳压二极管D7与电阻R31串接在电源V的两端构成一基准电位电源；正反馈电阻R40跨接在F2的同相端与输出端之间，电容C12的负极接地，正极接电阻R14的另一端；运放F2的输出端接单次/连续控制开关K3的c端；

连续脉冲发生电路以555芯片TS1为中心元件，配合外围的电阻R14、R15及电容C6、C7构成一多谐振荡器，一般振荡频率设定在3Hz左右，其输出端out接控制开关K3的b端，其复位端R接三极管T13的集电极，T13的发射极接地，其基极接电阻R18与R17的共接点，电阻R18、R17串接在运放F2输出与地之间的回路上，因而三极管T13的基极电位受运放F2的输出控制；

脉宽控制电路以555芯片TS2为中心元件，配合其外围的三极管T14、电容C9、C10、电阻R19～R23及电位器W1构成一单稳态触发器，TS2的放电端D、阈值端TH共接三极管T14的集电极，并经电容C9接地，三极管T14的发射极经电阻R23接电源正极，基极经电阻R21接电位器W1、电阻R20后接地，电位器W1的另一端经电阻R19接电源正极，三极管T14、电阻R23、R21、R20、R19及电位器W1构成一可控恒流电路对电容C9充电，恒流值由R23阻值和W1的动点位置决定；电容C8、电阻R22、R29构成一微分触发电路，其一端接开关K3的a端，另一端接TS2的触发端TR；

输出激励电路主要由相互串接的推挽三极管T16、T17构成，它们的基极共接并经电阻R28与TS2的输出端OUT相连，T16的集电极经电阻R30接12V的电源正极V+，T17的集电极接地，T16、T17共接的发射极即为整个放电控制电路的总输出端，分别经电阻R2～R13接场效应管T1～T12的控制栅极；改变R30的阻值可调节熔接电流的上升速率。

功率稳定电路以运放F1为中心元件，其同相端经电阻R32接稳压二极管D7阴极，得到基准电位，F1的反相端经电阻R33、R34、R43接储能电容的正极，电阻R33与电阻R34共接点再接电阻R36后接储能电容的负极，电阻R35跨接在F1的反相端和输出端之间，F1的输出端经电阻R27接脉宽控制电路的TS2之控制端CO；其中电阻R43还并联有初调开关K1之K1-2的a、c端，当K1的a、c端闭合时，一方面K1-1短路变压器B2的初级线圈使最后的储能电容输出电压降低，另一方面K1-2同时短路R43，减小电阻(R34+R43)与R36的阻值比，使运放F1的反相端电位基本保持不变，保证F1的工作点基本不变，从而保证整个放电控制电路正常工作。

异常保护电路包括顺次连接的信号检测电路、比较放大电路、触发锁定电路和关断执行电路：

信号检测电路由电阻R44、二极管D8、D9、电阻R45、可调电阻W2、电阻R46、电容R13以及电阻58构成，电阻R44的一端接输出激励电路的输入端，另一端一路经二极管D8接输出正极，另一路则串接二极管D9、电阻R45、可调电阻W2、电阻R46接输出负极，电容C13则并联在电阻R46的二端，其作用是将经过功率放大后被延迟的信号提前，使其与参照信号在相位上对齐；电阻R58则接在输出负极与地之间，以便在焊头与工件脱离时，将电路中的累计电荷迅速对地放电，以加快保护电路的反应速度；其中可调电阻W2的可调中间端即为信号检测电路的输出端；其中二极管D8作用是将脉冲幅度钳位，使参照脉冲的幅度与信号脉冲的幅度对齐；二极管D9的主要作用是阻断低电平信号，使检测信号不受其影响；

比较放大电路以PNP型三极管T18为核心元件，T18的基极与所述可调电阻W2的可调中间端相连，集电极经电阻R48接地，发射极一路经电阻R47接输出正极，另一路经电阻R49接地；在三极管T18的集电极与地之间还可接有滤波电容C14，以滤除尖峰干扰，在三极管T18的发射极与地之间还可接有旁路电容C15；

触发锁定电路以二个接成正反馈互锁关系的三极管T19、T20为核心，T19的基极经电阻R53接T20的集电极，T20的基极则经电阻R52接T19的集电极；同时，T19的基极经电阻R50与三极管T18的集电极相连，T19的集电极经电阻R51与控制电路电源正极V+相连，T19的发射极则与脚踏启动开关K2之固定端a；而T20的基极经电阻R54接地，T20的集电极经电阻R55与控制电路电源正极V+相连，T20的发射极接地；其中三极管T20的集电极即为触发锁定电路的输出端；

关断执行电路以三极管T21为核心元件，其基极经电阻R56接三极管T20的集电极，其发射极接地，并在基极与发射极之间接有电阻R57，其集电极即为输出端接输出激励电路的输入端。

为能在实际使用中灵活地选择异常保护电路的工作与否，可在所述的三极管T20之集电极与所述的三极管T21之基极之间串接一单刀双掷型开关K4，其中三极管T20之集电极经电阻R56接K4的固定端a，K4的b端接电阻R57，c端接地，这样当K4的a、c端闭合时，异常保护电路就不起作用。

为能在异常发生时报警示意，在所述的异常保护电路中还可设置一报警电路，可采用现有技术中的各种声光报警电路，只需将其信号输入端与三极管T20的集电极相连即可，具体电路略。

整个放电控制电路的工作过程为：首先由开关K3选择单次脉冲方式还是连续脉冲方式；

当开关K3的a、c端闭合时，即为单次脉冲方式，此时连续脉冲发生电路的输出不起作用，当启动整形电路的脚踏启动开关K2的a、b端闭合时，运放F2的同相端电位低于反相端电位，经电阻R40的正反馈F2的输出端被锁定在低电位，此后只要K2的a、c端不闭合，F2也就保持输出低电位不变，避免了因触点抖动引起的误触发；F2输出的负跳变通过C8、R22等构成的微分电路触发脉宽控制电路，TS2输出端OUT输出高电平，经输出激励电路放大后控制场效应管组T1～T12导通，于是储能电容组C1～C5一起向工件及补材放电，与次同时电容C9被由三极管T14、电阻R23、R21、R20、R19及电位器W1构成的恒流电路充电，当电容C9上的电压超过TS2的控制端CO电位时，TS2输出端OUT翻转恢复至稳态，场效应管组T1～T12关断，电容组C1～C5停止放电而开始重新充电；

当开关K3的a、b端闭合时，连续脉冲发生电路输出起作用，即为连续脉冲方式；当开关K2的a、c端闭合时(K2复位)，运放F2输出高电平，三极管T13导通，TS1的复位端R为零电位，TS1不工作，而当开关a、b端闭合时，运放F2输出低电压，三极管T13截止使TS1的R端由0V变为约12V，振荡电路起振，脉冲信号从TS1的输出端OUT输出，经开关K3、电容C8触发脉宽控制电路，使TS2输出频率为约3Hz的宽度可调高电平脉冲，经输出激励电路放大后控制场效应管组T1～T12间隔导通，使储能电容组间隔放电。

而异常保护电路的工作过程为：信号检测电路一端由电阻R44、二极管D9、电阻R45和可调电阻W2从三极管T16、T17基极取出正极性脉冲作参照信号，另一端由电阻R46、可调电阻W2取出焊头接触状态的信号，该信号在正常情况下是负极性脉冲，脉冲顶部幅度为主电源幅值，底部电压幅度为场效应管的导通压降：两个互为反相的信号通过电阻R45、R46分别加在可调电阻W2的两端求和，结果在W2的可调中间端输出。

在正常焊补时，调节可调电阻W2可以使三极管T18处于基极电位比发射极电位低0.5V的临界状态，三极管T18的集电极刚好无输出；

此时，如脚踏启动开关K2没有被踩下时，其a端接在高电平，则三极管T19截止，而三极管T20饱和导通，T20的集电极输出低电平，三极管T21截止，不影响正常焊补；

如脚踏启动开关K2被踩下时，则其a端被接地，但由于此时T18的集电极无输出而为0V，因此三极管T19仍然处于截止状态，三极管T20仍然饱和导通，T20的集电极仍然输出低电平，三极管T21仍处于截止状态，也不影响正常焊补；

当修补机在焊补工作过程中发生焊头接触不良或开路时，可调电阻W2的可调中间端输出电压降低，三极管T18进入放大状态，通过R50使三极管T19的基极电位上升，当达到0.6V时，三极管T19进入放大区，其集电极电位下降，三极管T20的基极电位也随之下降，当下降到一定数值时，电路进入正反馈状态，三极管T20截止，其集电极输出高电平，三极管T21迅即导通，于是三极管T16、T17的基极电位被接地而关断，场效应管组T1～T12也就被迅速关断，从而使工件得到保护。此后，只要脚踏启动开关K2不放松，电路就一直被锁定，不受焊头接触情况的影响，放松脚踏开关K2，其a、c端闭合，则三极管T19因发射极被接在高电平而截止，同时，三极管T20导通，其集电极输出低电平，三极管T21截止，允许修补机再次工作。

Claims (10)

1、一种具有异常保护功能的工模具修补机，包括输出正极、输出负极及其控制电路，输出正极与工件电连接，输出负极与焊头电连接，所述的控制电路包括：工作电源电路、电容储能电路、放电开关电路和放电控制电路，其中，

电容储能电路由作为储能元件的多个并联在工作电源电路输出两端的低压大容量电容组构成，电容组共接的正极即为输出正极，电容组共接的负极则与工作电源的负极相接，放电开关电路的输出端即作为输出负极与焊头电连接，放电开关电路的控制端则与放电控制电路的输出端相接；

所述的放电控制电路包括脉冲发生电路和输出激励电路，脉冲发生电路的输出端接输出激励电路的输入端，输出激励电路的输出端即为整个放电控制电路的输出端；

其特征在于，还包括有一异常保护电路，包括顺次连接的信号检测电路、比较放大电路、触发锁定电路和关断执行电路，其中信号检测电路的一个输入端接输出激励电路的输入端，另一个输入端直接接输出负极，关断执行电路的输出端接输出激励电路的输入端。

2、根据权利要求1所述的具有异常保护功能的工模具修补机，其特征在于所述的放电开关电路采用多个相互并联的场效应管组：场效应管组的各源极共接电容组的共接负极，各漏极共接作为输出负极，场效应管组的各控制栅极共接放电控制电路的输出端。

3、根据权利要求1或2所述的具有异常保护功能的工模具修补机，其特征在于在所述的异常保护电路中，

信号检测电路由电阻(R44)、二极管(D8、D9)、电阻(R45)、可调电阻(W2)、电阻(R46)、电容(R13)及电阻(R58)构成，电阻(R44)的一端接输出激励电路的输入端，另一端一路经二极管(D8)接输出正极，另一路则串接二极管(D9)、电阻(R45)、可调电阻(W2)、电阻(R46)接输出负极，电容(C13)则并联在电阻(R46)的二端，其中可调电阻(W2)的可调中间端即为信号检测电路的输出端，电阻(R58)则接在输出负极与地之间；

比较放大电路以PNP型三极管(T18)为核心元件，三极管(T18)的基极与所述可调电阻(W2)的可调中间端相连，集电极经电阻(R48)接地，发射极一路经电阻(R47)接输出正极，另一路经电阻(R49)接地；

触发锁定电路以二个接成正反馈互锁关系的三极管(T19、T20)为核心，三极管(T19)的基极经电阻(R53)接三极管(T20)的集电极，三极管(T20)的基极则经电阻(R52)接三极管(T19)的集电极；同时，三极管(T19)的基极经电阻(R50)与三极管(T18)的集电极相连，三极管(T19)的集电极经电阻(R51)与控制电路电源正极(V+)相连，三极管(T19)的发射极则与一单刀双掷型开关(K)之固定端相连，该单刀双掷型开关(K)的活动端则在控制电路电源(V+)与地之间切换；而三极管(T20)的基极经电阻(R54)接地，三极管(T20)的集电极经电阻(R55)与控制电路电源正极(V+)相连，三极管(T20)的发射极接地；其中三极管(T20)的集电极即为触发锁定电路的输出端；

关断执行电路以三极管(T21)为核心元件，其基极经电阻(R56)接三极管(T20)的集电极，其发射极接地，并在基极与发射极之间接有电阻(R57)，其集电极即为输出端接输出激励电路的输入端。

4、根据权利要求3所述的具有异常保护功能的工模具修补机，其特征在于所述的三极管(T18)的集电极与地之间还接有滤波电容(C14)。

5、根据权利要求3所述的具有异常保护功能的工模具修补机，其特征在于所述的三极管(T18)的发射极与地之间还接有旁路电容(C15)。

6、根据权利要求3所述的具有异常保护功能的工模具修补机，其特征在于所述的三极管(T20)之集电极与所述的三极管(T21)之基极之间还串接有一单刀双掷型开关(K4)，其中三极管(T20)之集电极经电阻(R56)接开关(K4)的固定端(a)，开关(K4)的(b)端接电阻(R57)，(c)端接地。

7、根据权利要求3所述的具有异常保护功能的工模具修补机，其特征在于所述的输出激励电路主要由相互串接的推挽三极管(T16、T17)构成，它们的基极共接作为输入端，并经电阻(R28)接脉冲发生电路的输出端，三极管(T16)的集电极经电阻(R30)接控制电路电源正极(V+)，(T17)的集电极接地，三极管(T16、T17)共接的发射极即为输出端，也即整个放电控制电路的总输出端。

8、根据权利要求3所述的具有异常保护功能的工模具修补机，其特征在于所述的脉冲发生电路由启动整形电路、连续脉冲发生电路和脉宽控制电路构成，其中

启动整形电路以运放(F2)为中心元件，并由串接在控制电路电源(V)的两端的稳压二极管(D7)与电阻(R31)构成基准电位电源，运放(F2)的同相端经电阻(R41、R42)接单刀双掷型的脚踏启动开关(K2)之固定端(a)，开关(K2)的(c)端直接接电源，(b)端接地，其反相端接基准电位电源——即稳压二极管(D7)的阴极，正反馈电阻(R40)跨接在运放(F2)的同相端与输出端之间，运放(F2)的输出端接单次/连续控制开关(K3)的(c)端；所述的开关(K2)即可作为与所述触发锁定电路中的三极管(T19)发射极相连的开关(K)；

连续脉冲发生电路以555芯片(TS1)为中心元件，配合外围的电阻(R14、R15)及电容(C6、C7)构成一多谐振荡器，其输出端(out)接控制开关(K3)的(b)端，其复位端(R)接三极管(T13)的集电极，三极管(T13)的发射极接地，其基极接电阻(R18)与(R17)的共接点，电阻(R18、R17)串接在运放(F2)输出与地之间的回路上；

脉宽控制电路以555芯片(TS2)为中心元件，配合其外围的三极管(T14)、电容(C9、C10)、电阻(R19～R23)及电位器(W1)构成一单稳态触发器，三极管(T14)、电阻(R23、R21、R20、R19)及电位器(W1)构成一可控恒流电路对电容(C9)充电，电容(C8)、电阻(R22、R29)构成一微分触发电路，其一端接开关(K3)的(a)端，另一端接555芯片(TS2)的触发端(TR)；其中555芯片(TS2)的输出端(OUT)即为整个脉冲发生电路的输出端。

9、根据权利要求3所述的具有异常保护功能的工模具修补机，其特征在于所述的放电控制电路还包括有功率稳定电路：以运放(F1)为中心元件，其同相端经电阻(R32)接接基准电位电源——即稳压二极管(D7)的阴极，其反相端经电阻(R33、R34、R43)接储能电容的正极，电阻(R33)与电阻(R34)共接点再接电阻(R36)后接储能电容的负极，电阻(R35)跨接在运放(F1)的反相端和输出端之间，运放(F1)的输出端经电阻(R27)接脉宽控制电路的555芯片(TS2)之控制端(CO)。

10、根据权利要求1或2所述的具有异常保护功能的工模具修补机，其特征在于所述的工作电源电路顺次包括浪涌抑制电阻(R1)、变压器(B1、B2)、熔断器(RD)、桥式整流二极管组(D1～D4)，其中变压器(B1、B2)的初级线圈相互并联，次级线圈相互串联，而且变压器(B2)的初级线圈上接有粗调开关(K1)之(K1-1)，开关(K1)为一双刀双掷开关，开关(K1-1)的(a、b)端与(B2)的初级线圈相串联，开关(K1-1)的(a、c)端与其并联；初调开关(K1)之(K1-2)的(a、c)端并联在电阻(R43)的两端。

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