CN209491432U - 一种具有电压采样功能的焊枪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电焊机技术领域，特别是一种具有电压采样功能的焊枪，包括导电嘴、连杆、手持部分、焊枪电缆、中央插头、焊丝通道，还包括第一采样端口、第二采样端口、采样模块和送丝机控制电路。第一采样端口从连杆上引入电弧电压正极信号；第二采样端口与工件连接，引入电弧电压负极信号；采样模块包括信号调理电路、稳压电路、处理器和通信芯片，将引入的电弧电压正极信号和电弧电压负极信号转换为模拟电压信号，并由处理器将模拟电压信号转换成数字电压信号，并将数字电压信号通过送丝机控制电路返回到焊机电源。本实用新型从焊枪端采样工作电压，实时反映了焊枪端电弧电压变化，排除了主机和到焊枪端电缆阻抗对电弧电压稳定性的影响。

Description

一种具有电压采样功能的焊枪

技术领域

本实用新型涉及一种电焊机技术，特别是一种具有电压采样功能的焊枪。

背景技术

传统手工电焊，工人需要一手把持焊炬在焊接位置引燃电弧，另一只手进行手工送丝，利用焊机正负机输出的电流产生的高温电弧熔化焊丝，使被接触的工件相结合，完成焊接过程。送丝是焊接过程中非常重要的一个操作环节，手工焊接的送丝方法采用焊工手指捻动焊丝来完成送丝过程，焊工操作送丝有安全隐患，而且，手工送丝准确性差、一致性差、送丝不稳定，容易导致了焊接生产效率低下，焊接成型一致性差。另外，焊工手持焊丝长度有限，长时间焊接时需要频繁拿取焊丝，焊接效率较低，且每段焊丝焊接完成时都会留存一小段焊丝无法使用，造成了浪费。

为了解决以上问题，目前现有技术大多采用半自动电焊机，添加了送丝机及半自动焊枪，送丝机包括电机驱动部分，半自动焊枪包括送丝软管及焊枪头，当主机将控制参数传输到送丝机时，电机驱动部分根据控制信号进行送丝驱动，焊丝通过送丝软管送到焊枪头。通过调整焊枪头能修正送丝的角度及焊接时的干伸长，以保证焊接的准确性、一致性和稳定性。

使用的过程中，在石油管道焊接、锅炉焊接等焊接精确度要求较高的行业，若出现焊接缺陷，将会带来不可预估的损失和严重的后果，所以需要对半自动焊接时的电压电流进行准确采样和精细控制。现有技术采用在主机输出端采样电压值，将采样值返回主机，再将采样值用于控制功率管，以实现电压的稳定输出，确保焊接的稳定性。这样采样电压的模式存在的不足在于，主机在远端，送丝机和焊枪在操作端，相隔十米甚至更长的距离，之间通过电缆实现控制信号和焊接电流传输，电流较大的情况下，电缆的阻抗是无法忽略的，在不同的作业现场，电缆的粗细、长短都不同，电缆上的压降也不同，造成了焊机输出端的电压会大于焊接电弧的实际电压，也造成了焊机输出端反馈回去的采样电压是焊机输出端的电压，并不是焊接电弧的真实电压。焊接电弧的工作电压与实际设置的焊机输出电压值不一致，不能保证焊接的准确性、一致性和稳定性，导致了对焊接电弧的精确控制无法实现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种具有电压采样功能的焊枪。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种具有电压采样功能的焊枪，包括导电嘴、连杆、手持部分、焊枪电缆、中央插头、焊丝通道，还包括第一采样端口、第二采样端口、采样模块和送丝机控制电路，

第一采样端口连接在连杆上，将电弧电压正极信号输入到采样模块；

第二采样端口与工件连接，通过工件与焊机电源负极相连,将电弧电压负极信号输入到采样模块；

采样模块包括信号调理电路、稳压电路、处理器和通信芯片，接收第一采样端口输出的电弧电压正极信号和第二采样端口输出的电弧电压负极信号，将电弧电压正极信号和电弧电压负极信号调理为模拟电压信号，再由处理器将模拟电压信号转换为数字电压信号，并将数字电压信号输出到送丝机控制电路；

送丝机控制电路将数字电压信号返回到焊机电源。

信号调理电路由电阻和运算放大器组成，构成差分放大电路，将电弧电压正极信号和电弧电压负极信号调理为模拟电压信号，并调整到处理器工作电压的范围。

处理器是具有AD转换功能的单片机，单片机将模拟电压信号转为数字电压信号，将数字电压信号输出到通信芯片。

通信芯片是MAX232芯片、MAX485芯片或者CAN总线芯片。

一种具有电压采样功能的焊枪，还包括显示模块，显示模块实时显示焊枪的工作电压。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、相对于传统的以焊机电源输出端的采样电压来对焊接电压进行闭环控制的控制模式。从焊枪采样的电压值更准确，实时反映了焊接电弧的电压变化，能排除正极电缆及负极电缆的阻抗对电弧电压稳定性的影响。

2、只需要在焊枪和送丝机之间增加控制电缆和采样电源线，充分利用了焊机电源与送丝机之间已有的控制电缆，将电压值反馈到焊机电源，结构简单，容易实现。

附图说明

图1是本实用新型一种具有电压采样功能的焊枪的原理示意图；

图2是本实用新型实施例1的焊枪电缆的截面图；

图3是本实用新型实施例1的采样电路框图；

图4是本实用新型实施例1的采样电路原理图；

图5是本实用新型实施例1的具有显示模块的采样电路框图。

图中标记：1-电阻R1，2-电阻R2，3-电阻R3，4-电阻R4，5-LM358，6-电阻R6，7-电阻R7，8-单片机，9-MAX485芯片，10-LM7805稳压芯片，11-稳压电容C1，12-稳压电容C2，13-胶皮，14-编织铜线，15-送丝软管。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种具有电压采样功能的焊枪如图1所示，导电嘴，用于和焊丝产生一个电流通道。连杆连接焊枪电缆，导电嘴安装在连杆上。中央插头包括导丝孔，用于将送丝软管对准送丝机的送丝部分，将焊丝顺利引导进送丝软管。送丝软管在焊枪电缆内部，如图2所示，从焊枪电缆的截面图可以看出，从外到内，依次为胶皮、编织铜线和送丝软管，焊丝经由送丝软管到达导电嘴。中央插头的另一个作用在于通过中央插座，将焊枪电缆和焊机电源电缆正极相连，焊接电流由焊机电源电缆正极流过中央插座，流过中央插头，流过焊枪电缆，流过连杆，流过导电嘴，焊丝将在导电嘴上获得电连接，焊丝伸出的端头会和工件之间产生电弧，焊接电流通过工件，流过焊机电源电缆负极，流回到焊机电源负极。手持部分，一般为塑料模具，内置焊枪开关。

除此之外，还包括第一采样端口、第二采样端口、采样模块和送丝机控制电路。第一采样端口输入端焊接在焊枪连杆上，第一采样端口输出端和采样模块输入端之间通过导线连接；第二采样端口输入端与工件连接，即是与焊机电源负极连接，第二采样端口的输出端和采样模块输入端之间通过导线连接，采样模块输出端与送丝机控制电路通过一对控制信号线连接，实现双向通信，采样模块的直流工作电压通过采样电源正极直接从送丝机控制电路上获取，采样模块的地线通过采样电源地线直接从送丝机电路上获取。采样模块从第一采样端口和第二采样端口分别获取焊枪的电弧电压正极信号和电弧电压负极信号，采样模块对获取的电弧电压正极信号和电弧电压负极信号进行差分放大，再由处理器将模拟电压信号转换为数字电压信号，并发送给通信芯片，通信芯片将数字电压信号传输到送丝机控制电路，送丝机控制电路将数字电压信号返回给焊机电源，工作原理框图如图3所示。

采样模块的电路原理图如图4所示。采样模块从送丝机控制电路中直接获取直流工作电压和接地信号，通过LM7805稳压芯片为采样模块提供+5V的稳定的工作电压，稳压电容C1和稳压电容C2起到了滤除毛刺，稳定工作电压的作用。

信号调理电路中，第二采样端口输出的电弧电压正极信号通过电阻R1输出到LM358的反向输入端，第一采样端口输出的电弧电压正极信号通过电阻R3输出到LM358的同相输入端，电阻R1和电阻R3分别为高阻值电阻，一般取值为1M～5M，并且R1＝R3，R6、R7构成了电阻分压，将R6、R7之间的电压限制在了2.5V，R2将LM358的输出信号反馈到反相输入端，并且R2＝R4。R2和R1的比值为差分放大电路的放大倍数。R1、R2、R3、R4、R6、R7和LM358共同构成了信号调理电路，实现了模拟电压信号的差分放大，将输出的模拟电压信号调整到满足处理器工作电压的范围，一般为2.5-5V，当输入的电弧电压正极和负极交换时，输出的模拟电压信号调整为0V-2.5V。

处理器采用具有AD转换功能的单片机，单片机读取信号调理电路输出的模拟电压信号，并将该模拟电压信号转换为数字电压信号输出到MAX485芯片中，MAX485芯片通过控制信号线3和控制信号线4，与送丝机控制电路建立通信链路，将数字信号发送到送丝机控制电路，送丝机控制电路将该数字信号通过信号线返回到焊机电源，焊机电源接收到数字信号，也即是接收到焊枪端反馈的电压值，根据反馈的电压值，调整焊机电源的输出，以保证焊枪端处于稳定的工作电压下，避免因电压采样失准而引起的焊接状态不稳定的情况。

作为本实施例的优选方案，通信芯片还可以为MAX232芯和CAN总线芯片，可根据送丝机的通信接口做调整。

作为本实施例的优选方案，还可在采样模块中增加显示模块，如图5所示，通过通信芯片MAX485将电流值从焊机电源中读取出来，直接从单片机中读取电压值，将焊接时的电压值、电流值显示在屏幕上，使用者可实时了解焊接的工作情况。

Claims (5)

1.一种具有电压采样功能的焊枪，包括导电嘴、连杆、手持部分、焊枪电缆、中央插头、焊丝通道，其特征在于，还包括第一采样端口、第二采样端口、采样模块和送丝机控制电路，

所述第一采样端口连接在所述连杆上，将电弧电压正极信号输入到所述采样模块；

所述第二采样端口与工件连接，通过所述工件与焊机电源负极相连,将所述电弧电压负极信号输入到所述采样模块；

所述采样模块包括信号调理电路、稳压电路、处理器和通信芯片，接收所述第一采样端口输出的电弧电压正极信号和所述第二采样端口输出的电弧电压负极信号，将所述电弧电压正极信号和电弧电压负极信号调理为模拟电压信号，再由处理器将模拟电压信号转换为数字电压信号，并将所述数字电压信号输出到所述送丝机控制电路；

所述送丝机控制电路将所述数字电压信号返回到焊机电源。

2.如权利要求1所述的一种具有电压采样功能的焊枪，其特征在于，所述信号调理电路由电阻和运算放大器组成，构成差分放大电路，将所述电弧电压正极信号和电弧电压负极信号调理为模拟电压信号，并调整到所述处理器工作电压的范围。

3.如权利要求1所述的一种具有电压采样功能的焊枪，其特征在于，所述处理器是具有AD转换功能的单片机，所述单片机将所述模拟电压信号转为所述数字电压信号，将所述数字电压信号输出到所述通信芯片。

4.如权利要求1所述的一种具有电压采样功能的焊枪，其特征在于，所述通信芯片是MAX232芯片、MAX485芯片或者CAN总线芯片中的一种。

5.如权利要求1-4任一所述的一种具有电压采样功能的焊枪，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块实时显示焊枪的工作电压。