CN212470258U - 一种手持激光焊枪的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种手持激光焊枪的控制系统，通过设置电压跟随器，可以减少霍尔电流传感器输出信号的损失以及信号失真，并且由于电压跟随器具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此，可以很好地减少反向比例电路的信号损失；同时能使信号快速地传递，减少电路中反馈信号的干扰。通过反向加法器将‑4V～4V双极性电压信号转换为‑1V～‑9V的双极性电压信号，通过反向比例电路，可以将‑1V～‑9V的双极性电压信号转换为0.25V～2.25V的单极性电压信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及手持激光焊接技术领域，尤其涉及一种手持激光焊枪的控制系统。
背景技术
目前，手持激光焊接器的控制系统一般是以单片机为控制部件，以直流伺服电机为驱动电机，通过单片机基本配置单元和扩展电路，采用串行通讯接口，进行焊接电源的启动控制和电弧电压和电流监测，单片机根据采集的电流量和模拟量实现电机的启停控制，单片机经过计算后，经过数据转换、PWM驱动接口、光电测速等电路的设计控制焊接过程。其中，在激光器的矢量控制系统中，激光电源的电流是控制算法中的重要过程参数，需要实时采集激光电源的电流。现有技术中，都是通过霍尔传感器采集激光电源的电流。若采用霍尔传感器检测电流，由于霍尔传感器输出的是-4V～4V信号，而单片机只采集单一极性的电压信号，则需要进行极性转换，因此，现有的电流采集电路已经不适用该场景了。因此，解决上述问题，本实用新型提供一种手持激光焊枪的控制系统，通过在电流采集电路中设置依次串联的电压跟随器、反向加法器和反向比例电路，将霍尔传感器输出的双极性信号转换成单极性信号，以便被单片机采集。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种手持激光焊枪的控制系统，通过在电流采集电路中设置依次串联的电压跟随器、反向加法器和反向比例电路，将霍尔传感器输出的双极性信号转换成单极性信号，以便被单片机采集。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种手持激光焊枪的控制系统，其包括单片机、霍尔电流传感器、电流采集电路和焊接电源，电流采集电路包括顺次串联的电压跟随器、反向加法器和反向比例电路；
霍尔电流传感器检测焊接电源输出电流值，并输出双极性电压信号，所述双极性电压信号通过顺次串联的电压跟随器、反向加法器和反向比例电路进入单片机的模拟输入端。
在以上技术方案的基础上，优选的，电压跟随器包括：电阻R94-R96、电容C30和运算放大器LM358；
霍尔电流传感器的输出端通过顺次串联的电阻R94和电阻R96与运算放大器LM358的引脚3电性连接，电阻R95的一端和电容C30的一端分别并联在电阻R96的两端，电阻R95的另一端与电容C30的另一端均接地，运算放大器LM358的引脚1分别与其引脚2和反向加法器的输入端电性连接。
进一步优选的，反向加法器包括：2.5V基准电压源、电阻R97-R100和运算放大器LM358；
运算放大器LM358的引脚1通过电阻R97与运算放大器LM358的引脚6电性连接，2.5V基准电压源通过电阻R98与运算放大器LM358的引脚6电性连接，电阻R99的两端分别并联在运算放大器LM358的引脚6和引脚7之间，运算放大器LM358的引脚7与反向比例电路的输入端电性连接，运算放大器LM358的引脚5通过电阻R100接地。
进一步优选的，反向比例电路包括：电阻R101-R103和运算放大器TL082A；
运算放大器LM358的引脚7通过电阻R101与运算放大器TL082A的引脚2电性连接，电阻R103的两端分别并联在运算放大器TL082A的引脚2和引脚1之间，运算放大器TL082A的引脚1与单片机的模拟输入端电性连接，运算放大器LM358的引脚3通过电阻R102接地。
进一步优选的，还包括D/A转换器和D/A外部接口电路；
D/A转换器的输入端与单片机的数字输出端电性连接，D/A转换器的输出端通过D/A外部接口电路与焊接电源的模拟控制端电性连接。
进一步优选的，D/A外部接口电路包括：顺次串联的放大器、第一电压跟随器、光电隔离器、第二电压跟随器和RC滤波器；
D/A转换器的输出端通过顺次串联的放大器、第一电压跟随器、光电隔离器、第二电压跟随器和RC滤波器与焊接电源的模拟控制端电性连接。
本实用新型的一种手持激光焊枪的控制系统相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置电压跟随器，可以减少霍尔电流传感器输出信号的损失以及信号失真，并且由于电压跟随器具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此，可以很好地减少反向比例电路的信号损失，类似在电路中起到缓冲的作用；同时能使信号快速地传递，减少电路中反馈信号的干扰；
(2)通过反向加法器将-4V～4V双极性电压信号转换为-1V～-9V的双极性电压信号，通过反向比例电路，可以将-1V～-9V的双极性电压信号转换为0.25V～2.25V的单极性电压信号；
(3)设置的反向比例电路是深度电压并联负反馈电路，理想情况下，反相输入端“虚地”，共模输入电压低；实现了反相比例运算，其放大倍数取决于电阻R103和R102之比，且运算放大器的输入端与输入端信号反相；电路的输入电阻不高，输出电阻很低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种手持激光焊枪的控制系统的结构图；
图2为本实用新型一种手持激光焊枪的控制系统中电流采集电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种手持激光焊枪的控制系统，其包括单片机、霍尔电流传感器、电流采集电路、焊接电源、D/A转换器和D/A外部接口电路。
单片机，用于接收电流采集电路输出的电压信号，以及输出控制焊接电源输出的数字信号。本实施例中，只对单片机的外设电路进行改进，并不涉及对单片机内部算法的改进，因此，在此不再累述单片机内部的算法。本实施例不限定单片机的型号，优选的，可以选用TMS320F2812芯片。
焊接电源，通过采样输出接口提供电压、电流的采样值，并将采集到的焊接电流和电压信号输送给单片机。
霍尔电流传感器，用于检测焊接电源提供的电流的采样值。
电流采集电路，对霍尔电流传感器输出的双极性电压值转换成单极性电压信号。本实施例中，电流采集电路包括顺次串联的电压跟随器、反向加法器和反向比例电路。其中，霍尔电流传感器检测焊接电源输出电流值，并输出双极性电压信号，所述双极性电压信号通过顺次串联的电压跟随器、反向加法器和反向比例电路进入单片机的模拟输入端。
电压跟随器，用于为了减少霍尔电流传感器输出信号的损失以及信号失真，并且由于电压跟随器具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此，可以很好地减少反向比例电路的信号损失，类似在电路中起到缓冲的作用；同时能使信号快速地传递，减少电路中反馈信号的干扰。
本实施例中，如图2所示，电压跟随器包括：电阻R94-R96、电容C30和运算放大器LM358；具体的，霍尔电流传感器的输出端通过顺次串联的电阻R94和电阻R96与运算放大器LM358的引脚3电性连接，电阻R95的一端和电容C30的一端分别并联在电阻R96的两端，电阻R95的另一端与电容C30的另一端均接地，运算放大器LM358的引脚1分别与其引脚2和反向加法器的输入端电性连接。其中，电阻R95、电阻R96和电容C30组成RC低通滤波器；电压跟随器的输入电压与其输出电压同相，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且就接近1，输出电压跟随电压跟随器的输入电压作形同的变化。本实施例中，由于霍尔电流传感器输出-4V～4V双极性电压信号，因此，经过霍尔电流传感器输出信号经过电压跟随器后，仍为-4V～4V双极性电压信号。
反向加法器，用于将-4V～4V双极性电压信号与2.5V基准电压相加再取反。本实施例中，如图2所示，反向加法器包括：2.5V基准电压源、电阻R97-R100和运算放大器LM358；具体的，运算放大器LM358的引脚1通过电阻R97与运算放大器LM358的引脚6电性连接，2.5V基准电压源通过电阻R98与运算放大器LM358的引脚6电性连接，电阻R99的两端分别并联在运算放大器LM358的引脚6和引脚7之间，运算放大器LM358的引脚7与反向比例电路的输入端电性连接，运算放大器LM358的引脚5通过电阻R100接地。其中，电压跟随器输出的-4V～4V双极性电压信号经过反向加法器与2.5V基准电压相加，得到-1V～-9V的双极性电压信号。
反向比例电路，其输入信号加在反相输入端，引入深度电压并联负反馈。集成运放工作在线性区，输出电压与输入电压相位相反，并且输入电阻偏小，输出电阻几乎为零，同时带负载能力强，输出电压稳定。本实施例中，如图2所示，反向比例电路包括：电阻R101-R103和运算放大器TL082A；具体的，运算放大器LM358的引脚7通过电阻R101与运算放大器TL082A的引脚2电性连接，电阻R103的两端分别并联在运算放大器TL082A的引脚2和引脚1之间，运算放大器TL082A的引脚1与单片机的模拟输入端电性连接，运算放大器LM358的引脚3通过电阻R102接地。其中，电阻R103是沟通输出和输入的通道，是电路的反馈网络；电阻R102为电路的平衡电阻；本实施例中，反向比例电路最后输出0.25V～2.25V的单极性电压信号。
D/A转换器，由于单片机提供的是数字量信号，而在焊接过程中焊接电源需要输入直流模拟电压信号，所以需要利用D/A转换器进行数模转换。本实施例中，选用TLV5636芯片实现数模转换功能。本实施例中，并不涉及对D/A转换器的改进，因此，在此不再累述。
D/A外部接口电路，对D/A转换器输出的模拟量进行放大滤波处理。本实施例中，D/A外部接口电路包括：顺次串联的放大器、第一电压跟随器、光电隔离器、第二电压跟随器和RC滤波器；其中，D/A转换器的输出端通过顺次串联的放大器、第一电压跟随器、光电隔离器、第二电压跟随器和RC滤波器与焊接电源的模拟控制端电性连接。
放大器，由于D/A转换器输出的模拟量信号较弱，因此，设置放大器对该模拟量进行放大。放大器可以选用常规的放大电路，本实施例不对放大器的结构和型号做限定，并且本实施例中，并不涉及对放大器的改进，因此，在此不再累述。
第一电压跟随器和第二电压跟随器，用于提高电路的负载能力。第一电压跟随器和第二电压跟随器均采用典型的电压跟随器结构，并且本实施例中，并不涉及对放大器的改进，因此，在此不再累述。
光电隔离器和RC滤波器，用于减少采样误差。本实施例中，并不涉及对放大器的改进，因此，在此不再累述。
本实施例的工作原理为：霍尔电流传感器采集焊接电源上的电流信号，并输出-4V～4V双极性电压信号，该-4V～4V双极性电压信号经过反向加法器被抬升为-1V～-9V的双极性电压信号，-1V～-9V的双极性电压信号经过反向比例电路被转换为0.25V～2.25V的单极性电压信号。
本实施例的有益效果为：通过设置电压跟随器，可以减少霍尔电流传感器输出信号的损失以及信号失真，并且由于电压跟随器具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此，可以很好地减少反向比例电路的信号损失，类似在电路中起到缓冲的作用；同时能使信号快速地传递，减少电路中反馈信号的干扰；
通过反向加法器将-4V～4V双极性电压信号转换为-1V～-9V的双极性电压信号，通过反向比例电路，可以将-1V～-9V的双极性电压信号转换为0.25V～2.25V的单极性电压信号；
设置的反向比例电路是深度电压并联负反馈电路，理想情况下，反相输入端“虚地”，共模输入电压低；实现了反相比例运算，其放大倍数取决于电阻R103和R102之比，且运算放大器的输入端与输入端信号反相；电路的输入电阻不高，输出电阻很低。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种手持激光焊枪的控制系统，其包括单片机、霍尔电流传感器、电流采集电路和焊接电源，其特征在于：所述电流采集电路包括顺次串联的电压跟随器、反向加法器和反向比例电路；
所述霍尔电流传感器检测焊接电源输出电流值，并输出双极性电压信号，所述双极性电压信号通过顺次串联的电压跟随器、反向加法器和反向比例电路进入单片机的模拟输入端。
2.如权利要求1所述的一种手持激光焊枪的控制系统，其特征在于：所述电压跟随器包括：电阻R94-R96、电容C30和运算放大器LM358；
所述霍尔电流传感器的输出端通过顺次串联的电阻R94和电阻R96与运算放大器LM358的引脚3电性连接，电阻R95的一端和电容C30的一端分别并联在电阻R96的两端，电阻R95的另一端与电容C30的另一端均接地，运算放大器LM358的引脚1分别与其引脚2和反向加法器的输入端电性连接。
3.如权利要求2所述的一种手持激光焊枪的控制系统，其特征在于：所述反向加法器包括：2.5V基准电压源、电阻R97-R100和运算放大器LM358；
所述运算放大器LM358的引脚1通过电阻R97与运算放大器LM358的引脚6电性连接，2.5V基准电压源通过电阻R98与运算放大器LM358的引脚6电性连接，电阻R99的两端分别并联在运算放大器LM358的引脚6和引脚7之间，运算放大器LM358的引脚7与反向比例电路的输入端电性连接，运算放大器LM358的引脚5通过电阻R100接地。
4.如权利要求3所述的一种手持激光焊枪的控制系统，其特征在于：所述反向比例电路包括：电阻R101-R103和运算放大器TL082A；
所述运算放大器LM358的引脚7通过电阻R101与运算放大器TL082A的引脚2电性连接，电阻R103的两端分别并联在运算放大器TL082A的引脚2和引脚1之间，运算放大器TL082A的引脚1与单片机的模拟输入端电性连接，运算放大器LM358的引脚3通过电阻R102接地。
5.如权利要求1所述的一种手持激光焊枪的控制系统，其特征在于：还包括D/A转换器和D/A外部接口电路；
所述D/A转换器的输入端与单片机的数字输出端电性连接，D/A转换器的输出端通过D/A外部接口电路与焊接电源的模拟控制端电性连接。
6.如权利要求5所述的一种手持激光焊枪的控制系统，其特征在于：所述D/A外部接口电路包括：顺次串联的放大器、第一电压跟随器、光电隔离器、第二电压跟随器和RC滤波器；
D/A转换器的输出端通过顺次串联的放大器、第一电压跟随器、光电隔离器、第二电压跟随器和RC滤波器与焊接电源的模拟控制端电性连接。
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| CN115826663A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-21 | 鲁欧智造(山东)高端装备科技有限公司 | 一种高精度双极性数控恒流源控制系统 |
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