CN2302085Y - 微机控制自动螺柱焊机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种由微机控制的自动螺柱焊机。该机的特点是,采用全控桥和半控桥相并联的晶闸管整流电路。利用电流波形调制实现螺柱焊接过程。配以合适的微机控制系统,可焊接直径为2～8mm不同形状的螺丝钉和T形钉,能够实现在0.8mm厚的钢板上焊直径为8mm的螺柱,为汽车车身专用螺柱焊接生产,实现自动、半自动高速流水作业生产方式,为我国的焊接史上写下了新的篇章。

Description

微机控制自动螺柱焊机

本实用新型涉及一种螺柱焊接装置，特别是代有微机控制的对较薄的镀锌的金属钢板的自动螺柱焊机。

目前国产的电弧螺柱焊机受螺柱直径与金属钢板的厚度传统比例的限制，不能进行这样薄的板焊接螺柱。而电容储能式螺柱焊机，虽然能进行一般薄板焊接，但其输出电流波形单一，不具备输出电流波形可控性。因此不能用于镀锌钢板的螺柱焊接。更谈不上在轿车车身焊装线上去应用。

本实用新型的任务是要提供一种改进的电弧螺柱焊机。能将直径2～8mm的螺柱焊在较薄的镀锌钢板上，并且保证全断面熔合的焊接接头具有较高的接头强度。并能够满足高速流水作业的生产要求，能够实现特殊形状T型钉的焊接、焊机能够配合送料机构实现自动、半自动焊接过程。

本实用新型是以如下方式完成的：

(1)本实用新型焊接电源主电路，采用两套晶闸管整流式焊接电源并接在变d压器的次级，一套是全控桥晶闸管整流电源，另一套是半控桥晶闸管整流电源。当焊接时，先启动半控桥晶闸管整流电源，当引弧电流结束时，同时启动两套电源(即大、小电流叠加)，保证了焊接的可靠性、焊接电流和焊接时间的可控性。

(2)采用微机控制电路：采用8031、6264、27512、74HC57构成单片机最小系统为核心(CPU)，和扩展接口8155、ADC0820，多路模拟开关4051等组成控制系统硬件，和其程序流程图等软件，实现了本实用新型的自动、半自动焊接功能。

a)键盘、显示系统：是管理和协调整个控制系统。是以8031为核心所构成单片机，通过外扩接口与键盘和显示条相连接完成设定和显示，由波形控制电路和时序控制电路所共同组成的微机系统进行主、从机串行通讯，完成焊接信息和故障信息的传送。

b)波形控制电路：是实现轿车车身螺柱焊接的关键部分。半控桥晶闸管在焊接过程中导通角不变，焊接电流可以在一定范围内，通过改变全控桥晶闸管的导通角来实现调节的。波形控制电路和时序控制电路共同组成以8031单片机为核心的微机系统，通过不同接口电路完成各自的功能。波形控制电路的触发是由“TCA785”的输出口接的触发电路来完成的。由微机电路给定的焊接电流和触发角，由触发电路产生恒定导通角的触发脉冲，使全控桥焊接电源工作。

c)时序控制电路：

和波形控制电路相配合，完成螺柱焊接过程中的自动送料和焊接时在焊枪中的提升和下落过程。控制电路接收由焊枪和送料机外部设备传来的信号，经微机处理，向外部设备发出指令，使其按一定时序顺序动作。

因此，本实用新型由于上述的措施的实施，能将3～8mm直径的螺柱焊在0.8mm厚的镀锌钢板上，得到全断面熔合的焊接接头，具有较高的接头强度，焊后钢板的背面镀层不破坏，没有明显压痕，并有较高的效率，能够满足高速流水作业和特殊形状T型钉的焊接要求。能够配合送料机实现自动焊接过程，而且降低控制器的硬件造价，缩小体积、降低功耗，消除模拟电路中的零点漂移，适用范围广。为我国焊接史上写下了新的一页，是焊接领域的新崛起。

以下结合附图对本实用新型作进一步的描述：

附图1：为本实用新型的原理方框图。

附图2：为本实用新型主电路图。

附图3：为本实用新型触发电路图。

附图4：为本实用新型I/O输入/输出电路图

附图5：为本实用新型微机控制电路图。

附图6：为本实用新型焊枪，送料机控制电路图。

附图7：为本实用新型微机控制电路的程序流程图。

附图1，一个具有微机控制自动螺柱焊机，由主电路(2)、触发电路(3)I/O输入/输出控制电路(4)、CPU微机控制电路(5)和焊枪、送料机控制电路(6)组成。

1、主电路(2)：由两套并联的晶闸管整流电路组成，并接在降压变压器B的次级。其一由SCR₄、SCR₆、SCR₂为共阳极组晶闸管与SSCR₁、SCR₃、SCR₅为共阴极组晶闸管组成全控桥整流电路。其二由SCR₇、SCR₃、SCR₅为共阴极组晶闸管与D₁、D₂、D₃共阳极二极管组成半控桥整流电路，(有一些分离元件，C₁-C₆，R₁-R₆分别接在所需对应的位置)，R_w并接在整流电路的输出端，R_x∥C_x∥D₄并接在半桥的输出端，D₅与L₂∥R_L串接在半桥的共阳极二极管输出支路上，由触发电路(3)来的脉冲先触发半桥晶闸管，可输出小电流，由小电流电弧燃烧破坏钢板上的镀锌层之后，再触发全桥晶闸管整流电路，可输出大电流，即小电流和大电流叠加，即全桥整流电路及半桥整流电路，同时加触发脉冲时，两种电流(大、小电流)叠加输出，

2、触发电路(3)：由附图3给出，芯片TCA(U₁)785为核心，有两套触发脉冲输出电路：①由U₁(TCA)的15脚→N₄→R₃→P₁(BD237)→M₁→到R₁的两端→ab；②U₁(TCA)的15脚→N₇→R₅→P₂(BD237)→M₂→到R₂的两端→cd；输出的触发脉冲分别加到主电路(2)的全控桥和半控桥的晶闸管上。由微机控制电路(5)输出的同步电压信号U₅，加到芯片TCA(U₁)785的“5”脚，为正弦波信号。输入“6”脚为焊接电流时间控制信号，它控制触发电路(3)的脉冲的输出与封锁。输入“11”脚为焊接电流幅值控制信号U₁₁(0～10伏)变化；电流从200A～1000A范围内变化。

3、I/O输入、输出控制电路(4)：“参照附图4”

A区：从D区中U₃(8155)输出接口，分别通过反相器U_BD：A与R₉、U_BE：A与R₇、U_BF：A与R₈和光电耦合器U_15A、U_15B、U_15C分别相接。U_15B、U_15C分别输出一个小电流和大电流的时间控制信号电压，通过34针插座(34PIN)的“9-8”脚和“7-6”脚引出。输入到附图(3)的U₁(TCA→7850)的“6”脚。从U₄(NE5020)D/A转换器D₀-D₇(2～7脚)输入不同的数字量，则在其右边“20”脚输出不同的模拟量至R₄₈→U₁₄(AD202)→U₁₇(4051)的八路模拟开关的“3”脚，通过程序流程图(7)，可决定从X₀-X₇中的输出口输出，分别加到运算放大器U_18：A和U_18：B的输入端，其输出分别通过34针插座(34PIN)的“13-12”脚、和“11-10”脚引出，作为主电路(2)的引弧电流(即小电流)的幅值控制和焊接电流(大电流)幅值控制信号。

B区：从34针插座(34PIN)的“21、19”脚采样分流来的信号通过隔离放大器U₁₃(AD202)，放大后其输出经R₁₇→U₅(4051)的“13”脚输入，从其“3”脚输出→U₂(ADC0820)的输入端“1”脚→总线→CPU微机控制电路(5)。

C区：本区主要功能是检测实际焊接电压值，其电路：由U₁₆(4051)、U₁₁(AD202)、U_8B→R₆→U_12C、U_8C→R₁₁→U_12B、U_8A→R₁₀→U_12A及U₅(4051)、U₂(ADC0820)等组成，其工作过程基本和A、B区相同，不作重述。

D区：由微机控制电路(5)，发出的控制命令，经过总线及本区的控制核心U₃(8155)输出控制信号，分别通过焊枪、送料机控制电路(6)中的U_3F→U₁₂(SSR)、U_3E→U₁₃(SSR)控制送料机(q)(BU33)。

4、CPU微机控制电路(5)：为本实用新型—微机控制自动螺柱焊机的核心，以U₅(8031)为核心，采用数据与地址分时复用方式，16位地址的低8位需要锁存。

A：附图5中：由U₅(8031)—采用数据与地址分时复用方式，16位地址的低8位需要锁存，U₇(74HC574)—数据锁存器，U₆(27512)—程序存贮器。U₄(6264)—数据存贮器，存贮随时改动的动态数据。U₉(74HC245)—总线缓冲驱动器组成。

C：P₁(P₁N64)—为64针插座，U₁₀(74HC365)、U₈(74HC154)—为4～16线译码器，决定各控制芯片工作状态。

B：由三极管Q₁(BC3078)、U₁(MAX696)、Q₂(BC5478)、Q₃(BC5478)、U₁₁(LM311)等组成掉电保护电路，为A中8031提供掉电保护功能，当断电时由芯片U₁(MAX696)检测到掉电信号，便使充电电池“E”立即工作。

在B区的左边部分，由U₂(4060)、U_3：B(4069)、U_3：A(4069)和晶体Y₁组成的振荡电路，其振荡频率2.5625MHZ，供给A区的U₅(8031)的工作频率。

“M₁”—为各控制板上的芯片提供工作电压和接口。

“F”—为CPU板与显示电路进行数据传送接口。

5、焊枪，送料机控制电路(6)：参照附图(6)。

a)U₁(8155)—其左边引脚通过64针插座(64PIN)与总线相连，为CPU的数据传送，其右边引脚P_A0-P_A7为信号输入接口，即为焊枪与送料机检测线(即虚线内的自动焊枪x，小虚线内的手动焊枪y)。并在自动焊枪x上，按装有钩枪开关“C”、焊枪锁定开关“D”，送钉开关“E”；在手动焊枪“Y”上按装有钩枪开关“C”。

b)U₁(8155)-其P_B0～P_B7为控制线输出接口，与送料机q(BU33)之间分别接有控制送料机(q)工作的控制电路：U_3：E(反相器)接于固态继电器U₁₃(SRR)的输入端，U₁₃(SRR)的输出端(1)通过手动开关(F)接于送料机(q)，U_3：P(反相器)接于固态继电器U₁₂(SRR)的输入端，控制送料机(q)的分离滑轨退针伐动作，实现送钉。

c)焊枪电磁铁M的控制电路：由或非门U_4：A(4001)、U_4B：A、U_4C：A、反相器U_2：A和三极管U₁₀、U₁₁、二极管D₉、D₁₁等组成的开关控制电路，其电路的输入信号、分别通过64针插座(64PIN)，即CPU和U₁(8155)的“33”脚输出的控制信号，实现焊枪电磁铁“M”的控制功能，即当三极管输入端为高电平时导通，则电磁铁“M”被吸合到一定高度，开始建立电弧。

d)焊枪( x、y)上的角度开关“G”：开关“G”上的A端接于钩枪开关“C”的一端，开关“G”上的正端接24伏电源，即固态继电器U₁₂(SRR)的输出端，当螺钉垂直工件时，才能使24电源接通，才能使钩枪控制电路U_7B导通，焊接信号送入U₁(8155)的输入端的“23”脚，CPU发出控制指令。

e)光电耦合电路：由光电耦合器U_7A，二极管D₄、电容C₃电阻R₁₁、R₃₀、R₅组成。由34针插座的18脚接工件、28脚接焊枪上的螺钉，当螺钉和工件接触时，ab两端获15伏电压，当光耦合器U_7A导通，使焊接信号送入微机(CPU)。

本实用新型能够输出大小两种电流，开始焊接时，只启动主电路(2)中的半控桥晶闸管整流焊接电源，输出一个小电流电弧燃烧破坏镀锌层(即螺柱端部和工件相应部位的镀锌层)，引弧电流结束时，同时启动两套电源，再以大电流(大小电流叠加)熔化钢板及螺柱底部金属，然后电磁铁“M”断电，螺住在压力作用下实现焊接，形成接头。本实用新型能将直径为3～8mm的螺柱焊在0.8mm厚的镀锌钢板上，得到全断面熔合的焊接接头，具有较高的焊接强度，焊后背面不破坏，因此具有以下优点：

1)属于短周期拉弧式螺柱焊机。

2)电源可输出特殊的可调制的电流波形，以适应镀层钢板及其它金属材料的焊接。

3)可焊直径为2mm-8mm的不同形状的螺丝钉与T型钉。

4)不受传统比例(螺柱直径/板厚为1/3～1/4)的限制，能够实现在0.8mm厚钢板上焊直径8mm的螺柱。

5)主机与送料机及焊枪的配合，作为成套设备可以实现手工焊接，半自动和自动焊接等多种操作方式，均具备有群控接口。

6)采用微机控制，具有良好的人机界面，操作和维护方便，焊接质量稳定、可靠，价格便宜。

7)基本参数：

输入	3×380V  50HZ
						输出	焊接电流(A)	焊接时间(ms)	预热时间(ms)	预热电流(A)	焊接生产率个/分钟
200-1000	10-80	30-100	30-100	60

本实用新型是汽车车身专用螺柱焊接成套设备，是国家计委95年重点科技攻关项目之一。(见计司科技函1996年100-012号文件)，为我国焊接史上，写下了新的一页。

Claims (8)

1、一种电焊机装置，特别是一种微机控制自动螺柱焊机，其特征在于：

a)微机控制自动螺柱焊机，由主电路(2)、触发电路(3)、I/O板输入、输出控制电路(4)、CPU微机控制电路(5)、焊枪、送料机控制电路(6)、和键盘(7)组成；

b)CPU微机控制电路(5)；

c)主电路(2)是由两套相并联的晶闸管整流电路组成；

d)主电路(2)中的两套晶闸管整流电路，一套接成全桥整流、一套接成半桥整流；

2、按权利要求1所述的微机控制自动螺柱焊机，其特征在于：触发电路(3)中，两套触发电路输出端ab、cd，分别与主电路(2)中全控桥和半控桥的晶闸管相接。

3、按权利要求1或2所述的微机控制自动螺柱焊机，其特征在于：I/O板输入、输出控制电路(4)中，电流时间控制电路U_8E→R₇→U_15BU8P→R₈→U_15C分别接于U₃(8155)的输出端。

4、按权利要求1所述微机控制自动螺柱焊机，其特征在于：焊枪、送料机控制电路(6)中，分别按装有自动焊枪(x)、和手动焊枪(y)。

5、按权利要求1或4所述微机控制自动螺柱焊机，其特征在于：在焊枪、送料机电路(6)中，三极管U₁₀、U₁₁组成的开关电路的负载D₁₁与R₂的两端并接一个电磁铁“M”。

6、按权利要求1或4所述微机控制自动螺柱焊机，其特征在于：在焊枪、送料机控制电路(6)中，在自动焊枪“x”上，分别按装有钩枪开关“C”、焊枪锁定开关“D”、送钉开关“E”。

7、按权利要求1或4所述微机控制自动螺柱焊机，其特征在于：在焊枪、送料机控制电路(6)中自动焊枪x和手动焊枪y，分别接有角度开关“G”。

8、按权利要求1所述微机控制自动螺柱焊机，其特征在于：在焊枪、送料机控制电路(6)中，送料机(q)与U₁(8155)的输出接口之间分别接有：反相器U_3E→固态继电器U₁₃(SSR)；反相器U_3F→固态继电器U₁₂(SSR)。

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