专利名称：逆变式自动螺柱焊机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于焊接设备，特别涉及一种逆变式自动螺柱焊机。
背景技术：
目前国内螺柱焊机主要有以下三种1、拉弧式螺柱焊机属长周期电弧焊，焊接时间100～2000ms。输出电源是一个普通直流弧焊电源(可控硅焊接整流器)，而且是一个具有高空载电压和输出容量较大的弧焊电源。没有闭环控制，只能焊接6～30的螺柱。且要求螺柱直径d与被焊工件厚度δ比值d/δ＜3，否则工件会被击穿，因此不能在薄板上植钉。
2、电容储能式螺柱焊机属短周期电弧焊。焊接时首先给电容充电，然后触发放电可控硅，使电能在1～3ms内以电弧的形式释放，从而实现螺柱与工件的焊接。这种方法由于放电时间短，因此可以实现对薄板的焊接。但由于电容放电是个不稳定的过程，使焊接接头质量分散性较大，所以不可能引入质量保证措施。
3、可控硅整流式螺柱焊机其主要工作原理是利用可控硅对三相工频交流电进行整流，通过改变可控硅导通角进行电流调节。但由于工作频率较低(只有50HZ-即每相每变化一个周期需要20ms。)而焊接时间极短(Φ5螺柱的焊接电弧维持时间只有25ms)，即使有反馈环节也来不及反应，因此不具备完整的电流监测系统，即不能实现焊接电流的闭环控制。
发明内容
本实用新型的目的是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种焊接电流精度高、稳定性好、具有多路输出，能实现闭环控制、集群控制和自动焊接，便于检测和控制的逆变式自动螺柱焊机。
本实用新型的技术解决方案为它有一个主控CPU和与主控CPU相连且内含CPU的键盘输入和显示单元，其特殊之处是在主控CPU的总线上通过A/D转换模块接有脉宽调制电路，在三相电输入端接有整流滤路电路，在整流滤波电路中接有用于防止开机时大电流冲击的软启动电路，所说的软启动电路由与其相连的软启动控制电路控制，在整流滤路电路输出端接有通过脉宽调制电路控制状态的IGBT逆变电路，在IGBT逆变电路的输出端接有起到隔音和电流变换作用的高频变压器，在高频变压器的输出端接有高频整流滤波电路，所说的高频整流滤波电路的第一个输出端接地，第二个输出端接有1～5路开关器件并引出焊枪工作端，且在与第二个输出端相连的高频整流滤波电路中电感线圈两端并联有控制端与脉宽调制电路相连的可控硅，在主控CPU的总线上还接有用于控制焊枪动作、送料机动作及机器人动作的机械控制CPU，所说的机械控制CPU的输出端通过驱动电路分别与所述的1～5路开关器件的控制端和机器人接口、送料机接口相连，在主控CPU的总线上还接有光纤通讯接口。
根据上述的逆变式自动螺柱焊机，所说的IGBT逆变电路为双单端正激式结构，以简单电路结构、耐冲击。
本实用新型的优点是1、主电路采用IGBT作为换流元件的脉宽调制电路的逆变电源-三相工频交流电经整流后通过换流元件IGBT逆变为20Khz的交流电，可以方便地引入闭环控制，对焊接电流精确地进行监控，一旦超差可及时修正。
2、控制电路采用多CPU通过串行通讯协调完成控制，这样充分利用单片机最小系统数据处理速度快、数据存储量大的特点，各CPU分工协作，可完成焊接工艺对大、小电流的时序控制，对焊枪提升、下落的控制以及对焊接结果的判断，必要时可发出指令对超差的焊接增加回火程序，从而保证焊接成功率。
3、由于采有多CPU控制可以做出相对完整的人机界面，利用显示电路可对参数设定、焊接过程、机器故障进行实时显示。
4、由于采用多CPU控制，可以同时控制多达5路输出-即最多可同时控制5把焊枪进行焊接。
5、由于预留光纤通讯接口-通过光电转换，利用CPU串行通讯可实现多机集群控制。
综上所述，本实用新型较好地解决了原有螺柱焊机粗放式的控制方式，采用逆变电路加多CPU控制可实现焊接电流精确输出，使焊接整体稳定性、焊接成功率接近100％。另外，具有集群控制、多路输出和自动焊接功能，特别适合于汽车制造、机械制造、造船及家用电器等行业。
图1是本实用新型的电路原理图；图2是本实用新型中驱动电路结构图；图3是本实用新型的主程序流程图。
具体实施方式
如图所示，本实用新型有一个用来实现整机控制的主控CPU1和与主控CPU1相连且内含CPU3的键盘输入和显示单元3，并与主控CPU1之间串行通讯。在主控CPU1的总线上通过A/D(模/数)转换模块4接有脉宽调制电路(PWM)6，用以改变脉宽占空比，在三相电输入端A、B、C接有由Z1～Z6和滤波电容C构成的整流滤路电路10，可在其输出端M、N产生510V左右直流电压，在整流滤路电路10中接有由并联的可控硅SCR7和限流电路R1构成的软启动电路，用于防止开机时大电流的冲击，所说的软启动电路由与其相连的软启动控制电路13控制工作状态，在整流滤波电路10的输出端M、N接有IGBT(双绝缘栅型晶体管)逆变电路11，所说的脉宽调制电路6用于通过改变脉宽占空比，来控制开关器件IGBT逆变电路11的开关状态，达到改变输出电流大小的目的。所说的IGBT逆变电路11由晶体管T1～T2和二极管D1～D2组成双单端正激式结构，以简化电路结构、更耐冲击。在逆变电路11的输出端接有起到隔音和电流变换目的的高频变压器B，其中晶体管T1、T2的控制极G1、G2都受控于脉宽调制电路6，当它们以20KHZ的频率开、关的同时，带动高频变压器B产生电流转换，在高频变压器B的次极产生脉冲电流。根据焊接工艺的需要，为了能焊带镀锌的钢板，本电路能输出大小两种电流，即引弧电流和焊接电流。引弧电流用于燃烧清除镀锌层和预热工件，可调范围30～1000A。焊接电流用于熔化钢板及螺柱底部金属，以形成焊接熔池，可调范围200A～1000A，通过改变脉宽调制电路6输出，即可获得相应的输出电流。
在高频变压器B的输出端接有由二极管D3～D4和电感线圈L1～L2构成的高频整流滤波电路，在电感线圈L2两端并联由可控硅SCR6，在电感线圈L1之前接有电阻R2，所说的电阻R2和可控硅SCR6的控制端与脉宽调制电路6相连，在高频整流滤波电路的第一个输出端引出接地端GND，第二个输出端接有1路或2路或3路或4路或5路开关器件-可控硅SCR1～SCR5，并引出焊枪工作端GUN1～GUN5，所说的可控硅SCR1～SCR5为5路输出的选通可控硅，每一瞬间只允许开通一路输出，只有当一路输出完成以后，才可以开通另一路输出。在主控CPU1的总线上还接有用于控制焊枪动作及其它机械动作的机械控制CPU2，所说的机械控制CPU2与主控CPU1之间通过系统总线14串行通讯，机械控制CPU2通过系统总线14、扩展接口模块15与由焊枪提升驱动电路17、送料机驱动电路18、机器人驱动电路19和检测信号输入电路16构成的驱动电路7相连，所说的焊枪提升驱动电路17、送料机驱动电路18和机器人驱动电路19分别与开关器件SCR1～SCR5的控制端和机器人接口8、送料机接口9相连，分别用于控制焊枪、机器人和送料机的动作，并将它们检测到的传感信号通过检测信号输入电路16送到机械控制CPU2。在主控CPU1的总线上还接有光纤通讯接口(COM)5，用于实现集群控制。该逆变式自动螺柱焊机对应主控CPU1、内含CPU3的键盘输入和显示单元3、机械控制CPU2分别共有三套程序另加一个用来实现中、英文显示的中/英文字库，并分别拷贝于EPROM之中，主程序流程图如图3所示。
权利要求1.一种逆变式自动螺柱焊机，包括一个主控CPU和与主控CPU相连的且内含CPU的键盘输入和显示单元，其特征是在主控CPU的总线上通过A/D转换模块接有脉宽调制电路，在三相电输入端接有整流滤路电路，在整流滤波电路中接有用于防止开机时大电流冲击的软启动电路，所说的软启动电路由与其相连的软启动控制电路控制，在整流滤路电路输出端接有通过脉宽调制电路控制状态的IGBT逆变电路，在IGBT逆变电路的输出端接有起到隔音和电流变换作用的高频变压器，在高频变压器的输出端接有高频整流滤波电路，所说的高频整流滤波电路的第一个输出端接地，第二个输出端接有1～5路开关器件并引出焊枪工作端，且在与第二个输出端相连的高频整流滤波电路中电感线圈两端并联有控制端与脉宽调制电路相连的可控硅，在主控CPU的总线上还接有用于控制焊枪动作、送料机动作及机器人动作的机械控制CPU，所说的机械控制CPU的输出端通过驱动电路分别与所述的1～5路开关器件的控制端和机器人接口、送料机接口相连，在主控CPU的总线上还接有光纤通讯接口。
2.根据权利要求1所述的逆变式自动螺柱焊机，其特征是所说的IGBT逆变电路为双单端正激式结构。
专利摘要一种焊接电流精度高、稳定性好、具有多路输出，能实现闭环控制、集群控制和自动焊接的逆变式自动螺柱焊机，包括主控CPU和与主控CPU相连的键盘输入和显示单元，主控CPU通过A/D转换模块接有脉宽调制电路，在三相电输入端接有整流滤路电路，在整流滤波电路中接软启动电路，在整流滤路电路输出端接IGBT逆变电路，在逆变电路输出端接有高频变压器，在高频变压器输出端接有高频整流滤波电路，高频整流滤波电路一个输出端接地，另一个输出端接1～5路开关器件，并引出焊枪工作端，在主控CPU总线上还接有机械控制CPU，机械控制CPU输出端通过驱动电路分别与焊枪开关器件的控制端和机器人接口、送料机接口相连，在主控CPU总线上还接有光纤通讯接口。
文档编号B23K9/10GK2609702SQ0228075
公开日2004年4月7日 申请日期2002年10月26日 优先权日2002年10月26日
发明者刘英善 申请人:刘英善