专利名称：缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制装置及其控制方法，属于电子仪器技术领域。
背景技术：
缠绕垫片的生产需要使用点焊机，其专用点焊机的结构一般由控制器、固态继电器(或可控硅)、焊接变压器和点焊钳四个主要部分组成。其焊接过程分为四个步骤一、预压，将点焊钳的电极压紧缠绕垫片的外边缘并加预压力的过程，时间大于0.1秒即可；二、通电焊接，在点焊钳的电极与缠绕垫片的接触处产生局部电阻热形成溶核的过程，时间约为0.02至0.2秒；三、维持，切断电源，维持点焊钳压力，直到溶核凝固，形成焊点的压力维持过程，时间为0.2秒以上；四、完成，松开点焊钳，完成一个焊点的焊接。
缠绕垫片的点焊控制过程与汽车生产中的点焊不同，汽车用点焊钳是安装在机械手上的，其“预压”动作是由控制器下达“预压”指令，通过气缸动作实现的，“通电焊接”动作可在预压指令下达后延时一段时间后开始执行；而缠绕垫片的点焊中其“预压”过程是由人工操纵的，由垫片生产工人手持点焊钳与缠绕垫片的钢带压实接触后，才能通电焊接，而是否可靠实施了“预压”，不易检测。目前常用的控制方法是由人工控制，在生产工人手持点焊钳与缠绕垫片的钢带压实接触后通过脚踏开关控制点焊机实施“通电焊接”动作。其缺点是延时时间不易控制好，如在点焊钳未与缠绕垫片的钢带压实接触时就踩下脚踏开关实施“通电焊接”，就会在点焊钳与缠绕垫片间产生拉弧，损坏缠绕垫片与点焊钳；过迟踩下脚踏开关影响垫片生产效率。
目前尚无“预压”后不用人工操作而能自动开始“通电焊接”动作的缠绕垫片专用点焊机自动焊接控制方法的公开报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于缠绕垫片专用点焊机自动焊接控制方法，当要点焊时，生产工人手拿点焊钳按要求进行“预压”操作后经过短暂延时即自动开始“通电焊接”动作。其原理是通过检测点焊钳是否与缠绕垫片接触来控制“通电焊接”动作。原理如下本发明的技术解决方案缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制装置，其结构是低频信号发生器的输出端接限流器的输入端，限流器的输出端同时接焊接变压器的次级和高通滤波及限幅器的输入端，高通滤波及限幅器的输出端接整流滤波器的输入端，整流滤波器的输出端接延时器的输入端，延时器的输出端接比较器的第一输入端，比较器的第二输入端接阀值设定，比较器的输出端接微分器的输入端，微分器的输出端接定时器的触发输入端，定时器的输出端接过零触发固态继电器的输入端，过零触发固态继电器的输出端接焊接变压器的初级。
缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制方法，其特征是用一个低频信号发生器，产生适当频率的低频信号，通过限流器后加在焊接变压器的次级，并在焊接变压器的次级建立起一个接触状态指示电压，在接触状态指示电压正常时点焊机的控制器不作点焊动作，每当检测到接触状态指示电压为零时即在经短暂延时后作一次点焊动作，在接触状态指示电压持续为零期间不再进行第二次及以上的点焊动作，只有接触状态指示电压恢复正常后再次为零时才作一次点焊动作，实现点焊机的自动焊接控制。
用一个低频信号发生器产生一个频率远高于50Hz的低频信号，通过限流器后加在焊接变压器的次级，在焊接变压器的次级上会建立起一个工作电压，因为此电压的大小取决于点焊钳与缠绕垫片是否接触，故将此电压称为接触状态指示电压，此电压具有如下特点1、在“预压”之前，因固态继电器处于关断状态、点焊钳也没有接触缠绕垫片，焊接变压器的初、次级负载均相当于开路，焊接变压器的次级具有较大的感抗，接触状态指示电压值取决于低频信号发生器的输出电压和低频信号发生器的内阻、限流电阻及焊接变压器的次级感抗之间的分压关系，为一个固定值；也没有经焊接变压器初级耦合过来的交流电源电压；2、在“预压”期间，因点焊钳与缠绕垫片的钢带压实接触，其接触电阻近似为零，而使接触状态指示电压为零；3、在“通电焊接”期间，接触状态指示电压为焊接变压器次级输出的50Hz焊接电压；4、在“维持”期间，因点焊钳仍与缠绕垫片的钢带压实接触，固态继电器处于关断状态，接触状态指示电压仍为零；5、在“完成”以后，与在“预压”之前相同。
即一旦点焊钳与缠绕垫片的钢带压实接触，接触状态指示电压即为零；一旦点焊钳离开缠绕垫片的钢带，接触状态指示电压即为一个低频的固定值；“通电焊接”期间为50Hz的焊接电压。根据检测接触状态指示电压的大小变化就可知道点焊钳是否与缠绕垫片接触，是否已实施“预压”动作，并决定是否开始点焊动作。
本发明的优点具有结构简单、成本低、动作可靠、操作便捷、可提高缠绕垫片生产效率等优点。
附图1是缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制装置的原理框图。
附图2是本发明的实施例电路图；图中的ZDQ是低频信号发生器；XLQ是限流器；GTXF是高通滤波及限幅器；ZLRB是整流滤波器；YSQ是延时器；BJQ是比较器；FZ是阀值设定；WFQ是微分器；DSQ是定时器；SSR是过零触发固态继电器；B是焊接变压器；DHQ是点焊钳；u是接触状态指示电压。
具体实施例方式
对照附图1，缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制装置，其结构是低频信号发生器ZDQ的输出端接限流器XLQ的输入端，限流器XLQ的输出端同时接焊接变压器B的次级和高通滤波及限幅器GTXF的输入端，高通滤波及限幅器GTXF的输出端接整流滤波器ZLRB的输入端，整流滤波器ZLRB的输出端接延时器YSQ的输入端，延时器YSQ的输出端接比较器BJQ的第一输入端，比较器BJQ的第二输入端接阀值设定FZ，比较器BJQ的输出端接微分器WFQ的输入端，微分器WFQ的输出端接定时器DSQ的触发输入端，定时器DSQ的输出端接过零触发固态继电器SSR的输入端，过零触发固态继电器SSR的输出端接焊接变压器B的初级。
缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制方法，用一个低频信号发生器ZDQ，产生适当频率的低频信号，通过限流器XLQ后加在焊接变压器B的次级，并在焊接变压器B的次级建立起一个接触状态指示电压u。因低频信号发生器ZDQ所产生的信号频率远高于50Hz，此时在焊接变压器B的初级未通电(固态继电器SSR未导通)、次级开路(“预压”以前及“完成”之后)的情况下焊接变压器B的次级具有较大的感抗，虽然经过限流器XLQ，但仍能在焊接变压器B的次级上会建立起一较大的接触状态指示电压u，即接触状态指示电压u值较大；经高通滤波及限幅器GTXF及整流滤波器ZLRB后得到较大的直流电压，此电压高于比较器BJQ的阀值FZ，比较器BJQ输出高电平，定时器DSQ不被触发，输出为低电平，过零触发固态继电器SSR不导通，点焊机不作点焊动作。
在开始“预压”时，因点焊钳DHQ与缠绕垫片的钢带压实接触，其接触电阻近似为零，而使接触状态指示电压u立即为零，由于整流滤波器ZLRB中包含滤波电容，使得整流滤波后的直流电压不能立即为零，经过一段时间的放电，在此电压低于比较器BJQ的阀值FZ时，比较器BJQ输出低电平，经微分器WFQ的作用后输出一个低电平脉冲，触发定时器DSQ进入延时过程，定时器DSQ立即输出高电平，使过零触发固态继电器SSR在下一个交流电源过零时导通，点焊机进入“通电焊接”过程，焊接变压器B通电，其次级输出低电压大电流，在点焊钳DHQ的电极与缠绕垫片的接触处产生局部电阻热形成溶核将缠绕垫片的二层钢带焊接在一起；当定时器DSQ达到设定的时间(约为0.02至0.2秒)后，定时器DSQ的输出恢复为低电平，过零触发固态继电器SSR被关断，“通电焊接”动作结束，再经过短暂的“维持”阶段，维持点焊钳DHQ的压力，直到溶核凝固、成焊点后(时间约为0.2秒以上)即完成一个焊点的焊接。
在“通电焊接”期间，接触状态指示电压u为焊接变压器B次级输出的50Hz焊接电压，约为6V左右，由于此时的频率远低于低频信号发生器的工作频率，在高通滤波及限幅器的作用下，只能使整流滤波器ZLRB中滤波电容上的直流电压有微小上升，无法达到高于比较器BJQ的阀值FZ，比较器YSQ不改变工作状态，仍输出低电平，而微分器只在比较器BJQ的输出从高电平向低电平转换的瞬间才能输出一个低电平脉冲去触发定时器DSQ进入延时过程，而在比较器BJQ持续输出低电平的期间是不能触发定时器DSQ重新进入延时过程的，故在“通电焊接”期间定时器DSQ只工作一个完整的延时过程，确保点焊机完成一个焊点的焊接。
在“维持”阶段，点焊钳仍与缠绕垫片接触，接触状态指示电压u仍为零，整流滤波器ZLRB中滤波电容上的电压亦为零，比较器BJQ不改变工作状态，仍输出低电平，不能触发定时器DSQ进入延时过程，过零触发固态继电器SSR不导通，不会进行点焊动作。
在完成一个焊点的焊接过程后，松开点焊钳DHQ，接触状态指示电压u恢复为正常值，进入下一个点焊前的等待过程。
在“预压”、“通电焊接”及“维持”阶段，点焊钳与缠绕垫片接触时，对低频信号发生器ZDQ来讲相当于所接负载短路，限流器XLQ的作用是限制流过的电流，保护低频信号发生器ZDQ不被损坏。
高通滤波及限幅器GTXF的作用，其中高通滤波是为了让低频信号发生器所产生的信号通过、阻止50Hz焊接电压的通过；因接触状态指示电压u的值较小、而焊接电压较高，限幅器的作用就是让接触状态指示电压u全幅值通过、限制过高的尖峰脉冲干扰电压的通过。高通滤波及限幅器GTXF总的作用就是尽量降低“通电焊接”期间50Hz焊接电压及尖峰脉冲干扰电压对后续电路的干扰作用，确保点焊机只完成一个焊点的焊接。
实施例。
对照图2，电路的电源电压为12V。低频信号发生器ZDQ由电阻R1、R2、电容C1、C2、C3、时基集成电路U1及二极管D1、D2组成，这是一个常见的低频信号发生器电路，电阻R1为1KΩ、R2为15KΩ、电容C1为0.01uF、电容C2为0.1uF、电容C3为1uF、时基集成电路U1选用NE555N，二极管D1、D2均为1N4148，可输出频率为4.6KHz、电压为5V、电流可达200mA的低频信号；限流器XLQ实际上就是一个电阻R3，为51Ω，此时低频信号发生器ZDQ的最大实际输出电流约为100mA；以上信号加到焊接变压器次级上，在点焊钳未接触缠绕垫片时可产生有效值约为1.5V的接触状态指示电压u；高通滤波及限幅器GTXF由电容C4、电阻R4、R5及稳压二极管D3组成，其中电容C4、电阻R5构成高通滤波电路，电容C4为0.1uF，R5为8.2KΩ，此高通滤波器的下限截止频率约为200Hz，工作频率为4.6KHz的接触状态指示电压u可基本不受限制的通过，而50Hz的焊接电压被大量衰减；电阻R4及稳压二极管D3组成限幅电路，电阻R4为2KΩ、稳压二极管D3的稳定电压为5V，有效值约为1.5V的接触状态指示电压u可不受限制通过，而尖峰脉冲干扰电压被限制通过；整流滤波器ZLRB由二极管D4、电容C5组成，将交流的接触状态指示电压u转换为直流电压，二极管D4为1N4148，电容C5为10uF的电解电容，有效值约为1.5V的接触状态指示电压经整流滤波后在电容C5上得到约为1V的直流电压；电容C5还与电阻R6组成延时器YSQ，当开始“预压”时，接触状态指示电压u立即为零，电容C5上的电压通过电阻R6放电而逐渐降低，电阻R6为39KΩ，与电容C5组成的放电回路时间常数约为0.4秒；阀值设定FZ由电阻R7、R8组成，电阻R7为12KΩ、电阻R8为430Ω，可得到比较器所用的0.4V的阀值电压；比较器BJQ由集成运算放大器U2、电阻R9、R10、R11、三极管Q1组成，电容C5接反相输入端、阀值接同相输入端，三极管Q1的作用是倒相用，当电容C5上的电压低于阀值时，运算放大器就输出高电平，三极管Q1的集电极就输出低电平，电阻R9为15KΩ，电阻R10、电阻R11均为10KΩ，三极管Q1可选用9013三极管；微分器WFQ由电容C6、电阻R12组成，其作用是将比较器输出的高电平或低电平转换成正、负脉冲，其负脉冲用于触发后面的定时器，电容C6为0.22uF，电阻R12为24KΩ，该微分器的时间常数约为5.3ms；定时器DSQ由时基集成电路U3、电阻R13、R14、电容C7、C8、电位器W1组成，电位器W1用于调整“通电焊接”时间的长短，电阻R13为10KΩ、R14为1KΩ、电容C7为2uF、C8为0.1uF、电位器W1为100KΩ、时基集成电路U2选用NE555N，定时时间范围为0.02～0.2S，由电位器W1调整确定，该定时器由时基集成电路U3的脚2得到低电平脉冲时触发，在进入延时阶段后脚3输出高电平，其余时间脚3输出低电平；过零触发固态继电器SSR可选用JGJ19型200A/660VAC过零触发型；焊接变压器B及点焊钳DHQ为本发明的控制对象。
低频信号发生器ZDQ产生的4.6KHz、5V的低频信号，经过限流器XLQ加到焊接变压器的次级上，在点焊钳未接触缠绕垫片时可产生有效值约为1.5V的接触状态指示电压u，一旦点焊钳与缠绕垫片的钢带压实接触，u即为0；工作频率为4.6KHz的接触状态指示电压u可基本不受限制的通过高通滤波及限幅器GTXF，而50Hz的焊接电压被大量衰减，并且限制尖峰脉冲干扰电压的通过，整流滤波器ZLRB将交流的接触状态指示电压u转换为直流电压，在“预压”以前，在点焊钳未与缠绕垫片接触，可在电容C5上得到约为1V的直流电压，此电压高于比较器BJQ 0.4V的阀值电压，比较器BJQ输出高电平，定时器DSQ不被触发，输出为低电平，过零触发固态继电器SSR不导通，点焊机不作点焊动作。当开始“预压”时，接触状态指示电压u立即为零，电容C5上的电压通过R6放电而逐渐降低，经过约0.4秒的延时而小于比较器BJQ的0.4V阀值电压时，集成运算放大产器U2就输出高电平，三极管Q1的集电极就输出低电平，经微分器WFQ后得到一个其负脉冲用于触发后面的定时器DSQ进入延时状态，定时器输出高电平，使过零触发固态继电器SSR导通，焊接变压器通电，其次级输出低电压大电流，在点焊钳的电极与缠绕垫片的接触处产生局部电阻热形成溶核将缠绕垫片的二层钢带焊接在一起；当定时器达到设定的时间(约为0.02至0.2秒)后，定时器的输出恢复为低电平，过零触发固态继电器被关断，“通电焊接”动作结束，再经过短暂的“维持”阶段，维持点焊钳的压力，直到溶核凝固、形成焊点后(时间约为0.2秒以上)即完成一个焊点的焊接。
权利要求
1.缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制装置，其特征是低频信号发生器的输出端接限流器的输入端，限流器的输出端同时接焊接变压器的次级和高通滤波及限幅器的输入端，高通滤波及限幅器的输出端接整流滤波器的输入端，整流滤波器的输出端接延时器的输入端，延时器的输出端接比较器的第一输入端，比较器的第二输入端接阀值设定，比较器的输出端接微分器的输入端，微分器的输出端接定时器的触发输入端，定时器的输出端接过零触发固态继电器的输入端，过零触发固态继电器的输出端接焊接变压器的初级。
2.缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制方法，其特征是用一个低频信号发生器，产生适当频率的低频信号，通过限流器后加在焊接变压器的次级，并在焊接变压器的次级建立起一个接触状态指示电压，在接触状态指示电压正常时点焊机的控制器不作点焊动作，每当检测到接触状态指示电压为零时即在经短暂延时后作一次点焊动作，在接触状态指示电压持续为零期间不再进行第二次及以上的点焊动作，只有接触状态指示电压恢复正常后再次为零时才作一次点焊动作，实现点焊机的自动焊接控制。
3.根据权利要求1所述的缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制装置，其特征是高通滤波的下限截止频率为200Hz。
4.根据权利要求1所述的缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制装置，其特征是低频信号发生器输出频率为4.6KHz、电压为5V、电流可达200mA的低频信号。
5.根据权利要求1所述的缠绕垫片专用点焊机的自动焊接控制装置，其特征是整流滤波器由二极管D4、电容C5接成，电容C5还与电阻R6接成延时器。
全文摘要
本发明是自动焊接控制装置及其控制方法，控制装置的结构是低频信号发生器的输出端接限流器，限流器的输出端接焊接变压器的次级和高通滤波及限幅器的输入端，高通滤波及限幅器接整流滤波器，整流滤波器接延时器，延时器的输出端接比较器的第一输入端，比较器的第二输入端接阀值设定，比较器的输出端接微分器，微分器与定时器、过零触发固态继电器串接，过零触发固态继电器的输出端接焊接变压器的初级。用一个低频信号发生器产生一个频率远高于50Hz的低频信号，通过限流器后加在焊接变压器的次级，在焊接变压器的次级上会建立起一个工作电压，该取决于点焊钳与缠绕垫片是否接触，根据该电压的大小决定是否开始点焊动作。优点具有结构简单、成本低、动作可靠、操作便捷、生产效率高等优点。
文档编号B23K11/11GK1923423SQ20061009632
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月20日 优先权日2006年9月20日
发明者孙世荣 申请人:南京工业大学