专利名称：焊机、焊机电子管理系统及管理方法
技术领域：
本发明涉及焊机，尤其涉及一种焊机电子管理系统、焊机和焊机管理方法。
背景技术：
电弧焊机作为一种广为使用的设备，在航空航天、船舶、汽车、压力容器等工业领域得到了广泛的应用，为我国国民经济的进步发挥了重要作用。但在施工现场恶劣的环境下使用很容易引起触电、着火、脱焊的现象发生，会危及人身安全和财产安全。因为焊接质量不好也往往会造成“豆腐渣”工程；此外在船舶、核反应堆、航天器的关键部位，需要焊工严格按照焊接规范进行焊接，但对焊工现场操作缺乏有效的监控，如难以及时发现焊工为了加快进度而擅自改变焊接参数的行为，只能通过焊后检测来保证焊接质量。一旦因为焊接规范不正确而导致焊接缺陷，轻则费时费工进行弥补，重则导致产品报废甚至导致重大事故，因此在对质量要求较严格的大规模焊接场合，需要具备相应焊工资质的人员严格按照既定规范进行操作。
为了保证焊接 质量，一般可以采用三种措施:第一是可以采用焊接机器人进行焊接，可以避免焊接规范被篡改的缺点，但代价昂贵、焊接场合的适应性较差，且对焊工要求很高；第二是由熟练的焊工进行手动操作，成本低廉灵活性较高，但现场人工监控比较繁琐；第三是采用焊机群控技术，如针对聚乙烯管道的电熔焊接提出了一种通过无线网络进行焊接质量监控的方法，但面对复杂现场中众多的焊机参数均不一样且需要不断调整时，或面临焊接现场过于分散、无线干扰严重的场合，这种方法难以发挥焊工手工操作灵活的优点。发明内容
发明目的:针对质量要求较严格，但具有如下特点的手工焊接场合:焊接工位分散、环境电磁屏蔽严重导致无法使用无线网络、焊接参数需要在一定范围内不断调整，提供一种低成本的、针对焊工违规操作进行锁定控制、同时记录焊工操作过程的装置、系统及方法，从而使生产按照既定焊接规范进行，以保证焊接质量。
技术方案:本发明提供了一种焊机，包括焊机本体和设置在焊机本体上的并能够读取射频卡内部信息的信息识别装置，所述信息识别装置包括数据处理单元，以及与所示数据处理单元连接的第一信息读写单元、密码输入装置、焊枪开关状态采集器、焊接设定参数采集器和锁定单元，所述锁定单元与焊机的部分控制信号线连接；所述数据处理单元通过所述第一信息读写单元从射频卡中读取用户信息，并根据该用户信息判断焊工身份是否符合要求；所述数据处理单元通过所述密码输入装置读取密码并进行合法性判断，如果密码符合要求则解除锁定，进入工作状态；在工作时，所述焊枪开关状态采集器和焊接设定参数采集器分别采集焊枪开关的状态和焊接参数，并送入所述数据处理单元。
所述锁定单元串入焊枪开关控制线或焊机PWM脉冲电路。
所述焊接参数包括焊接电流设定值、焊接电压设定值和空载电压设定值。
本发明还提供了一种焊机电子管理系统，包括设置在焊机上的信息识别装置、与所述信息识别装置相适配的射频卡、能够写入和读取所述射频卡内信息的第二信息读写单元，以及与所述第二信息读取单元通讯连接的射频卡数据处理单元；所述信息识别装置包括数据处理单元，以及与所示数据处理单元连接的第一信息读写单元、密码输入装置、焊枪开关状态采集器、焊接设定参数采集器和锁定单元；所述锁定单元与焊机的部分控制信号线连接；所述数据处理单元通过所述第一信息读写单元从射频卡中读取用户信息，并根据该用户信息判断焊工身份是否符合要求；所述数据处理单元通过所述密码输入装置读取密码并进行比对，如果密码符合要求则解除锁定，进入工作状态；在工作时，所述焊枪开关状态采集器和焊接设定参数采集器分别采集焊枪开关的状态和焊接参数，并送入所述数据处理单元。
所述锁定单元串入焊枪开关控制线或焊机PWM脉冲电路。
所述焊接参数包括焊接电流设定值、焊接电压设定值和空载电压设定值。
在工作时，数据处理单元定时判断焊接设定参数采集器采集到的参数是否符合设定要求，如果不符合，则通过锁定单元锁定焊机。
本发明进一步提供了一种焊机电子管理方法，包括如下步骤: 51、通过设置于焊机上的信息识别装置读取用户的射频卡，并根据射频卡内的信息和焊机上已存储的信息判断焊工资质是否符合要求； 52、接收用户输入的操作密码和动态密码，并验证用户的合法性；如果验证未通过，则锁定焊机，否则进行执行步骤S3 ； 53、解锁焊机，接收用户输入的参数，如果该参数超出预设的范围，则锁定焊机； 54、记录焊机面板上焊接电流设定值、焊接电压设定值和空载电压设定值。
该方法还包括步骤SO:通过射频卡数据处理单元和信息读写单元将焊工资质要求和焊接参数写入射频卡。还包括步骤S5:在每次焊接完成后，动态密码自动失效。
有益效果:本发明极大地促进了焊工操作规范，在保证手工焊接灵活性的同时，对焊机操作过程进行了监控，极大地方便了焊后质量复查；本发明还具有成本低廉、使用灵活、节省监控人力，焊接现场既不需搭建无线网络，也不需要复杂的群控技术和装备或采用机器人焊接的优点；另外，本发明的装置操作简单，不需要对原有焊机进行很大改动，仅需要在现成的焊机基础上，将锁定单元串入部分控制信号线中即可，对造船、核电等大规模焊接场合的焊机监控具有重要的现实意义。
图1为本发明一种手动/自动焊机电子管理系统结构示意图； 图2为本发明管理系统读写射频卡数据示意图； 图3为本发明验证焊工身份和焊机是否锁定流程图； 图4为本发明手动/半自动焊机电子管理系统主板电路。
具体实施方式
: 下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本发明的手动/半自动焊机电子管理系统主要由以下部分组成:密码输入装置13、焊枪开关状态采集器14、焊接设定参数采集器15、数据处理单元11、第一信息读写单元12、锁定单元16、射频卡片2。
为了便于记录操作过程，射频卡片2为可读写的IC卡，而非ID卡；在射频卡片2中，初始化记录有焊工身份信息:姓名、资质、参加培训时间、操作密码；为了防止射频卡的转用，每张射频卡同一时段只能登录同一台焊机，焊接结束后，相关的操作信息只能写入该射频卡，在此期间，其他射频卡不能登录这台焊机。
密码输入装置用于输入操作密码和动态密码。为了防止具有资质的焊工手持射频卡片被盗用或借用，采用以下两个方法:在使用射频卡片登录焊机时，需要输入操作密码，此密码可由焊工本人申请并由管理人员修改；在输入操作密码后，还需要输入动态密码，在每次领受任务时，该动态密码由管理人员更新，焊接任务结束后，当第二信息读写单元读取射频卡内数据后该动态密码失效。焊枪开关状态采集器用于采集焊枪开关的状态，并传入数据处理单元。焊接设定参数采集器用于采集焊机面板上焊接电流设定值、焊接电压设定值、空载电压设定值等参数，并传入数据处理单元。数据处理单元用于处理射频卡内信息，接收并存储焊工的焊接设定参数、焊枪开关状态。第一信息读写单元用于读写射频卡的信肩、O
锁定单元的工作原理如下:将锁定单元串联在焊机的控制信号电路中，当锁定单元闭锁时，控制信号电路被截断，使焊机不能完成操作；当锁定单元解锁时，控制信号电路被接通，焊机可以进行正常操作。可以选择的控制信号电路有:焊枪开关、焊机PWM脉冲电路。在进一步的实施例中，焊机锁定动作在以下五种情况下起作用:没有焊工资质的人员使用焊机；虽然射频卡内身份信息正确，但操作密码或动态密码连续三次错误；焊接操作过程中，焊工对焊接参数的设定值超出规定的范围，但仍然进行焊接；焊机开通后，虽然射频卡内身份信息正确、操作密码正确，但超过一定时间没有任何焊接操作；射频卡片2已完成登录成功——> 焊接操作——> 读取操作数据的流程。
转到图2，焊工完成焊接任务后，用射频卡片2读取监控装置内的操作过程数据，然后到管理人员处通过第二信息读写单元3、射频卡数据处理单元4上传数据即可。
本发明焊机管理方法的基本流程如下: so、通过射频卡数据处理单元和信息读写单元将焊工资质要求和焊接参数写入射频卡; 51、通过设置于焊机上的信息识别装置读取用户的射频卡，并根据射频卡内的信息和焊机上已存储的信息判断焊工资质是否符合要求； 52、接收用户输入的操作密码和动态密码，并验证用户的合法性；如果验证未通过，则锁定焊机，否则进行执行步骤S3 ； 53、解锁焊机，接收用户输入的参数，如果该参数超出预设的范围，则锁定焊机； 54、记录焊机面板上焊接电流设定值、焊接电压设定值和空载电压设定值。
S5、在每次焊接完成后，动态密码自动失效。
具体地，可以采用图3所示的工作流程: (1)射频卡片贴近监控装置； (2)数据处理单元通过第一信息读写单元读取卡片内信息，并根据其内存储的信息判断焊工身份是否符合要求； (3)接收焊工通过密码输入键盘输入的操作密码； (4)接收焊工通过密码输入键盘输入的动态密码； (5)如果焊工身份、操作密码、动态密码验证成功，则通过锁定单元解锁，焊工可以继续下一步操作，如果不符合要求，锁定单元继续闭锁，焊工不能进行下一步操作。
如图4所示，本发明焊机电子管理系统内的主板电路包括如下部分: 密码输入装置 13 由 S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16组成，分别代表按键1、2、3、4、5、6、7、8、9、0、操作密码、动态密码、登录、输出、取消、确定。基于密码输入键盘，可以输入操作密码、动态密码。
焊枪开关状态采集器由芯片U8及其相应外围电路组成，U8的型号为HCNR200线性光耦。焊枪开关信号作为光耦芯片U8的输入，U8的输出连接至芯片U3的第4脚。
焊接设定参数采集器主要由芯片U2、U4、U6、U7、UU U5及其外围电路组成，其中U2、U4、U6、U7芯片的型号为LM258运算放大器，U1、U5芯片采用HCNR200线性隔离光耦；焊接电流给定接入运算放大器U4后，作为线性隔离光耦Ul的输入，Ul的输出作为芯片U2的输入，U2的输出连接至芯片U3的第2脚；焊接电压给定接入运算放大器U7后，作为线性隔离光耦U5的输入，U5的输出作为芯片U6的输入，U6的输出连接至芯片U3的第3脚。
数据处理单元的核心芯片分别采用U3、U12，U3的型号为PIC16F877单片机，U12的型号FM3316铁定存储器。芯片U12的第3、4、5引脚分别与芯片U3的第22、27、28引脚连接。
第一信息读写单元:由模块U9组成，U9通过232接口与U3的第29、30脚相连，U9采用性能稳定的RF非接触射频卡读写器，其工作频率13.56MHz，读写距离0-70mm，可读写符合IS014443标准的射频卡，如MIFARE及MIFRE PRO系列射频存储卡。锁定单元主要由芯片U10、U11、U13、U14、U15及其外围电路组成，这5个芯片均可选TLP250光耦。U3的第 5、6、7、21、20 引脚分别通过电阻 R12、R14、R16、R18、R20 后，分别与 U10、Ull、U13、U14、U15芯片相连；U10、U11、U13、U14、U15的芯片输出分别为锁定单元端子1、锁定单元端子2、锁定单元端子3、锁定单元端子4、锁定单元端子5 ;这5个端子可串联于焊机PWM脉冲信号线、焊枪开关等控制信号中，用于控制焊机的使用；当射频卡片2贴近手动/半自动焊机电子管理系统后，射频卡2内的信息由U9 RF射频读写器读入，并传给U3 PIC16F877单片机，焊工身份验证工作由U3 PIC16F877单片机内程序完成，如果焊工身份符合相关要求，U3PIC16F877单片机向锁定单元16发出解锁指令；反之，则继续闭锁。
+5V电源经电阻R21、R22、R23、R24，分别与发光二极管DS1、DS2、DS3、DS4连接后，连接到U3的第35脚、第34脚、第36脚、第33脚；这四个发光二极管分别用于显示身份验证状态、操作密码状态、动态密码状态、数据记录输出状态；当身份信息验证通过后，DSl被点亮，否则DSl闪烁警告；当操作密码被验证通过后，DS2被点亮，否则DS2闪烁警告；当动态密码被验证通过后，DS3被点亮，否则DS3闪烁警告；当所记录的数据被输出至射频卡后，DS4被点亮，否则DS4熄灭。
在进一步的实施例中，为了便于系统运行，在初始化射频卡时，由管理人员通过射频卡数据处理单元、第二信息读写单元，将焊工身份信息:焊工姓名、焊工资质、参加培训时间、操作密码写入射频卡；在焊工每次领受任务时，由管理人员通过射频卡数据处理单元、第二信息读写单元，将有关焊接参数写入射频卡，如焊接电流设定值范围、焊接电压设定值范围、空载电压设定值范围、动态密码。
当焊工使用射频卡片开始登录焊机时，该装置对焊工身份信息进行检查，符合相应焊工资质的人员才能进行下一步的密码验证。
总之，本发明的手动/自动焊机电子管理系统和方法，在焊机每次通电开机之后，该装置首先通过射频卡读写器读取焊工身份，对焊工身份进行确认，符合资质要求、操作密码和动态密码的焊工才能继续操作焊机；焊工在每次焊接时，该装置记录如下操作信息:焊机编号、每次焊接开始时刻、焊接电流设定值、焊接电压设定值、空载电压设定值、焊接结束时刻；焊工的设定参数如不符合规定范围，焊机自动警告并记录相应参数，如警告次数过多，则焊机自动进入锁定状态；焊工换班、下班或完成焊接时，只能再次使用该射频卡读取该装置内记录的焊机操作信息，完成“登录成功——> 焊接操作——> 读取操作数据”的完整流程后，才能由专门的射频卡数据处理器读取并记录上班期间焊机操作信息以便焊后复查。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
权利要求
1.一种焊机，其特征在于，包括焊机本体和设置在焊机本体上的并能够读取射频卡内部信息的信息识别装置(1)，所述信息识别装置(I)包括数据处理单元(11)，以及与所示数据处理单元(11)连接的第一信息读写单元(12)、密码输入装置(13)、焊枪开关状态采集器(14)、焊接设定参数采集器(15)和锁定单元(16)，所述锁定单元(16)与焊机的部分控制信号线连接；所述数据处理单元(11)通过所述第一信息读写单元(12)从射频卡中读取用户信息，并根据用户信息判断焊工身份是否符合要求；所述数据处理单元(11)通过所述密码输入装置(13)读取密码并进行合法性判断，如果密码符合要求则解除锁定，进入工作状态；在工作时，所述焊枪开关状态采集器(14)和焊接设定参数采集器(15)分别采集焊枪开关的状态和焊接参数，并送入所述数据处理单元(11)。
2.如权利要求1所述的焊机，其特征在于，所述锁定单元串入焊枪开关控制线或焊机PWM脉冲电路。
3.如权利要求1所述的焊机，其特征在于，所述焊接参数包括焊接电流设定值、焊接电压设定值和空载电压设定 值。
4.一种焊机电子管理系统，其特征在于，包括设置在焊机上的信息识别装置(I )、与所述信息识别装置(I)相适配的射频卡(2)、能够写入和读取所述射频卡(2)内信息的第二信息读写单元(3)，以及与所述第二信息读取单元(3)通讯连接的射频卡数据处理单元(4)；所述信息识别装置(I)包括数据处理单元(11)，以及与所示数据处理单元(11)连接的第一信息读写单元(12)、密码输入装置(13)、焊枪开关状态采集器(14)、焊接设定参数采集器(15)和锁定单元(16);所述锁定单元(16)与焊机的部分控制信号线连接；所述数据处理单元(11)通过所述第一信息读写单元(12)从射频卡中读取用户信息，并根据该用户信息判断焊工身份是否符合要求；所述数据处理单元(11)通过所述密码输入装置(13 )读取密码并进行比对，如果密码符合要求则解除锁定，进入工作状态；在工作时，所述焊枪开关状态采集器(14)和焊接设定参数采集器(15)分别采集焊枪开关的状态和焊接参数，并送入所述数据处理单元(11)。
5.如权利要求4所述的焊机电子管理系统，其特征在于，所述锁定单元串入焊枪开关控制线或焊机PWM脉冲电路。
6.如权利要求4所述的焊机电子管理系统，其特征在于，所述焊接参数包括焊接电流设定值、焊接电压设定值和空载电压设定值。
7.如权利要求4所述的焊机电子管理系统，其特征在于，在工作时，数据处理单元定时判断焊接设定参数采集器采集到的参数是否符合设定要求，如果不符合，则通过锁定单元锁定焊机。
8.一种焊机电子管理方法，其特征在于，包括如下步骤: 51、通过设置于焊机上的信息识别装置读取用户的射频卡，并根据射频卡内的信息和焊机上已存储的信息判断焊工资质是否符合要求； 52、接收用户输入的操作密码和动态密码，并验证用户的合法性；如果验证未通过，则锁定焊机，否则进行执行步骤S3 ； 53、解锁焊机，接收用户输入的参数，如果该参数超出预设的范围，则锁定焊机； 54、记录焊机面板上焊接电流设定值、焊接电压设定值和空载电压设定值。
9.如权利要求8所述的焊机电子管理方法，其特征在于，还包括步骤SO:通过射频卡数据处理单元和信息读写单元将焊工资质要求和焊接参数写入射频卡。
10.如权利要求8所述的焊机电子管理方法，其特征在于，还包括步骤S5:在每次焊接完成后，动态密码自动失效。 ·
全文摘要
本发明涉及焊机，为了在电磁干扰环境下低成本、全过程的监控和管理焊机，提出了一种焊机、焊机电子管理系统及方法。该焊机通过在焊机本体上设置能够读取射频卡内部信息的信息识别装置，从射频卡中读取用户信息，根据该用户信息判断焊工身份是否合格；接收用户输入的操作密码和动态密码以判断用户的操作是否合法，如果符合要求则解除锁定，进入工作状态；在工作时，采集并存储焊枪开关的状态和焊接参数。本发明具有操作简单、不需要对原有焊机进行大的改动，只需要将相关装置与部分控制线连接即可；还具有使用灵活，监控方便，便于复查焊接质量的优点。
文档编号B23K9/10GK103170714SQ201310120230
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者陈书锦, 浦娟, 陆雪冬, 胡森, 曹福俊, 胡晓晴 申请人:江苏科技大学