焊接控制电路、焊枪及焊接设备的制作方法

1.本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种焊接控制电路、焊枪及焊接设备。


背景技术：

2.在电弧焊焊接过程中，经常会碰到较宽的焊缝，为实现宽焊缝的焊接的要求，常利用焊枪左右摆动使焊缝变宽，还有一种方法就是通过磁摆技术利用磁场对电弧的影响改变电弧偏离钨极的方向和偏离钨极的距离来实现宽焊缝焊接。
3.现有技术通常是使用步进电机或伺服电机通过机械运动带动焊枪左右摆动。或者使用继电器控制切换磁摆线圈接入正负极性电流来改变电弧摆动方向。使用机械运动使焊枪左右摆动其缺点为控制精度不高，左右摆动边上不整齐。使用继电器切换磁摆线圈的电流方向控制电弧摆动其缺点为继电器动相应速度比较慢不能满足焊接工艺要求。
4.因此，有必要对现有焊接设备加以改进。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种焊接控制电路，包括：控制电路，其输入端被配置为接收pwm信号，输出端能够响应于所述pwm信号的高低电平变化而分别输出第一信号和第二信号；以及磁摆线圈，能够基于电流方向的变化控制焊接电弧的摆动方向变化，两输入端分别被配置为接收所述第一信号和所述第二信号；所述磁摆线圈被配置为：响应于所述第一信号，控制所述焊接电弧向第一方向摆动，响应于所述第二信号，控制所述焊接电弧向第二方向摆动。
6.进一步地，所述控制电路包括：信号转换电路，其输入端被配置为接收所述pwm信号，输出端能够响应于所述pwm信号的高低电平变化而分别输出正向激励控制信号和反向激励控制信号；光耦单元，包括第一光耦、第二光耦、第三光耦及第四光耦，其中，所述第一光耦和所述第三光耦的输入端被配置为用于接收所述正向激励控制信号，所述第二光耦和所述第四光耦的输入端被配置为用于接收所述反向激励控制信号；以及开关电路，由恒流源供电，其输入端能够分别接收所述第一光耦、第二光耦、第三光耦及第四光耦的输出端相连接，输出端被配置为分别与所述磁摆线圈的第一端和第二端相连接；所述开关电路被配置为响应于所述第一光耦和所述第三光耦输出高电平信号，控制所述磁摆线圈产生正向磁场，响应于所述第二光耦和所述第四光耦输出低电平信号，控制所述磁摆线圈产生反向磁场。
7.进一步地，所述信号转换电路包括：延时电路，能够使得所述正向激励控制信号和所述反向激励控制信号的高低电平切换过程中具有死区时间。
8.进一步地，所述开关电路包括恒流源、第一mos管、第二mos管、第三mos管及第四mos管，所述第一mos管和所述第二mos管的漏极与所述恒流源的正极相连接，所述第三mos管和所述第四mos管的源极和所述恒流源的负极相连接，所述第一mos管的栅极与所述第一光耦的输出端相连接，所述第二mos管的栅极与所述第二光耦的输出端相连接，所述第三
mos管的栅极与所述第三光耦的输出端相连接，所述第四mos管的栅极与所述第四光耦的输出端相连接，所述第一mos管的源极一方面与所述第四mos管的漏极相连接，另一方面与所述磁摆线圈的第一端相连接；所述第二mos管的源极一方面与所述第三mos管的漏极相连接，另一方面与所述磁摆线圈的第二端相连接。
9.进一步地，所述恒流源为受控电流源。
10.进一步地，所述焊接控制电路被配置为，通过调节所述pwm信号的频率调节所述焊接电弧的摆动频率。
11.进一步地，所述焊接控制电路被配置为，通过调节所述恒流源的电流控制所述焊接电弧的摆动幅度。
12.进一步地，所述焊接控制电路被配置为，通过调节所述pwm信号的占空比调节所述焊接电弧停留于摆动两端的时间。
13.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种焊枪，应用上文所述的焊接控制电路。
14.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种焊接设备，应用上文所述的焊接控制电路或焊枪。
15.本发明所提供的焊接控制电路，其能够基于pwm信号的高低电平切换控制磁摆线圈的电流路径，进而控制磁摆线圈产生的磁场方向，从而实现对电弧的控制，进一步地，本实施例通过延时电路的设置，能够降低了器件的损耗和避免器件的损坏，进一步地，本实施例通过调节pwm信号的频率调节电弧的摆动速度，通过调节pwm信号的占空比调节电弧在摆动过程中于两端停留的时间，通过对恒流源的输出电流的调节控制电弧的摆动幅度，能够实现对电弧的多样化配置和精准控制，一方面能够实现使用者的差异化需求，另一方面能够提高焊接的质量。
附图说明
16.图1为本发明的实施例中焊接控制电路的结构示意图；
17.图2为图1中焊接控制电路的控制电路的部分结构示意图；
18.图3为图1中焊接控制电路的控制电路的部分结构示意图；
19.图4为正向激励控制信号和反向激励控制信号的时序示意图。
具体实施方式
20.在下文，将参照附图详细描述示范性实施方式。然而，本发明不限于下面的实施方式，而是包括在本公开的技术范围内的各种改变、替代和变形。术语“第一”、“第二”等可以用于解释各种元件，元件的个数并不受这样的术语的限制。这些术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。因此，在一个实施方式中被称为第一元件的元件可以在另一实施方式中被称为第二元件。除非上下文有另外的要求，否则单数形式不排除复数形式。
21.在下面的描述中，术语“包括”或“包含”用于表示特征、数字、步骤、操作、元件、部分或其组合而不排除其他特征、数字、步骤、操作、元件、部分或其组合。
22.如图1所示，本实施例提供了一种焊接控制电路100，包括：控制电路1，其输入端被配置为接收pwm信号，输出端能够响应于pwm信号的高低电平变化而分别输出第一信号和第二信号；以及磁摆线圈2，能够基于流经磁摆线圈2的电流的方向变化控制焊接电弧(下文中
或简称电弧)的摆动方向变化，两输入端(下文中所述的第一端和第二端)分别被配置为接收第一信号和第二信号；磁摆线圈2被配置为：响应于第一信号，控制焊接电弧向第一方向摆动，响应于第二信号，控制焊接电弧向第二方向摆动。
23.由于通过pwm信号切换磁摆线圈的电流方向相较于通过继电器切换磁摆线圈的电流方向进行控制，其响应速度更快，相较于机械运动带动焊枪移动，其控制精度更高。
24.其中，第一方向和第二方向为相反方向，具体地，如图2所示，第一方向可以为图面中的左方向，第二方向可以为图面中的右方向，在一些实施方式中，第一方向也可以为图面中的上方向，第二方向相应为图面中的下方向，此处不再赘述。
25.进一步地，如图2所示，控制电路1包括：信号转换电路10，其输入端被配置为接收pwm信号，输出端能够响应于pwm信号的高低电平变化而分别输出正向激励控制信号和反向激励控制信号；以及光耦单元20，包括第一光耦u1、第二光耦u2、第三光耦u3及第四光耦u4，其中，第一光耦u1和第三光耦u3的输入端被配置为用于接收正向激励控制信号，第二光耦u2和第四光耦u4的输入端被配置为用于接收反向激励控制信号；以及开关电路30，由恒流源(未图示)供电，其输入端能够分别接收第一光耦u1、第二光耦u2、第三光耦u3及第四光耦u4的输出端相连接，输出端被配置为分别与磁摆线圈2的第一端和第二端相连接；开关电路30被配置为：响应于第一光耦u1和第三光耦u3输出高电平信号，控制磁摆线圈2产生正向磁场，响应于第二光耦u2和第四光耦u4输出低电平信号，控制磁摆线圈2产生反向磁场。
26.下面参考图2和图3对本实施例提供的焊接控制电路100的电路结构和原理进行详细说明：
27.信号转换电路10包括：电阻r17，第一端被配置为信号转换电路10的输入端，用于接收pwm信号，第二端依次与电阻r15和电阻r16串联后与第一运算放大器u5b的同相输入端相连接，电阻r17的第二端与电阻r19的第一端相连接，电阻r19的第二端接地；电容c1，并联于电阻r19两端，电阻r20的第一端接地，第二端一方面与第一运算放大器u5b的反向输入端相连接，另一方面与电阻r34相连接；电阻r34未与电阻r20相连接的一端用于连接输入电压；电容c2的第一端连接于电阻r15和电阻r16之间的连接点，第二端与电阻r20的第一端相连接；电容c4并联于电阻r20两端；第一运算放大器u5b的同相输入端与电阻r13的第一端相连接，电阻r13的第二端一方面与第一运算放大器u5b的输出端相连接，另一方面与二极管d1的负极性端相连接；二极管d1的正极性端与第二运算放大器u5c的反相输入端相连接；电阻r18，第一端与第一运算放大器u5b的输出端相连接，第二端一方面与第二运算放大器u5c的反相输入端相连接，另一方面与电容c4的第一端相连接；电容c4的第二端接地；电阻r35的第一端接地，第二端一方面与第二运算放大器u5c的同相输入端相连接；电阻r33的第一端与第二运算放大器u5c的同相输入端相连接，第二端与第二运算放大器u5c的输出端相连接；第二运算放大器u5c的输出端依次与二极管d2及激光二极管ld1串联，经激光二极管ld1输出正向激励控制信号至第一光耦u1和第三光耦u3的输入端。
28.二极管d3的正极性端与第一运算放大器u5b的输出端相连接，负极性端与第三运算放大器u5d的同相输入端相连接；r37并联于二极管d3的两端；电容c5的第一端与第三运算放大器u5d的同相输出端相连接，第二端接地；电阻r39的第一端接地，第二端与第三运算放大器u5d的反相输入端相连接；电阻r38的第一端与第三运算放大器u5d的同相输入端相连接，第二端与第三运算放大器u5d的输出端相连接；第三运算放大器u5d的输出端一次与
二极管d4和激光二极管ld2相连接，经激光二极管ld2输出反向激励控制信号至第二光耦u2和第四光耦u4的输入端。
29.开关电路30包括恒流源i、第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q2及第四mos管q4，第一mos管q1和第二mos管q2的漏极与恒流源i的正极相连接，第三mos管q3和第四mos管q4的源极与恒流源i的负极相连接，第一mos管q1的源极一方面与第四mos管q4的漏极相连接，另一方面接地，第二mos管q2的源极一方面与第三mos管q3的漏极相连接，另一方面接地；电阻r1的第一端被配置为与第一光耦u1的输出端相连接，第二端与第一mos管q1的栅极相连接；电阻r5的第一端接地，第二端与第一mos管q1的栅极相连接；电阻r4的第一端被配置为与第四光耦u4的输出端相连接，第二端被配置为一方面与第四mos管q4的栅极相连接，另一方面与电阻r8的第一端相连接，电阻r8的第二端分别于地和第四mos管q4的源极相连接；电阻r2的第一端被配置为与第二光耦u2的输出端相连接，第二端与第二mos管q2的栅极和电阻r6的第一端相连接；电阻r6的第二端接地；电阻r3的第一端被配置为与第三光耦u3的输出端相连接，第二端分别于第三mos管q3的栅极及电阻r7的第一端相连接；电阻r7的第二端分别与地和第三mos管q3的源极相连接。
30.第一mos管q1的源极与磁摆线圈2的第一端相连接，第二mos管q2的源极与磁摆线圈2的第二端相连接。
31.下面对图2和图3示出的电路的工作原理进行说明：
32.当pwm信号为低电平时即为0v时，通过电阻r17、r19、r15、r16送至第一运算放大器u5b的同相输入端，其电压值也为0v，并与第一运算放大器u5b的反相输入端的电压进行比较。其中电容c1和电容c3为滤波电容，用于滤除干扰信号，第一运算放大器u5b的反相输入端的电压设计为固定值2v。此时第一运算放大器u5b的同相输入端电压低于反相输入端电压，其输出端输出低电平信号，该低电平信号使二极管d1截止，通过电阻r18送至第二运算放大器u5c的反相输入端，使第二运算放大器u5c的输出端输出高电平信号，作为正向激励控制信号，并通过二极管d2、激光二极管ld1和电阻r14使第一光耦u1和第三光耦u3工作，并输出高电平信号，进而驱动第一mos管q1和第三mos管q3由上向下导通。此时恒流源i的电流流向依次为：恒流源i正极、第一mos管q1、磁摆线圈2的第一端、磁摆线圈2的第二端、第三mos管q3、恒流源i负极，构成了完整的电流回路，因此磁摆线圈2的电流为正极性接入，磁摆线圈2产生正向磁场，使电弧向右(第二方向)摆。
33.当pwm信号为高电平时即为24v时，通过设置电阻r17、电阻r19的阻值比例为5:1进行分压后再通过电阻r15、电阻r16送至第一运算放大器u5b的同相输入端，此时其第一运算放大器u5b的同相输入端电压值为4v，由于该电压值大于第一运算放大器u5b的反相输入端的电压固定值2v，第一运算放大器u5b的输出端输出电压为15v的高电平信号，以使得二极管d1导通，并将电压送至第二运算放大器u5c的反相输入端，使得第二运算放大器u5c的输出端为输出电压值为-15v的低电平信号，该低电平信号会使第一mos管q1和第三mos管q3处于截止状态，此时磁摆线圈2的正极性电流消失，磁摆线圈2所产生的正向磁场相应消失，电弧回到原点。
34.在电弧右摆结束回到原点的同时，由于第一运算放大器u5b的输出端输出电压为正15v的高电平信号会使二极管d3截止，该高电平信号通过电阻r37送至第三运算放大器u5d的同相输入端，由于该高电平信号电压大于第三运算放大器u5d的反相输入端的电压，
因此第三运算放大器u5d的输出端输出电压值为正15v的高电平信号作为反向激励控制信号，并通过二极管d4、激光二极管ld2和电阻r36使第二光耦u2和第四u4工作,因此第二光耦u2输出的信号g2为高电平(15v)；第四光耦u4输出的信号g4也为高电平(15v)。g2和g4信号能够分别驱动第二mos管q2和第四mos管q4工作，使第二mos管q2和第四mos管q4由上向下导通。此时恒流源i的电流流向依次为：恒流源i正极、第二mos管q2、磁摆线圈2的第二端、磁摆线圈2的第一端、第四mos管q4、恒流源i负极，构成了完整的电流回路，因此磁摆线圈2的电流为负极性接入，磁摆线圈2产生反向磁场，使电弧向左(第一方向)摆。
35.当pwm信号高电平(24v)结束转为低电平(0v)时，由于第一运算放大器u5b的输出端输出的低电平信号的电压为负15v，该负15v电压使二极管d3导通，并将该信号传送至第三运算放大器u5d的同相输入端，其电压值为负14.3v(去除了二极管d3自身的压降0.7v)，此时第三运算放大器u5d的输出端输出电压值为负15v的低电平信号，该负15v电压会使第二mos管q2和第四mos管q4进入截止状态，此时磁摆线圈2失去负极性电流，进而磁摆线圈2产生的反向磁场相应消失，电弧自向左摆回到原点。
36.由此，实现了基于pwm信号的高低电平切换，实现电弧的摆动，需要说明的是，图2中示出的信号转换电路10仅为一种示例性结构，并不构成对信号转换电路10的结构限定，基于本实施例，本领域技术人员容易获知，上文中提出的输入端被配置为接收pwm信号，输出端能够响应于pwm信号的高低电平变化而分别输出正向激励控制信号和反向激励控制信号的信号转换电路10及能够实现上述功能的等效电路均在本发明的保护范围内。
37.进一步地，在pwm信号高低电平切换的过程中，由电阻r18、电容c4和电阻r37、电容c5分别组成了rc延时电路，其时间常数t＝r
×
c，该延时电路的设计会使正向激励控制信号和反向激励控制信号交替输出时存在死区时间，避免了第一mos管q1与第四mos管q4或第二mos管q2与第三mos管q3直接上下导通引起短路。如图4所示，在正向激励控制信号由正15v下降到0v时，反向激励控制信号才开始由0v逐渐上升到正15v。因此降低了器件的损耗和避免器件的损坏。
38.进一步地，本实施例中，通过对pwm信号的频率的调节改变电弧左右摆动的频率，具体地，pwm信号的频率越高，则电弧左右摆动的频率越快，反之亦然。
39.进一步地，恒流源i为受控电流源，本实施例中，通过调节恒流源i的电流控制电弧的摆动幅度，这是由于恒流源i的输出电流值越大，则磁摆线圈2的电流也越大，进而所产生的磁场也越大，因此，电弧的摆动幅度也越大。
40.进一步地，本实施例中，通过对pwm信号的占空比调节来调节电弧在左右摆动时，在左端和右端的停留时间。
41.本实施例中所提供的焊接控制电路，其能够基于pwm信号的高低电平切换控制磁摆线圈2的电流路径，进而控制磁摆线圈2产生的磁场方向，从而实现对电弧的控制，进一步地，本实施例通过延时电路的设置，能够降低了器件的损耗和避免器件的损坏，进一步地，本实施例通过调节pwm信号的频率调节电弧的摆动速度，通过调节pwm信号的占空比调节电弧在摆动过程中于两端停留的时间，通过对恒流源i的输出电流的调节控制电弧的摆动幅度，能够实现对电弧的多样化配置和精准控制，一方面能够实现使用者的差异化需求，另一方面能够提高焊接的质量。
42.进一步地，本实施例还提供了一种焊枪(未图示)，应用上文所述的焊接控制电路
100。
43.进一步地，本实施例还提供了一种焊接设备(未图示)，应用上文所述的焊接控制电路100或焊枪。
44.本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然后熟悉本领域的技术人员仍可基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请的权利要求所涵盖。