带辅助放电机构的新型自动化电焊机的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明隶属于高端装备、工业机器人技术领域，具体涉及一种带辅助放电机构的新型自动化电焊机。
【【背景技术】】
[0002]当前焊接技术已经普遍采用电能作为焊接加热的能源，电焊机自身也都实现了自动化、数字化控制。随着技术改进的不断进行，焊机在配置足够的外部动作结构，和内部工况控制软件之后，已经开始具备一定的智能，广泛用于工业产品制造线，或者野外工程中，以焊接作业机器人的形式，发挥着巨大的作用。
[0003]但是，焊接作业的本质并没有发生变化，依然要靠焊枪向焊接工件进行电能放电来进行。对于电焊机，当焊枪远离焊接工件时，焊枪端呈现开路的状态，也就是焊枪部分维持一个较高的电压，而电流为O ;当焊枪接近焊接工件至一定程度时，一般为数毫米至数厘米，焊枪端的较高电压将击穿空气，形成瞬间的放电。在不放电与电弧放电这两者状态的转换期间，焊枪端的电压和电流是急剧变化的，等到放电维持稳定后，则焊枪到达一个较小的电压，一般为数伏特，和较大通电电流的状态，一般为百毫安至数百安培，呈现为一种短路的状态。
[0004]对于自动焊机的控制来说，在焊枪起弧的极短时间内，焊机将从输出O功率转变为输出几十瓦至几百瓦功率的转换，在此期间还要尽可能保持电压、电流值的平稳过渡，因此对焊机电源提出了非常高的要求，既要求焊枪端的传感器能够快速和实时地反馈回各时刻的电压值，电流值，也要求焊机电源能够控制电能做相应的动态变化。对于一些设计或工况不是很好的电焊机，由于这个环节不能得到保障，往往会造成电能利用效率不高，对电网造成较大的电磁干扰，以及焊点形貌不佳、焊接质量低劣等各种不良的效果。
[0005]基于如上，本发明专利提出，可以采用辅助性的机构，来帮助焊机顺利渡过从开路到短路的转换阶段，从而克服在焊机控制上的难点，实现高质量的工件焊接。
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【发明内容】
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[0006]本发明针对上述【背景技术】问题中所存在的自动焊机现有控制技术的难点，提出一种带辅助放电机构的新型自动化电焊机，
[0007]包括焊机主机、焊枪、储能装置、储能装置控制器和控制开关；所述控制开关包括充电开关，放电开关和对地放电开关。所述焊机主机内设置有焊机逆变电源，该焊机逆变电源通过充电开关与储能装置电连接，可在闲时对储能装置进行充电；所述焊机主机通过二极管连接到焊枪，焊机主机、二极管与焊枪之间为串联连接，连同焊接工件一起，构成主放电回路；所述储能装置通过放电开关连接焊枪，构成辅助放电回路。由于辅助放电回路的存在，可帮助自动化电焊机顺利地从开路不工作状态过渡到短路、焊接工件的状态，极大降低此短暂过程中，原焊机整机控制器的控制难度，实现更好焊接效果。
[0008]所述储能装置，为电容器、电池，也可以是起到同样储能作用电感线圈等。对这些储能元件进行分组管理，例如总共用15个电容器，5个I组，共分为3组，组内采用电容器串联连接，组间一般采用并联连接。该储能装置可以通过开关切换动作，进行串、并联的转换，从而配置成不同的储能模式；这样的开关切换动作，受储能装置控制器的控制；
[0009]所述储能装置控制器，其具有与整机控制器的信息通讯连接，因此可以从整机控制器接受指令，并具体地控制储能装置的工作状态。例如储能装置充电，储能装置放电，又例如总共3组储能元件，只利用其中的2组，进行并联放电，而另I组元件搁置不用，等等。
[0010]所述充电开关，是指继电器，半导体开关器件等，在焊机不进行焊接工作的闲时，由指令控制其打开，从整机电源向储能元器件进行充电、储能。
[0011]所述放电开关，是指继电器、半导体开关器件等，在焊机转入焊接作业的短暂时间内，开放此开关，储能元件放电，辅助整机电源的工作。特别地，这里的放电开关可以是电力二极管，焊机由开路状态进入短路状态期间，随着焊枪电压的迅速降低，当储能元件端与焊枪端的电压差达到一定值后，电力二极管将自动导通，由储能机构执行辅助性的放电。
[0012]所述对地放电开关，是指继电器、半导体开关器件等，在焊机确定停机、不工作时，为了防备人身伤害，可以开通对地放电，将储能元件上所存储的电能泄放掉。
[0013]所述储能装置控制器与整机控制器之间的通讯联系，是指利用这样的机制，可以由整机控制来最终确定储能装置的工作状态。在焊机的整机控制端，根据将要焊接的工件的材料的性质，可以选择较大功率的辅助放电源，或者较小功率的辅助放电源，进行了这样的选择和设定后，通知储能装置控制器，由其确定所有储能元器件中，哪些元件用于串联，串联的不同组元件哪些用于并联，哪些元件弃置不用，因而得到最恰当的辅助措施。
[0014]如上所述所有部件构成辅助放电的机构，这样的设计可以降低电焊机整机控制的难度，更利于焊机的全自动化、数字化控制的实现，同时在应对不同焊接材料的要求方面，又具备足够的灵活性、适应性。
[0015]作为优选，所述焊机主机，为各型带控制键盘和显示屏的具备一定程度自动化控制的电焊机。在焊枪到焊机主机之间存在反馈实时电压、电流值的传感器和线路，即便是令辅助放电回路不工作，该设备仅依赖主放电通路也是能够独立运行的。
[0016]作为优选，所述储能装置为电力电容器，其具有一定时间内保持存储电能的能力，能够在需要时快速释放出来，参与焊机起弧阶段的工作。
[0017]作为优选，储能装置控制器为一个执行自动化控制功能的电子电路板，其上带有与焊机整机控制相联系的通讯接口，例如RS485串行通讯接口，带一个单片机芯片及外围组件，带继电器或者功率晶体管输出，并具有一个简单的开关矩阵。通过储能装置控制器，可以对储能机构的配置，充、放电等进行具体的控制。
[0018]作为优选，充电开关为继电器，接受储能控制器或者焊机整机控制器的控制，在焊机空闲时间内导通，对储能元件进行充电。
[0019]作为优选，放电开关为一组二极管的串联，当焊枪端电压下降至一定数值时，二极管自动导通，储能元件向焊枪释放能量；由于整机电源到焊枪之间有隔离二极管，储能元件的放电并不能干扰到整机电源的工作。
[0020]作为优选，对地放电开关为一个继电器。
[0021]本发明工作过程中焊枪处于不进行焊接作业的闲时状态时，焊机主机能够对储能装置进行充电，而当焊机刚刚转入工作状态时，储能装置能够在短时间内向焊枪放电，放电时间不超过5秒钟，在储能装置提供的附加、辅助性能源的作用下，焊机将更为平滑地完成具由不焊接向焊接状态的转移。其中储能装置可以通过开关切换动作，进行串、并联的转换，从而配置成不同的储能模式。这样的开关切换动作，受储能装置控制器的控制。
[0022]本发明中，作出以下几点具体说明:
[0023](I)本发明中的自动化电焊机，已经配置了自动化运行控制器，带有焊丝的走丝机构、逆变焊机电源、焊枪，在控制器的操控下可进行正常的焊接工作。该设备随时监控焊枪端的电压电流的情况，其中高电压极小漏电流的状态为空闲态，而低电压大电流泄放的状态为焊接工作态。当焊机由空闲转入焊接工作态时，通常情况下，焊枪端的电压电流波形是大幅度震荡变化的，在这种情况下，焊机控制器要控制逆变电源实时地因应这种电压电流的剧烈变化，对逆变电源和数字化、自动化控制，就都带来了巨大的难度。
[0024](2)在设置辅助的放电机构后，在空闲态对放电机构的储能元件进行充电，而在焊枪电压电流剧烈波动阶段，放电机构适时放电，补充焊机逆变电源的能力不足，就可以减缓对原逆变电源的性能指标的要求，自动化、数字化的控制也变得容易实现。
[0025](3)不仅如此，在