一种焊炬高度随动装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及数控焊接领域，具体涉及一种焊炬高度随动装置。
【背景技术】
[0002] 在如今现代社会高速发展的步伐下，传统的手工焊接方法已经不能满足现代高技 术高精度产品的制造质量和数量的要求。尤其是针对焊接工件表面不平整的情况，手工焊 接甚至是现有的数控焊接机也无法满足焊矩高度自动跟随的目的。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是传统焊接方法在面对焊接工件表面不平整的 情况，无法实现焊矩高度自动跟随的问题，提供一种焊炬高度随动装置。
[0004] 为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种焊炬高度随动装置，包括霍尔电流传感器、信号滤波电路、模数转换器、电流 平均处理模块、PID控制器和焊炬随动机构；霍尔电流传感器安装在外部数控焊接机的电 源线处，霍尔电流传感器的输出端与信号滤波电路的输入端相连，信号滤波电路的输出端 连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端与电流平均处理模块的输入端连接，电流 平均处理模块的输出端连接PID控制器的输入端，PID控制器的输出端连接外部数控焊接 机的焊炬随动机构控制端。
[0006] 与现有技术相比，本实用新型能够增设于数控机床或者数控焊接机中，其针对焊 接工件表面不平整的情况，外加对采集到的电弧传感信号进行PID控制，从而完成对工件 焊接面进行自动跟随的目的。通过对数控运动进行控制，能够使得焊接更为平整，以满足现 代化的高精度产品的制造质量和数量的要求。
【附图说明】
[0007] 图1为一种焊炬高度随动装置的原理框图。
【具体实施方式】
[0008] -种焊炬高度随动装置，如图1所示，包括霍尔电流传感器、信号滤波电路、模数 转换器、电流平均处理模块、PID控制器和焊炬随动机构；霍尔电流传感器安装在外部数控 焊接机的电源线处，霍尔电流传感器的输出端与信号滤波电路的输入端相连，信号滤波电 路的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端与电流平均处理模块的输入端 连接，电流平均处理模块的输出端连接PID控制器的输入端，PID控制器的输出端连接外部 数控焊接机的焊炬随动机构控制端。
[0009] 本实用以焊炬相对于工件表面的高度偏差作为被调量，焊炬高度位移量为操作量 的闭环控制系统。整个闭环控制系统中，传感器部分起着极其重要的作用，他是整个控制系 统的跟踪信号采集部件，决定了整个系统的跟踪精度及控制效果。在实际焊接过程中，存在 强烈弧光、强磁场、高温辐射、烟尘飞溅等干扰，工作环境极其恶劣。这些传感器可利用光、 声、热、磁、机械等物理量的变化来检测焊炬高度的变化。在本实用中，传感器选用结构简 单、成本低廉和可靠性高的霍尔电流传感器。
[0010] 当焊矩高度发生变化时，势必会引起焊接电流的相应变化。当电弧弧长发生变化 是，会使电弧特性曲线发生偏移。焊接电流波形是短路与燃弧交替发生的，通常是一个波动 很大的锯齿波信号，波动幅度很大，最小值与最大值之间的电流差有100A-200A，各个高度 的电流波形有重叠部分，很难判断某一时刻的电流值属于哪个焊矩高度。因此必须以一段 时间内的平均电流值作为传感信号，才能真实反映出焊矩高度的变化。即本实用在信号采 集电路之后，加入了电流平均电路对一段时间采集到的电弧信号进行平均。
[0011] 在稳定的焊接过程中，焊丝的送丝速度等于恪化速度，在一定的焊接规范下，当焊 炬高度发生变化时，焊丝干伸长所产生的电阻热将发生变化。为了保持原来的熔化率，由 公式Pni=I(UW+IRS)可知，逸出电压仏为一相对固定值，当焊丝伸出长度电阻热发生变化 时，只能是电流产生相应变化。当焊炬高度升高时，焊丝干伸长增加，其产生的电阻热增加， 在一个时间段内的平均电流势必减小；相反，焊炬高度降低时，平均电流将增加。本实用的 PID控制器采用PID位置算法的离散公式如下：
[0013] 比例系数加使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；积分作用能消除稳态误 差，提高系统的控制精度。微分作用可以改善动态特性，减短调节时间。
[0014] 本焊炬高度随动装置的工作过程如下：
[0015] (1)霍尔电流传感器多次采集电弧信号；
[0016] (2)信号滤波电路对电弧电流信号进行滤波，去除干扰信号，识别出有用信号；
[0017] (3)模数转换器将采集到的模拟电弧信号转换为数字电弧信号；
[0018] (4)电流平均处理对滤波后的电流信号求平均电流，这样可以让输入值更接近真 实值；
[0019] (5)PID控制器输入量为电流值，调节量为焊矩高度；通过PID公式计算出电流值 的变化引起的焊矩高度变化值，由于焊矩高度的变化，平均电流也随之变化；这样形成一个 自动控制的闭环回路，从而达到了焊接面的自动跟随的目的。另外调节过程中通过平均电 流保持在一特定值，判断焊矩高度是否在合适高度。
【主权项】
1. 一种焊炬高度随动装置，其特征在于：包括霍尔电流传感器、信号滤波电路、模数转 换器、电流平均处理模块、PID控制器和焊炬随动机构；霍尔电流传感器安装在外部数控焊 接机的电源线处，霍尔电流传感器的输出端与信号滤波电路的输入端相连，信号滤波电路 的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端与电流平均处理模块的输入端连 接，电流平均处理模块的输出端连接PID控制器的输入端，PID控制器的输出端连接外部数 控焊接机的焊炬随动机构控制端。
【专利摘要】本实用新型公开一种焊炬高度随动装置，其包括霍尔电流传感器、信号滤波电路、模数转换器、电流平均处理模块、PID控制器和焊炬随动机构；霍尔电流传感器安装在外部数控焊接机的电源线处，霍尔电流传感器的输出端与信号滤波电路的输入端相连，信号滤波电路的输出端连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端与电流平均处理模块的输入端连接，电流平均处理模块的输出端连接PID控制器的输入端，PID控制器的输出端连接外部数控焊接机的焊炬随动机构控制端。本实用通过在数控机床或者数控焊接机中，外加对采集到的电弧传感信号进行PID控制，从而完成对工件焊接面进行自动跟随的目的。
【IPC分类】B23K9/095
【公开号】CN204818377
【申请号】CN201520498046
【发明人】王守华, 李炼, 孙希延, 纪元法, 何锋
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月10日