专利名称：微束等离子焊机的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接设备，特别是一种用于多种金属精密微细结构焊接的微束等离子焊机。
本发明的技术解决方案是采用数字信号处理技术，利用DSP数字信息处理器的快速运算速度和强大的运算功能，设立良好的用户操作界面，操用人员可选择不同的热加工方法，并根据不同的热加工材料和工艺要求，预置工艺参数；并且，可进行工作现场的实时监控、工作时序的快速切换和实时控制，从数字的角度采取充分的抗干扰措施，提高信噪比，使设备运行可靠性提高，使微束等离子焊机无论性能上还是智能化程度上，均达到一个较高的水平。
本发明的具体技术方案如下一种微束等离子焊机，包括主机箱、冷却系统、由离子气和保护气构成的气路、引弧装置、控制系统、包括小弧电源和主弧电源的电源、焊枪，其特点在于①主机箱内的气路、冷却系统的水路、电源、引弧装置均由控制系统控制，而该控制系统的核心是采用数字信号(DSP)处理器作中央处理器；②在水路、气路、电源和引弧装置的时序控制和现场检测电路与DSP处理器之间设有时序控制接口；③在键盘、液晶显示屏、现场控制开关与DSP处理器之间设有人机对话接口；④在水路、气路、电源的故障检测电路和故障报警装置与DSP处理器之间还设有故障接口电路；⑤在主弧电源和DSP处理器之间设有由电流检测电路、电压检测电路、信息采集系统、信息接口电路组成的电源反馈系统；⑥在主弧电源和DSP处理器之间设有由PWM接口及隔离、驱动电路组成的主弧电源控制系统；⑦在主弧电源和DSP处理器之间设有由过压欠压检测与接口及由过热过流检测与接口组成的保护电路。
所说的主机箱的外表面设有电源开关、检气开关、电源指示灯、气路指示灯、水路指示灯、液晶显示屏、焊机动态过程显示、键盘按钮、报警灯、遥控插座、离子气流量计、保护气流量计、焊枪插座、工件接头、电缆线接头、保护气进气口、离子气进气口、进水口和出水口，使焊机操控方便，特别是过程显示设有一系列指示灯表示焊接全过程预气、引弧、主弧的初始、上升、平稳、下降、最终、延气，使操作者一目了然焊机正处于何种工作状态。
所述的微束等离子焊机，还设有遥控盒，利用其连线的接头插入主机箱的遥控插座，即可对本焊机进行远距离控制。
图2是本发明微束等离子焊机的机箱背面示意图。
图3是本发明微束等离子焊机的结构立体分解示意图。
图4是本发明微束等离子焊机的电气结构框图。图中
1-主机箱 101-电源开关 102-检气开关 103-电源指示灯 104-气路指示灯 105-水指示灯 106-液晶显示屏107-过程显示 108-键盘按钮 109-报警灯 110-遥控插座111-离子气流量计 112-保护气流量计 113-焊枪插座114-工件接头 115-电缆线接头 116-进水口 117-出水口118-保护气进气口 119-离子气进气口2-冷却系统 201-电源开关 202-电缆接头 203-出水口 204-回水口 21-水路3-气路 31-离子气气瓶 32-减压阀 33-保护气气瓶34-减压阀4-电源 41-小弧电源 42-主弧电源 5-引弧装置6-控制系统 60-数字信号DSP处理器 61-人机对话接口电路 62-时序控制接口电路 63-故障接口电路 65-时序控制与现场检测电路 66-故障检测电路7-遥控器 8-焊枪 9-工件
图1为本发明焊机的主机和冷却系统的外机箱示意图。上面是主机箱1，下面是冷却系统水箱2。主机箱1中包括水路、气路、电源、控制系统、引弧装置，其中电源的控制部分、控制系统位于主机的上半部位。现场工作参数预置、现场信息显示、现场控制、故障报警等均通过主机箱上半部位的数字面板来实现。其中液晶显示屏106进行现场信息显示；键盘操作108进行现场参数预置；现场电、气、水的工作情况，通过电103、气104、水105三个指示灯显示；过程显示107则是对焊接过程的各个阶段的显示，通过预气、引弧、初始、上升、平稳、下降、最终、延气等八个发光二极管进行显示；电源开关101是整个主机的电源开关；检气开关102是离子气、保护气气体流量的预调气开关；遥控插座110用于连接遥控盒7；当发生故障时，由报警灯109进行报警。水路、气路、电源主电路、引弧装置位于主机箱1的下半部位，其中水路(一出水管、一回水管及水压开关)、气路(一等离子气气管、一保护气气管及气阀)、电源主电路输出电缆线、焊枪开关控制线通过焊枪接头113与焊枪连接；工件接头114则通过电缆线与工件9连接；离子气流量计111、保护气流量计112则进行流量指示。
图2为本发明焊机的主机箱1和冷却系统2背面示意图。上面是主机箱1，下面是冷却系统2。由冷却系统2产生的冷却水由出水口203出来，进入主机箱1的进水口116，经过主机箱1中的水路，并由焊枪接头113进入焊枪8，对焊枪进行冷却，在焊枪中进行水循环，通过焊枪接头113回到主机箱1，并由主机箱1的出水口117进入冷却系统2的回水口204。工作开关201是冷却系统2的控制开关，电缆接头202是冷却系统的工作电源进线。电缆线接头115是主机箱1的工作电源进线。离子气、保护气分别由离子气气瓶31、保护气气瓶33提供，并分别经过离子气减压阀32、保护气减压阀34，由主机箱1的进气口119、118进入主机箱的气路，由主机箱1的焊枪插座113进入焊枪8，提供离子气和保护气。
图3为本发明焊机各部分的连接结构图。焊机主要包括电源4、冷却系统2、离子气31、保护气33、引弧装置5、控制系统6、遥控盒7、等离子焊枪8、工件9。其中，离子气31和保护气33作为气路提供微束等离子焊的离子气和保护气；冷却系统2作为提供等离子焊枪8和电源4中的功率元件的冷却水，作为水路；电源4包括微束等离子焊的主弧电源42和小弧电源41；气路3、水路21、电源4、引弧装置5均由控制系统6控制。并且，水路21、气路3、电源4、控制系统6、引弧装置5的主体均包括在主机箱1中，由主机箱输出离子气、保护气、冷却水和焊接电流进入等离子焊枪8，再由等离子焊枪8对工件9施焊。
图4为本发明焊机的电气结构框图。该设备的气路3、电源4、引弧装置5、水路21的时序控制，由时序控制和现场检测电路65完成；电源4则由小弧电源41和主弧电源42组成。小弧电源4比较简单，由传统的电源形式组成。下面对主弧电源42做比较详细的描述。主弧电源42由逆变主电路部分、驱动部分、控制部分及保护部分组成。主电路部分由输入整流滤波10、大功率开关元件11、中频变压器12、输出整流滤波13完成，其中输入整流滤波10将电网的工频交流电转变为高压直流信号，经过由脉冲信号控制的大功率开关元件11的斩波逆变将高压直流信号转变为高压中频信号，并通过中频变压器12进行降压，得到所需电压幅值的中频信号，最后再由输出整流滤波13将中频信号变为所需的焊接空载电压。该主弧电源42可根据不同的负反馈得到不同的电源外特性，这主要由电流检测电路15实现电流负反馈，得到恒流电源外特性，由电压检测电路16实现电压负反馈，得到恒压电源外特性，并可由这两种负反馈的任意组合，得到任意的电源外特性。由电流检测电路15、电压检测电路16得到的检测信号经隔离电路17到信息采集系统18进行硬件信息预处理。驱动部分由驱动电路22实现。
本发明的控制系统为核心是DSP数字信号处理器60，主要完成信息采集、信息处理、控制规律实现、微束等离子焊机的工作时序、人机对话、功率器件的数字保护措施等功能，该部分主要包括微束等离子焊机的时序控制系统、主弧电源焊接电流的控制系统、现场人机对话系统、保护系统、故障检测及报警系统。其中，时序控制系统包括水路21、气路3、电源4、引弧装置5，通过时序控制和现场检测电路65，经时序控制接口62由DSP数字信号处理器60进行水压检测及电磁气阀、电源启停、引弧过程的时序控制；主弧电源41焊接电流的控制系统由电流检测电路15、电压检测电路16、隔离电路17、信息采集系统18、PWM接口及隔离电路21等组成，由DSP数字信号处理器60软件编程并通过PWM接口及隔离电路21输出PWM信号，控制大功率开关元件11的开关动作，以最终控制焊接电流的大小，并通过电流检测电路15、电压检测电路16及信息采集系统18，由DSP数字信号处理器60中与给定信号进行比较，并进行数字信息处理，实现一定的控制规律(如PID控制规律)，调整PWM控制信号，由PWM接口及隔离电路21输出；现场人机对话系统由现场工作参数预置键盘108、液晶显示屏106、现场控制开关组成，由人机对话接口61与DSP数字信号处理器60通讯；保护系统主要进行过流、过压、过热等保护，DSP数字信号处理器60通过过流过热检测24和过压欠压检测23，并由各自的接口电路、过流过热接口26和过压欠压接口25，对过流、过热、过压、欠压信号进行检测，并做出一定的响应；故障检则是DSP数字信号处理器60对现场的水、电、气运行是否正常通过故障检测电路66进行检测，若不正常，则进行故障处理，并通过报警装置109进行报警，该故障检测及报警系统是通过故障接口电路63与DSP数字信号处理器60进行通讯的。
本发明最突出优点在于采用数字信号处理技术，强化运算能力，优化控制规律，在较大程度上提高了整个设备的性能，提高了设备的调节精度和运行的可靠性。同时，克服了模拟信号处理的诸多缺点，如电路复杂、信号不精确、功能实现困难，内噪声严重等。另外，该设备更紧凑。
权利要求
1.一种微束等离子焊机，包括主机箱(1)、冷却系统(2)、由离子气和保护气构成的气路(3)、引弧装置(5)、控制系统(6)、包括小弧电源(41)和主弧电源(42)的电源(4)、焊枪(8)，其特点在于①主机箱(1)内的气路(3)、冷却系统(2)的水路(21)、电源(4)、引弧装置(5)均由控制系统(6)控制，而该控制系统(6)的核心是采用数字信号(DSP)处理器(60)作中央处理器；②在水路(21)、气路(3)、电源(4)和引弧装置(5)的时序控制和现场检测电路(65)与DSP处理器(60)之间设有时序控制接口(62)；③在键盘(108)、液晶显示屏(106)、现场控制开关与DSP处理器(60)之间设有人机对话接口(61)；④在水路(21)、气路(3)、电源(4)的故障检测电路(66)和故障报警装置(109)与DSP处理器(60)之间还设有故障接口电路(63)；⑤在主弧电源(42)和DSP处理器(60)之间设有由电流检测电路(15)、电压检测电路(16)、信息采集系统(18)、信息接口电路(19)组成的电源反馈系统；⑥在主弧电源(42)和DSP处理器(60)之间设有由PWM接口及隔离(21)、驱动电路(22)组成的主弧电源控制系统；⑦在主弧电源(42)和DSP处理器(60)之间设有由过压欠压检测与接口(23)、(25)及由过热过流检测与接口(24)、(26)组成的保护电路。
2.根据权利要求1所述的微束等离子焊机，其特征在于所说的主机箱(1)的外表面设有电源开关(101)、检气开关(102)、电源指示灯(103)、气路指示灯(104)、水路指示灯(105)、液晶显示屏(106)、焊机动态过程显示(107)、键盘按钮(108)、报警灯(109)、遥控插座(110)、离子气流量计(111)、保护气流量计(112)、焊枪插座(113)、工件接头(114)、电缆线接头(115)、保护气进气口(118)、离子气进气口(119)、进水口(116)和出水口(117)，特别是过程显示(107)设有一系列指示灯表示焊接全过程预气、引弧、主弧的初始、上升、平稳、下降、最终、延气。
3.根据权利要求1所述的微束等离子焊机，其特征在于还有遥控盒(7)，利用其连线的接头插入主机箱(1)的遥控插座(110)，即可对本焊机进行远距离控制。
全文摘要
一种微束等离子焊机,包括主机箱、冷却系统及水路、气路、电源、引弧装置、控制系统和等离子焊枪等部分,其特点是采用数字信号处理器作中央处理器,强化了焊机的运算和控制能力,提高了焊机的性能、调节精度和运行可靠性,设备更紧凑。
文档编号B23K10/02GK1375375SQ0211144
公开日2002年10月23日 申请日期2002年4月22日 优先权日2002年4月22日
发明者何建萍, 焦馥杰, 黄晨 申请人:上海工程技术大学