专利名称：交直流两用钨极氩弧电弧长度自动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种焊接的自动控制装置，尤其是一种能同时用于交直流钨极氩弧焊进行电弧长度自动控制的装置。
背景技术：
在现代社会高速发展的今天，铝合金、不锈钢以及其它有色金属的焊接越来越多，对焊接质量要求也越来越高，钨极氩弧焊的应用范围不断扩大，仅仅依靠手工焊和手工调节弧长的半自动焊难以满足焊接质量和焊接效率的要求。
目前，钨极氩弧焊电弧长度自动控制来说，实现这些功能的方法有CCD摄像和空气超声传感。CCD摄像的原理是利用CCD摄像机给合现代计算机图像处理技术来获取可直接分辩焊缝、熔池和钨极的清晰、放大的焊接区图像，从而识别焊缝中心线，提取钨极偏离焊缝中心线的方向和距离，从而实现高精度、实时性的控制。空气超声传感是利用声电匹配和聚焦声透镜技术来获取焊缝偏差信息。
上述二种方法中，CCD摄像可以获取较多的焊缝信息，但是整个系统抗干能力差、体积大、操作不方便、价格昂贵。空气超声传感的灵敏度由超声传感器与空气介质声阻抗匹配决定，不同的保护气体将影响控制精度。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电路简单、成本较低、灵敏度和精确度高、可靠性好的交直流两用钨极氩弧电弧长度自动控制器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是它包括单片机、PWM电路，其特征是接焊机两输出端子的弧压信号处理电路的AD输出接单片机，单片机的DA信号输出接PWM产生电路接步进电机驱动电路接步进电机。所述弧压信号处理电路对弧压信号进行预处理，得出弧长与输出电压的线性关系。钨极氩弧焊经过全桥整流管D1整流变成直流，经由电阻器R1、电阻器R2、电容器C1构成一个对高频高压进行初步吸收电路；经由二极管D2、电容器C2、扼流线圈T1、电容器C3构成的高频噪声滤除电路，接由电阻器R3、稳压管ZD1构成的信号限幅电路；接电阻器R4、电容器C4、电阻器R8、电阻器R6、电阻器R7、电容器C5、电阻器R9、电阻器R10、电位器RES1和运算放大器U1A、B构成的信号整形、放大电路，接由电阻器R11、光电耦合器U3、电阻器R12构成的信号隔离电路接AD输出。所述在单片机与PWM电路之间连接控制面板。所述单片机采用8位、16位或32位通用工业单片机。
本实用新型是针对背景技术所存在的问题，通过采用单片机和外部硬件电路，结合PWM控制技术，对交直流两用钨极氩弧焊电弧长度自动控制技术进行了系统研究，以该方法为基础的弧长自动控制系统可以直接利用焊接电源输出的电弧电压线性地反映弧长的变化，并对弧长的变化进行精确控制。
它通过采用单片机对表征焊炬与焊缝相对位置的特性参数进行软件处理，得出弧长偏差信息，采用软件与硬件相结合对弧长偏差信息进行比较运算，采用PWM电路，根据弧长偏差大小输出相对应的电压信号再输出相应的脉冲矩形波，驱动步进电机使弧长保持一定，从而实现对弧长控制速度优化匹配，使得弧长自动控制过程控制系统结构简单，控制精度高。它主要解决了现有钨极氩弧焊电弧长度自动控制时，控制系统结构复杂、控制精度低、成本较高等技术问题，这种自动控制器适应性强、控制方法简单、控制精度和灵敏度高且分别可调。实际焊接工艺试验证明该控制器电弧长度自动控制效果好，运行稳定可靠，实用性强。
图1是本实用新型的基本结构示意图。
图2是本实用新型的弧压信号处理的电路原理图。
具体实施方式
实施例1，本实用新型的基本结构可分为4个部分弧压信号处理电路、单片机信号处理、PWM产生电路、步进电机驱动电路。接焊机两输出端子的弧压信号处理电路的AD输出接单片机，单片机的DA信号输出接PWM产生电路接步进电机驱动电路接步进电机。它采用硬件和软件相结合的方法，通过利用焊机的外特性，即弧长与弧压成线性关系，通过判断弧压偏差来判断弧长变化，从而，实现对电弧长度的自动控制。由硬件电路检测弧压变化，当其变化幅度超过设定范围时，则调整电弧长度。在保证引弧性能的前提下，既可用于直流钨极氩弧焊，也可用于交流钨极氩弧焊。弧压信号经单片机数字滤波后，再与给定值进行比较并由D/A芯片输出弧长偏差信号。给定值可人为设定，也可由系统自动学习给出。采用PWM电路，根据D/A芯片输出的电压信号输出相应的脉冲矩形波。参阅图1所示工作原理图。
所述单片机信号处理包括对弧压信号进行采样以及运算。为了保证交流跟踪的精度采用了数字滤波，原理如下①自学习参考值的算法在规定时间每次AD采样的个数为定值，当电弧正常燃弧后，由电弧智能判断电路给出信号AD开始采样，把第二个采样周期内的采样数值与最开始采样周期的平均值作比较，把大于平均值的数值置为平均值，再求出第二个采样周期的平均值，把这个值作为固定参考值。②每个采样周期的平均值的算法把后一个周期内AD采样的采样数值与前一个周期AD采样的平均值比较，当大于平均值的数值置为平均值，再求出这个采样周期内的平均值。③偏差值的算法把由②所求的平均值与①所求的固定参考值比较。当偏差超过允许范围(可通过键盘在一定范围内设定)时，经过一定的时间(可由键盘设定)由单片机DA输出与之对应的偏差信号，同时由P口给出电机旋转方向信号；当偏差在允许范围之内时，单片机DA没有信号输出，电机不动作。
PWM产生电路，可根据DA输出的电压值产生与之相对就用的脉冲信号，同时给定步进电机旋转方向信号。步进电机驱动电路主要是用来驱动步进电机的运动。
本实用新型通过采用8位通用工业单片机、外部硬件电路和PWM控制技术，根据弧压变化计算弧长的偏差，进而实时调整弧长，以实现焊接时弧长的自动控制。该控制器从根本上拓宽了现有弧长控制器的应用范围、简化了控制系统结构。实际焊接工艺试验证明该弧长自动控制器适用范围广、控制精度高，运行稳定可靠，实用性强实施例2，所述弧压信号处理电路接焊机两输出端子的弧压信号经预处理得出弧长与输出电压的线性关系经全桥整流管D1整流变成直流，经由电阻器R1、电阻器R2、电容器C1构成一个对高频高压进行初步吸收电路；经由二极管D2、电容器C2、扼流线圈T1、电容器C3构成的高频噪声滤除电路，接由电阻器R3、稳压管ZD1构成的信号限幅电路；接电阻器R4、电容器C4、电阻器R8、电阻器R6、电阻器R7、电容器C5、电阻器R9、电阻器R10、电位器RES1和运算放大器U1A、B构成的信号整形、放大电路，接接由电阻器R11、光电耦合器U3、电阻器R12构成的信号隔离电路接AD输出。
弧压信号处理如图2所示其原理如下交流钨极氩弧焊经过全桥整流管D1整流变成直流(这不影响直流钨极氩弧焊)；电阻器R1、电阻器R2、电容器C1构成一个对高频高压的初步吸收网络；二极管D2、电容器C2、扼流线圈T1、电容器C3主要用来滤除高频噪声，利于后续电路正常工作；电阻器R3、稳压管ZD1对信号限幅；电阻器R4、电容器C4、电阻器R8、电阻器R6、电阻器R7、电容器C5、电阻器R9、电阻器R10、电位器RES1和运算放大器U1A、B对信号进行整形、放大；电阻器R11、光电耦合器U3、电阻器R12对信号进行隔离，保证单片机正常工作。弧压信号经过此电路处理之后其特点如下1、输入与输出之比为10∶1，输出上限为10V。
2、高频高压完全被滤除，对后续单片机的工作没有影响。
3、弧长与输出电压的线性关系很好。
图2所示弧压信号处理电路主要是对弧压信号的进行预处理，最终得到弧长与输出电压的线性关系。由于钨极氩弧存在高频高压引弧阶段以及交流钨极氩弧存在高频高压稳弧阶段，故此电路有以下特殊要求1、要求能够经受高频高压的冲击，同时保证高频高压对后面单片机处理没有影响。
2、正确反映交流氩弧焊时的弧长与弧压之间的关系。
3、保证引弧的可靠性。
参阅图1和图2，其余同实施例1。
实施例3，所述在单片机与PWM电路之间连接控制面板。在单片机与PWM电路之间连接控制面板，当偏差超过允许范围时，可通过控制面板在一定范围内设定，经过由控制面板设定的时间由单片机DA输出与之对应的偏差信号，同时由P口给出电机旋转方向信号；当偏差在允许范围之内时，单片机DA没有信号输出，电机不动作。参阅图1和图2，其余同上述实施例。
实施例4，所述单片机可采用8位、16位或32位通用工业单片机。参阅图1和图2，其余同上述实施例。
权利要求1.一种交直流两用钨极氩弧电弧长度自动控制器，包括单片机、PWM电路，其特征是接焊机两输出端子的弧压信号处理电路的AD输出接单片机，单片机的DA信号输出接PWM产生电路接步进电机驱动电路接步进电机。
2.根据权利要求1所述的交直流两用钨极氩弧电弧长度自动控制器，其特征是所述弧压信号处理电路对接焊机两输出端子的弧压信号进行预处理，得出弧长与输出电压的线性关系，钨极氩弧焊经全桥整流管(D1)整流变成直流，接由电容器(C1)接电阻器(R1、R2)构成一个对高频高压进行初步吸收电路；接由二极管(D2)、电容器(C2、C3)和扼流线圈(T1)构成的高频噪声滤除电路，接由电阻器(R3)、稳压管(ZD1)构成的信号限幅电路；接电阻器(R4、R6、R7、R8、R9、R10)、电容器(C4、C5)、电位器(RES1)和运算放大器(U1A、U1B)构成的信号整形、放大电路，接由电阻器(R11、R12)和光电耦合器(U3)构成的信号隔离电路接AD输出。
3.根据权利要求1所述的交直流两用钨极氩弧电弧长度自动控制器，其特征是所述在单片机与PWM电路之间连接控制面板。
4.根据权利要求1、2或3所述的交直流两用钨极氩弧电弧长度自动控制器，其特征是所述单片机采用8位、16位或32位通用工业单片机。
专利摘要一种交直流两用钨极氩弧电弧长度自动控制器，它属于一种用于钨极氩弧焊的电弧长度控制器。它主要是解决现有钨极氩弧电弧长度自动控制系统应用范围小、结构复杂、控制精度低、成本较高等技术问题。其技术方案要点是包括单片机、PWM电路，其特征是接焊机两输出端子的弧压信号处理电路的AD输出接单片机，单片机的DA信号输出接PWM产生电路接步进电机驱动电路接步进电机。它通过采用8位通用工业单片机、外部硬件电路和PWM控制技术，根据弧压变化计算弧长的偏差，进而实时调整弧长，以实现焊接时弧长的自动控制，填补了交流交直流两用钨极氩弧电弧长度自动控制器的空白，并从根本上拓宽了现有弧长控制器的应用范围、简化了控制系统结构、控制精度高，运行稳定可靠。
文档编号B23K9/095GK2744456SQ200420036039
公开日2005年12月7日 申请日期2004年5月28日 优先权日2004年5月28日
发明者洪波, 袁灿, 屈岳波, 尹懿, 黄 俊 申请人:湘潭大学