专利名称：焊枪横摆控制方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接中焊枪横摆的控制方法，尤其是一种焊枪横摆开环控 制方法，属于自动化焊接领域。
背景技术：
厚壁材料焊接中，特别是开坡口的材料在打底焊接、填充焊接以及盖面焊 接中，焊枪横摆应用广泛。现有的焊枪横摆控制方法，尤其是焊枪横摆开环控 制方法，常采用如下原理单片机的控制信号发生器产生某频率的电脉冲信号， 该电脉冲信号一方面连接到单片机、另一方面经光耦连接到步进电机驱动器的 脉冲端，单片机对该脉冲信号进行计数；经计数判断焊枪到达横摆边缘时，单 片机首先关闭控制信号发生器的输出使能、使得步进电机停止，其次向步进电 机驱动器送出换向的指令，再打开控制信号发生器的输出使能、使得步进电机 换向运转。采用该种控制方法，单片机需要通过计脉冲个数来控制横摆宽度，单片机 资源占用较多，造成整个系统的实时性差；并且在该种控制方法中，不会产生 横摆左、右边缘和横摆中心的信号，可监控性差。发明内容本发明目的就是提供一种有效的减少单片机资源占用、提高系统实时性、 并产生相关监控信号的焊枪横摆控制方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 一种焊枪横摆控制方法，它 包括用于驱动步进电机产生横摆位移的步进电机驱动器，所述的步进电机驱动 器具有脉冲端、使能端及方向端；它还包括时钟信号发生电路、第一分频器、 第二分频器、单片机；其中时钟信号发生电路可产生固定频率的电脉冲信号， 该电脉冲信号输出到所述的第一分频器的输入端以作为第一分频器的脉冲源， 第一分频器的输出端的输出信号一方面接步进电机驱动器的脉冲端、另一方面 接第二分频器的输入端以作为第二分频器的脉冲源，第二分频器的输出端的输 出信号接单片机的输入端口，单片机对第二分频器的输出信号进行处理后将步 进电机驱动器的控制信号输出到步进电机驱动器的使能端及方向端；所述的第一分频器及第二分频器均受单片机控制。所述的第一分频器具有输出使能端，所述的第二分频器也具有输出使能端， 两个所述的输出使能端均受单片机的输出端口控制，当所述的输出使能端有效 时，所述的分频器有输出信号；当所述的输出使能端无效时，所述的分频器无 输出信号、输出端为高电平状态。所述的第一分频器的输出使能端及第二分频 器的输出使能端相连接并且受单片机的同一个输出端口控制。所述的第一分频器具有数据输入端口，所述的单片机具有数据输出端口， 所述的第一分频器的数据输入端口与所述的单片机的数据输出端口相对应连 接，所述的单片机可以通过其数据输出端口将第一分频器的分频比输出给所述 的第一分频器；所述的第二分频器也具有数据输入端口，所述的第二分频器的 数据输入端口也与所述的单片机的数据输出端口相对应连接，所述的单片机还 可以通过其数据输出端口将第二分频器的分频比输出给所述的第二分频器。所述的第一分频器和第二分频器均为可编程计数器。所述的第一分频器的输出端与步进电机驱动器的脉冲端之间通过第一光耦 相耦合，所述的第一光耦为高速度光耦；所述的单片机与步进电机驱动器的使 能端及方向端之间通过第二光耦相耦合。所述的第一分频器以及所述的第二分频器所输出的信号均为占空比为50% 的方波信号，该方波信号在一个周期内具有一个上升沿与一个下降沿，并且该 方波信号的频率为各自输入信号的频率与其分频比的比值。所述的时钟信号发生电路包括晶体振荡器、电阻、电容器、反相器，具体 连接方法是晶体振荡器的一端与一电阻的一端及一反相器的输入端相连，晶体 振荡器的另一端与另一电阻的一端及另一反相器的输出端相连，电容器的一端 与一电阻的另一端及一反相器的输出端相连，电容器的另一端与另一电阻的另 一端及另一反相器的输出端相连，另一反相器的输出端接第一分频器的输入端。所述的第一分频器的输出信号与步进电机驱动器的脉冲端相连接并用于控 制步进电机的转速，当所述的第一分频器的输出信号频率较高时步进电机的转 速较高，当所述的第一分频器的输出信号频率较低时步进电机的转速较低。所述的第二分频器的输出信号用于控制焊枪横摆的宽度，该输出信号被单 片机的输入端口的寄存器捕捉；所述的单片机的输入端口的寄存器可以进行上 升沿捕捉或者下降沿捕捉的设置，当所述的第二分频器的输出信号产生上升沿 或者下降沿时，单片机的输入端口的寄存器均能够将其捕捉到并产生控制信号传输到单片机的中断程序；在控制过程中，当所述的第二分频器的输出信号出 现下降沿时表明焊枪处于横摆的中心位置，当第二分频器的输出信号出现上升沿时表明焊枪处于横摆的摆幅位置；当所述的第二分频器的输出信号频率较高 时焊枪横摆的宽度较小，当第二分频器的输出信号频率较低时焊枪横摆的宽度 较大。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点(1)电路 结构简单、实施方便；(2)单片机资源占用少，控制系统实时性较强；(3)电 路抗干扰能力强；(4)能够方便的识别横摆的中心及边缘位置，方便控制系统 的控制。
图1为本发明焊枪横摆控制方法的原理框图；图2为本发明焊枪横摆控制方法的第一实施例原理图;图3为图2中时钟信号发生电路的原理图；图4为本发明焊枪横摆控制方法的第二实施例原理图；图5为本发明在应用中的波形原理图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进一步详细描述参见图1、图2， 一种焊枪横摆控制方法，包括单片机、第一光耦、第二光 耦、步进电机驱动器、第一分频器、第二分频器、时钟信号发生电路，所述的 步进电机驱动器用于驱动步进电机产生横摆位移，所述的步进电机驱动器具有脉冲端CL0CK、使能端ENABLE及方向端CW/CCW。其中时钟信号发生电路可产生 固定频率的电脉冲信号，该电脉冲信号输出到所述的第一分频器的输入端以作 为第一分频器的脉冲源，第一分频器的输出端的输出信号一方面接步进电机驱 动器的脉冲端CLOCK、另一方面接第二分频器的输入端以作为第二分频器的脉冲 源，第二分频器的输出端的输出信号接单片机的输入端口，单片机对第二分频 器的输出信号进行处理后将步进电机驱动器的控制信号输出到步进电机驱动器 的使能端ENABLE及方向端CW/CCW;所述的第 一 分频器及第二分频器均受单片机 控制。参见图3，所述的时钟信号发生电路为本控制方法的脉冲源，它可产生固定频率的电脉冲信号，所述的时钟信号发生电路包括晶体振荡器Yl、电阻R1、电 阻R2、电容器C1、反相器U1A、反相器U1B，具体连接方法是晶体振荡器Yl的 一端与电阻Rl的一端及反相器U1A的输入端相连，晶体振荡器Yl的另一端与 电阻R2的一端及反相器U1B的输出端相连，电容器Cl的一端与电阻Rl的另一 端及反相器U1A的输出端相连，电容器Cl的另一端与电阻R2的另一端及反相 器U1B的输出端相连，其中各元件的型号根据实际需求而配置，以产生固定频 率的电脉冲信号。反相器U1B的输出端接第一分频器的输入端CLK1，为第一分 频器提供信号源。其中电容器Cl设置的目的在于过滤掉晶体振荡器Yl所产生 的干扰信号。参见图2，所述的第一分频器的作用是作为定时器使用，它对时钟信号发生 电路的电脉冲信号分频后从其输出端0UT1输出，输出端0UT1的输出信号接第 二分频器的输入端CLK2以作为第二分频器的信号源的同时，通过第一光耦接步 进电机驱动器的脉冲端以作为步进电机驱动器的脉冲信号源。所述的第一光耦 为高速度光耦，它可以将强电信号与弱电信号隔离开，避免步进电机驱动器的 驱动信号对第一分频器的控制信号产生干扰。所述的第一分频器的输出端0UT1 所输出的信号为占空比为50%的方波信号，该方波信号在一个周期内具有一个上 升沿与一个下降沿，并且该方波信号的频率为输入端CLK1的输入信号的频率与 所述的第一分频器的分频比^的比值。由于所述的第一分频器的输出端0UT1的 输出信号作为步进电机驱动器的脉冲信号以用于控制步进电机的转速，因此可 以通过调整所述的第一分频器的分频比/,来控制其输出端0UT1的输出信号的频率进而控制步进电机的转速，当所述的输出端0UT1的信号频率较高时步进电机 的转速较高，当所述的输出端0UT1的信号频率较低时步进电机的转速较低。所述的第一分频器的分频比^是由单片机上的数据输出端口 D0 D7通过第一分频器上的数据输入端口 D0 D7输入给第一分频器的。所述的第一分频器的控制寄 存器具有16位数据位，可以由单片机设置读/写指示位，可以进行只读/写低8 位、只读/写高8位、先读/写低8位再读/写高8位这三种读/写方式，因此所述的第一分频器的分频比z、的数值可以在l至65535之间。所述的第二分频器的作用也是作为定时器使用，它对第一分频器的输出端 0UT1的输出信号进行分频后从其输出端0UT2输出给单片机。所述的第二分频器所输出的信号也为占空比为50%的方波信号，该方波信号在一个周期内具有一个 上升沿与一个下降沿，并且该方波信号的频率为输入端CLK2的输入信号的频率 与第二分频器的分频比/2的比值。所述的第二分频器的作用是通过计其输入端CLK2的输入信号的周期个数以控制焊枪横摆的宽度，其输出端0UT2所输出的方 波信号的一个周期对应于焊枪整个一次向左或者向右摆动的过程，当该方波信 号位于半周期阶越处时表明焊枪处于横摆的中心位置，当该输出信号位于全周 期的阶越处时表明焊枪处于横摆的摆幅位置。同理，可以通过调整所述的第二 分频器的分频比/2来控制其输出端0UT2的输出信号的频率进而控制步进电机的 一次正转或者反转的转动时间、进而控制焊枪的宽度，当所述的第二分频器的 分频比/2较高时输出端0UT2的信号频率较低、步进电机一次正转或者反转的转动时间较长、焊枪宽度较大，当所述的第二分频器的分频比/2较低时输出端口0UT2的信号频率较高、步进电机一次正转或者反转的转动时间较短、焊枪宽度较小。所述的第二分频器的分频比/2是由单片机上的数据输出端口 D0 D7通过第二分频器上的数据输入端口 D0 D7输入给第二分频器的。所述的第二分频器 的控制寄存器也具有16位数据位，可以由单片机设置读/写指示位，可以进行 只读/写低8位、只读/写高8位、先读/写低8位再读/写高8位这三种读/写方式，因此所述的第二分频器的分频比/2的数值也可以在1至65535之间。单片机通过输入端口 P3 口的寄存器对第二分频器输出端0UT2的输出信号 进行捕捉后进行处理，对所述的P3 口的寄存器进行上升沿捕捉或者下降沿捕捉 的设置，当所述的第二分频器的输出端0UT2产生上升沿或者下降沿时，单片机 的P3 口的寄存器均能够将其捕捉到并产生控制信号传输到单片机的中断程序进 行处理。所述的第一分频器、第二分频器分别具有输出使能端GATE1、 GATE2, 当所述的使能端有效时所述的分频器有输出信号，当所述的使能端无效时所述 的分频器无输出信号、呈高电平状态，两个所述的输出使能端GATE1、 GATE2分 别由单片机的输出端口 Pl 口、 P2 口控制。所述的第一分频器、第二分频器均为 可编程计数器。参见图4,其与图2的不同之处在于所述的第一分频器的输出使能端GATE1 及第二分频器的输出使能端GATE2相连接并且同时受单片机的Pl 口控制，故此 处将GATE1及GATE2统称为GATE。对于图4的系统，其整个控制过程的实施例的波形原理图，参见图5:(a) 当整个系统处于初始状态时，焊枪位于横摆位置的中心，第一分频器的分频比为/p第二分频器的分频比为丄G，GATE4,两输出使能端GATE1及GATE22均处于有效状态；(b) 当系统开始运行后，即步进电机开始正转、焊枪向右运动后，第一分 频器发出第一个上升沿，第二分频器检测到该上升沿后也发出第一个上升沿， 单片机对第二分频器的第一个上升沿不捕捉，因为此时系统默认焊枪处于横摆 位置的中心；(c) 单片机捕捉到第二分频器的第一个下降沿后表明焊枪位于横摆振幅的 二分之一处，步进电机继续正转，焊枪向右运动；(d) 单片机捕捉到第二分频器的第二个上升沿后，表明焊枪位于横摆位置 的最右端，单片机控制步进电机驱动器的使能端ENABLE无效、步进电机停转， 单片机控制GATE^0、输出使能端GATE1及GATE2均处于无效状态、第一分频器 的输出端0UT1及第二分频器的输出端0UT2均呈高电平；单片机的计数器设置右边缘停留时间tl，单片机将第二分频器的分频比设置为^、将步进电机驱动器的方向端CW/CCW反置；当tl结束后单片机控制步进电机驱动器使能端ENABLE 有效，单片机还控制GATE=1、输出使能端GATE1及GATE2均处于有效状态，步 进电机反转、焊枪向左运动；(e) 单片机捕捉到第二分频器的第二个下降沿后，表明焊枪位于横摆的中 心位置，步进电机驱动器的使能端ENABLE、方向端CW/CCW信号不变；(f) 单片机捕捉到第二分频器的第三个上升沿后，表明焊枪位于横摆位置 的最左端，单片机控制步进电机驱动器使能端ENABLE无效、步进电机停转，单 片机控制GATE^、输出使能端GATE1及GATE2均处于无效状态、第一分频器的 输出端0UT1及第二分频器的输出端0UT2均呈高电平；单片机的计数器设置左 边缘停留时间t2，单片机将步进电机驱动器的方向端CW/CCW反置；当t2结束 后单片机控制步进电机驱动器使能端CW/CCW有效，单片机还控制GATE=1、输出 使能端GATE1及GATE2均处于有效状态，步进电机正转、焊枪向右运动……以 后单片机每次捕捉到下降沿表明焊枪位于横摆的中心位置、单片机捕捉到上升 沿表明焊枪位于横摆位置的振幅处，单片机对输出使能端GATE、步进电机驱动 器发出相应指令。经过以上步骤，单片机控制焊枪横摆往复运动。其中tl为右加工力的测量监控装置能及时检测出加工过程中的力，并根据釆样的 信号，对加工状态进行判断和调整。工作台控制系统能发出各种运动指令，并接受总控系统的实时调节命 令，控制工作台相对于电极的运动轨迹，以满足钻群孔的需要。本发明加工装置的加工工艺与过程如下1. 调节电化学机械复合电极钻中电极片21在合适的速度下做自旋 运动，电极片21及工件分别接加工电源的负极和正极。2. 在加工过程中，加工装置对工件进行包含有电加工和磨削加工双重 效果的复合加工。3. 在加工过程中，控制系统能灵敏控制电极片21与工件的相对位置 以及加工力，并防止短路。4. 在加工过程中，根据具体需要，选用可控的直流或脉冲加工电源， 可根据需要考虑加入负脉冲。5. 在加工过程中，电解液可通过旋转接头和空心主轴从内部供给， 保证加工区域充满高速流动的电解液，也可通过喷嘴从外部供给。6. 在加工过程中，磨削作用主要去除钝化膜，非金属颗粒和辅助排 出电解产物。7. 在加工过程中，磨料片和电极片的厚度差用来形成电解间隙和保 证加工的精度。8. 在加工过程中，控制系统能对加工状况进行实时监视并进行调节， 使整个加工体系保持最佳的状态。9. 在加工过程中，根据不同的加工材料与加工的具体要求，电解液 可以为NaN03、 NaCl、 CuS04、 Na3P04等中性溶液,也可以为添加NaOH等碱性溶液，或者以上溶液一定比例的混合。电解液通过过滤循环系统反复使 用。
权利要求
1、一种焊枪横摆控制方法，其特征在于它包括用于驱动步进电机产生横摆位移的步进电机驱动器，所述的步进电机驱动器具有脉冲端(CLOCK)、使能端(ENABLE)及方向端(CW/CCW)；它还包括时钟信号发生电路、第一分频器、第二分频器、单片机；其中时钟信号发生电路可产生固定频率的电脉冲信号，该电脉冲信号输出到所述的第一分频器的输入端以作为第一分频器的脉冲源，第一分频器的输出端的输出信号一方面接步进电机驱动器的脉冲端(CLOCK)、另一方面接第二分频器的输入端以作为第二分频器的脉冲源，第二分频器的输出端的输出信号接单片机的输入端口，单片机对第二分频器的输出信号进行处理后将步进电机驱动器的控制信号输出到步进电机驱动器的使能端(ENABLE)及方向端(CW/CCW)；所述的第一分频器及第二分频器均受单片机控制。
2、 概权利要求l臓航法，欺寺征在于^^1米，5 灰石的鹏分数为1%~9%。
3、 根据权利要求2皿的方法，^#征在于戶; 1*1米|5*61灰石的#^分数为2%~4.9%。
4、 权利要求1 3任一1砂 方法制，到的生物陶瓷钛基复合材料。
5、 根据权利要求1至4中的任意一项所述的焊枪横摆控制方法，其特征在 于所述的第一分频器和第二分频器均为可编程计数器。
6、 根据权利要求1所述的焊枪横摆控制方法，其特征在于所述的第一分频器的输出端与步进电机驱动器的脉冲端(CLOCK)之间通过第一光耦相耦合， 所述的第一光耦为高速度光耦；所述的单片机与步进电机驱动器的使能端 (ENABLE)及方向端(CW/CCW)之间通过第二光耦相耦合。
7、 根据权利要求1所述的焊枪横摆控制方法，其特征在于所述的第一分 频器以及所述的第二分频器所输出的信号均为占空比为50%的方波信号，该方波 信号在一个周期内具有一个上升沿与一个下降沿，并且该方波信号的频率为各 自输入信号的频率与其分频比的比值。
8、 根据权利要求1所述的焊枪横摆控制方法，其特征在于所述的时钟信 号发生电路包括晶体振荡器(Yl)、电阻(Rl、 R2)、电容器(Cl)、反相器(U1A、 U1B)，具体连接方法是晶体振荡器(Yl)的一端与一电阻(Rl)的一端及一反 相器(U1A)的输入端相连，晶体振荡器(Yl)的另一端与另一电阻(R2)的一 端及另一反相器(U1B)的输出端相连，电容器(Cl)的一端与一电阻(Rl)的 另一端及一反相器(U1A)的输出端相连，电容器(C1)的另一端与另一电阻(R2) 的另一端及另一反相器(U1B)的输出端相连，另一反相器(U1B)的输出端接 第一分频器的输入端。
9、 根据权利要求1所述的焊枪横摆控制方法，其特征在于所述的第一分 频器的输出信号与步进电机驱动器的脉冲端(CLOCK)相连接并用于控制步进电 机的转速，当所述的第一分频器的输出信号频率较高时步进电机的转速较高， 当所述的第一分频器的输出信号频率较低时步进电机的转速较低。
10、 根据权利要求1所述的焊枪横摆控制方法，其特征在于所述的第二 分频器的输出信号用于控制焊枪横摆的宽度，该输出信号被单片机的输入端口 的寄存器捕捉；所述的单片机的输入端口的寄存器可以进行上升沿捕捉或者下 降沿捕捉的设置，当所述的第二分频器的输出信号产生上升沿或者下降沿时， 单片机的输入端口的寄存器均能够将其捕捉到并产生控制信号传输到单片机的 中断程序；在控制过程中，当所述的第二分频器的输出信号出现下降沿时表明 焊枪处于横摆的中心位置，当第二分频器的输出信号出现上升沿时表明焊枪处 于横摆的摆幅位置；当所述的第二分频器的输出信号频率较高时焊枪横摆的宽 度较小，当第二分频器的输出信号频率较低时焊枪横摆的宽度较大。
全文摘要
本发明涉及一种焊枪横摆控制方法，尤其是一种焊枪横摆开环控制方法，属于自动化焊接领域。它包括步进电机驱动器、时钟信号发生电路、第一分频器、第二分频器、单片机；其中时钟信号发生电路产生的固定频率的电脉冲信号输出到所述的第一分频器以作为第一分频器的脉冲源，第一分频器的输出信号一方面接步进电机驱动器的脉冲端、另一方面接第二分频器的输入端以作为第二分频器的脉冲源，第二分频器的输出端的输出信号接单片机的输入端口，单片机接步进电机驱动器的使能端及方向端。本发明电路结构简单、实施方便；单片机资源占用少，控制系统实时性较强；抗干扰能力强；能够方便的识别横摆的中心及边缘位置，方便控制系统的控制。
文档编号B23K37/02GK101229611SQ20081001856
公开日2008年7月30日 申请日期2008年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者辉 任 申请人:昆山华恒工程技术中心有限公司