本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种可编程脉冲送丝控制系统。
背景技术：
脉冲送丝是一种新型的送丝方法。脉冲送丝既可实现无短路过程焊接，又可以实现脉冲送丝强制短路过程，并且具有飞溅小、焊缝成形美观、焊接质量好、适合全位置焊接的优点。在通过脉冲送丝实现强制短路过程，使短路频率与脉冲送丝频率严格相等，利用脉冲送丝后的停顿所产生的前冲力，促使熔滴过渡，减少了小桥中焊丝一侧的液态金属，同时也就减少了小桥爆炸而产生的飞溅。
发明专利201710669905.1“一种双脉冲送丝电机的控制系统及方法”提供了一种双脉冲送丝电机的控制系统及方法，用于缩短送丝电机由高速转为低速的过渡时间，改善双脉冲焊接性能。发明专利201710262175.3，“多电机的送丝控制系统及方法”介绍了一种同时控制多台电机输送焊丝的方法。发明201220026744.7，“一种实时同步送丝装置”介绍了一款通过单片机控制的送丝装置。但上述的送丝控制方法仍存在着送丝精度低、可控参数少、操作不灵活等不足，不适合科学研究需要。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供了一种操作简便可靠、送丝精度高、可控参数灵活多变的可编程脉冲送丝控制系统及方法。
为了实现上述技术目标，本发明采用以下技术方案：
一种可编程脉冲送丝控制系统，包括运动控制卡，所述的运动控制卡包括上位机连接模块和总线模块，所述的上位机连接模块与处理器连接，所述的总线模块包括两个闭环控制回路，所述的闭环控制回路包括推丝控制回路和拉丝控制回路，推丝控制回路的输出模块与推丝电机驱动器连接，推丝电机驱动器与推丝电机连接，推丝电机驱动推丝机构的转动，推丝机构与供给焊丝原料的丝盘连接，推丝控制回路的输入模块与推丝转速反馈装置连接，推丝转速反馈装置与推丝机构连接；拉丝控制回路的输出模块与拉丝电机驱动器连接，拉丝电机驱动器与拉丝电机连接，拉丝电机驱动拉丝机构的转动，拉丝机构入丝口与推丝机构的出丝口经输送的焊丝连接，拉丝控制回路的输入模块与拉丝转速反馈装置连接，拉丝转速反馈装置与拉丝机构连接，拉丝机构出口处与焊枪连接；所述的推丝机构与拉丝机构之间设有自控缓冲机构，自控缓冲机构包括可容纳焊丝的两个端部缓冲腔和一个中间缓冲腔，两个端部缓冲腔分别连接在推丝机构的出口处和拉丝机构的入口处，端部缓冲腔之间经中间缓冲腔连通，由端部缓冲腔和中间缓冲腔连通而成的自控缓冲机构的总体路径长度大于推丝机构和拉丝机构之间的焊丝的直线输送距离。
通过上述技术方案，本发明设计了一套送丝精度高、相应速度快、控制灵活的脉冲送丝控制系统，本发明的控制系统包括两套独立的闭环控制回路，操作者预先将脉冲送丝过程的需要控制的特征参数如平均送丝速度v、送丝周期送丝速度v1、送丝周期时间长度t1、抽丝周期抽丝速度v2、抽丝周期时间长度t2、停顿周期时间长度t3等输送到处理器内。在固定脉冲送丝模式下，处理器根据上述参数，通过运动控制卡设置相关电机驱动器的输出命令，使推丝电机和拉丝电机按照固定的脉冲周期、方向和速度输送焊丝；在受控送丝模式下，通过反馈装置处理器也可以根据同步采集到的焊接过程电信号信息，根据需要在等速送丝过程中，实时改变送丝速度和方向，实现对焊接过程的实时精确控制。运动控制卡是基于pc总线，利用高性能微处理器及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡，包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、d/a输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置。
本申请中通过运动控制卡分别控制推丝电机驱动器和拉丝电机驱动器的驱动命令，当推丝机构在推丝电机的带动下，独立转动一定的距离将丝盘中的焊丝送出后，再通过拉丝电机带动拉丝机构开始同步转动，开始正常脉冲送丝过程。拉丝机构在运行的过程中首先执行的是送丝过程，将焊丝送至焊枪处后，通过反馈装置根据同步采集到的焊接过程信息，根据需要进入焊丝回抽阶段，适当的回抽焊丝或者暂停送丝过程；这样一来通过设置了两个闭环控制回路的运动控制卡、电机驱动器和转速反馈装置的配合，可以检测推丝机构的实时送丝速度，并通过电机驱动器对推丝机构的送丝速度进行调控，确保推丝速度与拉丝速度相同。当焊接过程结束时，推丝电机迅速停止，推丝机构停止送丝；拉丝机构则在抽丝周期和停顿周期结束后，结束运行，推丝机构和拉丝机构都有一套独立的驱动和运动反馈系统，他们之间相互配合又互不影响，可以更加灵活、高效、精准的完成送丝工作。
本申请的重要创新点在于：本申请不但设计了一套推丝机构和拉丝机构并存的送丝控制系统，并且在控制推丝机构和拉丝机构的运动控制卡上设置了两个独立的闭环控制系统和转速反馈装置，该系统不但可以独立对推丝机构和拉丝机构进行控制，而且可以利用拉丝机构的转速反馈装置直接采集到的信号控制焊接过程的送丝情况，通过推丝机构的转速反馈装置精准控制推丝机构的送丝情况。本申请中送丝过程中的动力主要由推丝机构提供，拉丝机主要用于实现对送丝速度、时间等整过程参数的精确控制。设置相互配合的推丝机构和拉丝机构，那么焊丝输送过程大部分载荷由推丝机承担，拉丝机构负载较轻，抑制了送丝迟滞现象，相应速度进一步加快，送丝精度进而得到提升。
拉丝机构在增强送丝精度的同时，还具有一些不可避免的缺陷，在受控送丝模式下拉丝机构会根据速度反馈装置的实时反馈改变送丝速度，一旦拉丝机构的瞬时送丝速度与推丝机构的送丝速度不一致时会引起严重的问题。拉丝机构的瞬时送丝速度过大可能会引起焊丝输送不稳定，无法即使获得充足的焊丝供应焊枪的使用，轻则由于焊丝供应不足和电机转速差异导致拉丝机打滑，严重时甚至会引起焊丝断裂的窘况；而拉丝机构的瞬时送丝速度过小时，短时间内在推丝机构和拉丝机构之间会形成大量的焊丝滞留，造成焊丝的积累效应，直接影响后续焊丝的进丝过程。如此，虽然对焊丝的控制更加灵敏，但是却增加了更大的不可控后果，这不是我们想要看到的。
对此，本发明在推丝机构和拉丝机构之间设置了自控缓冲机构，自控缓冲机构包括两个端部缓冲腔和一个中间缓冲腔，两个端部缓冲腔之间经中间缓冲腔连通，由端部缓冲腔和中间缓冲腔连通而成的自控缓冲机构的总体路径长度大于推丝机构和拉丝机构之间的焊丝的直线输送距离。自控缓冲机构是为了避免因拉丝机构瞬时速度与推丝机构不一致而设计的。一旦瞬时拉丝速度低于推丝速度，焊丝滞留于自控缓冲机构内，由于自控缓冲机构的总体路径长度大于推丝机构和拉丝机构之间的焊丝的直线输送距离，焊丝会被引入由两个端部缓冲腔和一个中间缓冲腔组成缓冲路径中，焊丝在整个缓冲路径中可以均匀的少量积累分布，不会造成短时间内大量滞留导致的累积变形效应，直至推丝机构和拉丝机构经过调控再次达到送丝速度的平衡；反之，当瞬时拉丝速度高于推丝速度时，软管内的焊丝长度逐渐减少，避免了因为两处电机转速差异导致的拉丝机打滑，送丝精度下降等不良现象，为了避免首次瞬时拉丝速度提高导致的拉丝机打滑现象，可以在首次连接系统时在自控缓冲机构内累积少量焊丝。
进一步，本发明所述中间缓冲腔与至少一个端部缓冲腔之间经伸缩组件可伸缩连接，所述推丝机构的焊丝推动力大于伸缩组件的伸缩阻力。
通过上述技术方案，发明自控缓冲机构是一个在一定程度具有长度可调能力的缓冲机构，当瞬时拉丝速度低于推丝速度，焊丝滞留于自控缓冲机构内，一旦焊丝出现大量滞留仍然可能会引起自控缓冲机构无法容纳大量焊丝的情况，对此本发明的中间缓冲腔与至少一个端部缓冲腔之间是可伸缩连接的，且驱动这一伸缩组件需要克服阻力要小于推丝机构的推动力，一旦焊丝出现过量无法容纳的滞留，在推丝机构的持续推动下使得中间缓冲腔与端部缓冲腔相对运动，中间缓冲腔与端部缓冲腔的重叠区域减少，自控缓冲机构的缓冲路径进一步增加，由此大大增加了自控缓冲机构的调控能力。
进一步，本发明所述的端部缓冲腔和中间缓冲腔由柔性可弯曲材料制成。
进一步，本发明所述的端部缓冲腔和中间缓冲腔横截面为圆形，中间缓冲腔的内径大于两个端部缓冲腔的外径，端部缓冲腔的自由端分别配合插入中间缓冲腔的两端。
进一步，本发明所述拉丝机构出口处与焊枪之间设有焊丝校直机构连接。
通过上述技术方案，本发明在拉丝机构出口处设置了焊丝校直机构，拉丝机构带动焊丝经由焊丝校直器移动到焊枪处，移动方向根据控制指令的变化而变化。焊丝校直机构的增加减少了焊丝端部由于干伸长过长而导致的扰动现象，当焊丝被拉丝机构送出后，进入焊丝校直机构，确保进入焊枪的焊丝光滑挺直，最大限度地抑制了焊丝干伸长处的扰动。
本发明的有益效果在于：1.本发明克服了现有技术的不足，提供了一种推丝机构和拉丝机构并存的送丝系统，焊丝输送过程大部分载荷由推丝机承担，拉丝机构负载轻，抑制了送丝迟滞现象，响应速度进一步加快，是一种操作简便可靠、送丝精度高、可控参数灵活多变的送丝控制系统。2.本发明在运动控制卡上设置了两个独立的闭环控制回路，不但可以独立对推丝机构和拉丝机构进行控制，而且可以利用拉丝机构和推丝机构的的转速反馈装置精准控制送丝情况，实现对送丝速度、时间等整过程参数的精确控制。3.本发明在推丝机构和拉丝机构之间设置了自控缓冲机构，自控缓冲机构可以根据瞬时拉丝速度和推丝速度的变化条孔机构内的焊丝容量，既可以避免短时间内大量滞留导致的累积变形效应，又可以避免了因焊丝供应不足和电机转速差异导致的拉丝机打滑，送丝精度下降等不良现象。4.发明自控缓冲机构是一个在一定程度具有长度可调能力的缓冲机构，一旦焊丝出现过量无法容纳的滞留，在推丝机构的持续推动下使得中间缓冲腔与端部缓冲腔相对运动，中间缓冲腔与端部缓冲腔的重叠区域减少，自控缓冲机构的缓冲路径进一步增加，由此大大增加了自控缓冲机构的调控能力。5.本发明在拉丝机构后引入了焊丝校直机构，经过焊丝校直机构的处理，确保进入焊枪的焊丝光滑挺直，最大限度地抑制了焊丝干伸长处的扰动。
附图说明
图1为本发明的整体结构控制图。
图2为本发明自控缓冲机构的其中一种实现方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
一种可编程脉冲送丝控制系统，由处理器1、运动控制卡2、伺服驱动器3a、伺服电机3b、拉丝机构3c、拉丝转速反馈装置3d、直流电机驱动器4a、直流印刷电机4b、推丝机构4c、推丝转速反馈装置4d、自控缓冲机构5、焊丝校直机构6、丝盘7和焊枪8构成。处理器1与运动控制卡2相连接，运动控制卡2包括上位机连接模块和总线模块，所述的上位机连接模块与处理器1连接，所述的总线模块包括两个闭环控制回路，所述的闭环控制回路包括推丝控制回路和拉丝控制回路，将操作者设置的参数转成程序控制指令输送到运动控制卡1；运动控制卡1与伺服驱动器3a和直流电机驱动器4a相连接，将上述控制指令传输到伺服驱动器3a和直流电机驱动器4a实现对伺服电机3b和直流印刷电机4b的控制；直流印刷电机3b带动的推丝机构4c与丝盘7连接，带动丝盘7推送出焊丝，与推丝机构4c连接的推丝转速反馈装置4d将推丝机构转速反馈至运动控制卡1；伺服电机3b驱动的拉丝机构3c带动焊丝经由焊丝校直机构6移动到焊枪8处，与拉丝机构3c连接的拉丝转速反馈装置将拉丝机构转速反馈至运动控制卡1，移动方向根据控制指令的变化而变化。
所述的推丝机构与拉丝机构之间设有自控缓冲机构，自控缓冲机构包括可容纳焊丝的端部缓冲腔9a、端部缓冲腔9c和中间缓冲腔9b，两个端部缓冲腔分别连接在推丝机构的出口处和拉丝机构的入口处，端部缓冲腔和中间缓冲腔为由柔性圆管制成，中间缓冲腔的内径大于两个端部缓冲腔的外径，端部缓冲腔之间经中间缓冲腔连通，中间缓冲腔9b与两个端部缓冲腔9a和9c之间可伸缩连接，具体为端部缓冲腔的自由端分别配合插入中间缓冲腔的两端，推丝机构的焊丝推动力大于中间缓冲腔9b与两个端部缓冲腔9a和9c之间的伸缩阻力。
本实施方式中使用的装置型号如下：adt-8948运动控制卡、bls交流伺服电机及其配套的伺服驱动器、120sn10-cq印刷直流电机及配套的送丝机械总成、e6b2-cwz6c光电编码器、ws-2焊丝校直器。使用时将控制指令传输到bls交流伺服驱动器和直流调压驱动器实现对bls交流伺服电机和120sn10-cq印刷直流电机的控制；
本发明脉冲送丝控制系统的具体使用方法如下：
操作者首先通过将脉冲送丝过程的特征参数输送到处理器中，处理器根据上述参数，通过运动控制卡设置伺服电机和印刷电机的转速；所述的脉冲送丝过程特征参数值包括平均送丝速度v、送丝周期送丝速度v1、送丝周期时间长度t1、抽丝周期抽丝速度v2、抽丝周期时间长度t2、停顿周期时间长度t3等指标，上述指标满足如下公式：v=（v1*t1-v2*t2）/（t1+t2+t3）。然后安装丝盘至推丝机构，手动送丝使焊丝端部伸出焊枪导电嘴。
在固定脉冲送丝模式下，当正常送丝过程启动后，根据脉冲送丝过程特征参数值，推丝机构4c在直流印刷电机4b的带动下需要预送丝一定长度。即首先需要推丝机构4c在直流印刷电机4b的带动下独立转动一定的距离l，l=max（l1，l0），即距离l的值为l1和l0两者当中的较大值。其中，为防止由于预送丝距离过短，使得后期拉丝机构处于较高拉丝速度时，由于拉丝速度远高于推丝速度，拉丝机构发生打滑现象，根据实践经验，预送丝距离l0至少为10mm；另外，若在脉冲送丝过程中，送丝周期若时间较长，或者速度较大，也会发生拉丝机构打滑现象，因此，预送丝距离需高于单周期内的拉丝长度，即l1=v1*t1。
将丝盘7中的焊丝送出后，再通过伺服电机3b带动拉丝机构3c开始同步转动，开始正常脉冲送丝过程。拉丝机构3c首先执行的是送丝过程，送出的焊丝经焊丝校直机构6校直后，送至焊枪8处，然后，再根据需要，进入焊丝回抽阶段，适当的回抽焊丝或者暂停送丝过程。运动控制卡2通过推丝转速反馈装置4d检测推丝机构4c的实时送丝速度，并通过直流电机驱动器4a对推丝机构4c的送丝速度进行调控，确保推丝速度与拉丝速度相同。当焊接过程需要结束时，直流印刷电机4b迅速停止，推丝机构4c停止送丝；拉丝机构3c则需要在抽丝周期和停顿周期结束后，结束运行。
在受控送丝模式下，当正常送丝过程启动后，推丝机构4c在直流印刷电机4b的带动下，独立转动一定的距离l，l=10mm。将丝盘7中的焊丝送出后，再通过伺服电机3b带动拉丝机构3c开始同步转动，开始等速送丝过程。推丝速度和拉丝速度保持恒定不变，为平均速度v。运动控制卡2通过推丝转速反馈装置4d检测推丝机构4c的实时送丝速度，并通过电机驱动器对推丝机构4c的送丝速度进行调控，确保推丝速度与拉丝速度相同。
一旦处理器根据同步采集到的焊接过程电信号信息，判定需要在等速送丝过程中实时改变送丝速度和方向，运动控制卡将对改变后的送丝速度v4、方向以及改变后的状态所持续的时间t4等做相应的调整。改变后的状态所持续的时间t4结束后，速度恢复至平均速度v。当焊接过程需要结束时，直流印刷电机4b迅速停止，推丝机构4c停止送丝；拉丝机构3c则需要在抽丝周期和停顿周期结束后，结束运行。
实施例1：
以平均送丝速度v=100mm/s，t1=t2=50ms，停顿时间t3=0，为例，若希望每周期焊丝回抽距离为2mm，即v2*t2=2mm，经计算可知，v2=40mm/s，v1=240mm/s。
操作者首先通过将脉冲送丝过程的特征参数输送到处理器。特征参数为：平均送丝速度v=100mm/s，t1=t2=50ms，停顿时间t3=0，v1=240mm/s。v2=40mm/s，处理器根据上述参数，通过运动控制卡adt-8948设置bls交流伺服电机和120sn10-cq印刷直流电机的转速；然后安装丝盘至推丝机构，手动送丝使焊丝端部伸出焊枪导电嘴。
当正常送丝过程启动后，根据脉冲送丝过程特征参数值，推丝机构在120sn10-cq直流印刷电机的带动下，独立转动一定的距离l。由于l1=v1*t1=12mm，l1>10mm，故l=12mm。
将丝盘中的焊丝送出后，再通过bls交流伺服电机带动拉丝机构开始同步转动，开始正常脉冲送丝过程；拉丝机构首先执行的是送丝过程，送出的焊丝经ws-2焊丝校直机构后，送至焊枪处，然后，再根据需要，进入焊丝回抽阶段，适当的回抽焊丝或者暂停送丝过程；运动控制卡通过转速反馈装置检测推丝机构的实时送丝速度，并通过电机驱动器对推丝机构的送丝速度进行调控，确保推丝速度与拉丝速度相同。
当焊接过程需要结束时，120sn10-cq直流印刷电机迅速停止，推丝机构停止送丝；拉丝机构则需要在抽丝周期和停顿周期结束后，结束运行。
实施例2
以平均送丝速度v=100mm/s，改变后的送丝速度v4=200mm/s，改变后的状态所持续的时间t4=10ms为例，若控制要求为：当监测到电弧电压高于一定值，判定需要在等速送丝过程中实时增加送丝速度，持续一段时间后速度恢复至平均速度。
操作者首先通过电脑将脉冲送丝过程的特征参数输送到电脑。特征参数为：平均送丝速度v=100mm/s，v4=200mm/s，改变后的状态所持续的时间t4=10ms，电脑根据上述参数，通过运动控制卡adt-8948设置bls交流伺服电机和120sn10-cq印刷直流电机的转速；然后安装丝盘至推丝机构，手动送丝使焊丝端部伸出焊枪导电嘴。
当正常送丝过程启动后，根据脉冲送丝过程特征参数值，推丝机构在120sn10-cq印刷直流电机的带动下，独立转动一定的距离10mm。
将丝盘中的焊丝送出后，再通过bls交流伺服电机带动拉丝机构开始同步转动，开始正常送丝过程；运动控制卡通过转速反馈装置检测推丝机构的实时送丝速度，并通过电机驱动器对推丝机构的送丝速度进行调控，确保推丝速度与拉丝速度相同。
当监测到电弧电压高于一定值，判定需要在等速送丝过程中实时增加送丝速度至200mm/s，持续的时间为20ms。20ms计时时间到后速度恢复至平均速度100mm/s。
当焊接过程需要结束时，120sn10-cq印刷直流电机迅速停止，推丝机构迅速停止送丝；由于不存在抽丝周期和停顿周期结束后，拉丝机构迅速停止。