一种带故障自诊断功能的自动送丝装置及诊断方法与流程

本发明涉及一种带故障自诊断功能的自动送丝装置及诊断方法，应用于焊接制造及fdm(熔融沉积成型)增材制造中，属于智能制造领域。

背景技术：

送丝是机械加工领域中一个非常重要的环节。近几年来，自动送丝装置的出现极大地促进了制造行业的发展，该方式克服了手工送丝准确性差、一致性差、送丝不稳定等问题。在焊接制造、fdm(熔融沉积式)增材制造等领域应用广泛。目前，市场上自动送丝装置的机构较多，但其原理大同小异。大致描述如下：首先通过与电机相连的齿轮将丝状供料压在一个窄槽中，电机转动使齿轮产生摩擦力带动丝状供料移动；同样，通过调节电机的速度即可调节丝状供料的移动速度。但在实际生产过程中，往往会出现堵丝和缺丝等故障，如果不及时发现，将会影响生产质量与效率，甚至出现残次品。

公告号为cn203830943u的实用新型专利公开了一种焊丝终了报警装置，利用接近开关特性，将接近开关调整到检测焊丝盘焊丝的状态，当焊丝用到最后一层，接近开关检测不到焊丝时，设备发出没有焊丝的警报。该装置尽管能够实现缺丝自动报警，但仅仅是判断焊丝供料盘缺丝报警，并不能设别自动送丝装置因断丝而造成的缺丝故障，故障诊断功能单一。

公布号为cn104140009a的发明专利公开了一种自动探测锡丝阻塞或者断丝的自动报警装置，该装置利用锡丝运动带动旋转编码器轮转动，通过微处理器检测输入马达脉冲数与旋转编码器接收的脉冲数之差，进行阻塞或断丝探测，并给出报警信息。该装置尽管能够实现堵丝和断丝自动报警功能，但不能具体诊断出是哪一类故障，且故障诊断标准不明确，另外使用了两个旋转编码器，成本较高。

因此，如何提供一种结构简单、制造成本低、性能稳定、故障诊断功能全面的自动化送丝装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中的问题，本发明采用了如下技术方案：

一种带故障自诊断功能的自动送丝装置，包括：自动送丝装置、报警装置、控制单元。

所述自动送丝装置包括基座、送丝导管、弹簧、弹簧固定腔体、齿轮、送丝步进电机、从动轮、可移动底板、横梁、长形螺栓、第一辅助轮、第二辅助轮、支架和绕线轮。

进一步地，所述送丝导管为一个上端细、下端粗式的空心管体，所述弹簧套在送丝导管中端，两者相对固定，所述弹簧安装于弹簧固定腔体内，所述弹簧固定腔体安装于基座底部。所述送丝步进电机安装在所述基座后端，所述齿轮安装在送丝步进电机的输出轴上，位于基座前端。所述从动轮、横梁分别安装于可移动底板左端、右端，所述可移动底板能够相对于所述基座做水平滑动；所述长形螺栓穿过基座右侧螺孔与横梁相顶触，旋转长形螺栓能够控制可移动底板左、右水平移动，进而使丝状供料紧夹于从动轮与齿轮之间。送丝步进电机的转动即能够使齿轮与丝状供料之间产生摩擦力，该摩擦力带动丝状供料通过送丝导管送出。所述第一辅助轮、第二辅助轮安装在绕线轮与齿轮之间(基座右上方)，其安装方式为顺应丝状供料拉动方向安装，使得丝状供料顺利向下滑动。所述支架固定于所述基座的上端，所述支架顶端固定安装绕线轮；所述绕线轮上缠绕的丝状供料依次经位于基座上方的入丝口、第二辅助轮、第一辅助轮、齿轮与从动轮的夹缝、送丝导管后送出。

所述报警装置包括入丝口微动开关、入丝口声光报警器、出丝口微动开关、出丝口声光报警器。

进一步地，所述入丝口微动开关与出丝口微动开关同为二线制杠杆滚轮式微动开关，未发生故障状态时两个微动开关的杠杆与触点相连，发生故障状态时两个微动开关的杠杆与触点分离。

进一步地，所述入丝口微动开关、入丝口声光报警器分别安装在入丝口左侧与右侧，所述出丝口微动开关、出丝口声光报警器分别安装在送丝导管左侧与右侧。正常工作时，入丝口微动开关滚轮按压于丝状供料上，出丝口微动开关滚轮按压于送丝导管下端粗管处；缺丝故障发生时，入丝口微动开关滚轮悬空，入丝口微动开关杠杆与入丝口微动开关触点分离；堵丝故障发生时，丝状供料所受的重力以及摩擦力使得送丝导管压缩弹簧下移，出丝口微动开关滚轮因此时对应于送丝导管上端细管处而悬空，出丝口微动开关杠杆与出丝口微动开关触点分离。

所述控制单元包括微处理器mcu、第一调理电路、第二调理电路、第三调理电路、第四调理电路、驱动电路。所述第一调理电路一端连接入丝口微动开关、另一端连接微处理器mcu，用于获取入丝口微动开关的状态信息并送给mcu；所述第二调理电路一端连接出丝口微动开关、另一端连接微处理器mcu，用于获取出丝口微动开关的状态信息并送给mcu；所述第三调理电路一端连接入丝口声光报警器、另一端连接微处理器mcu，用于将微处理器的控制信息送给入丝口声光报警器；所述第四调理电路一端连接出丝口声光报警器、另一端连接微处理器mcu，用于将微处理器的控制信息送给出丝口声光报警器。具体如下：

进一步地，所述第一调理电路一端与入丝口微动开关的sn1、com1相连，另一端与微处理器mcu的int1、gnd相连；所述第二调理电路一端与出丝口微动开关的sn2、com2相连，另一端与微处理器mcu的int2、gnd相连；所述第三调理电路一端与入丝口声光报警器的sn3、com3相连，另一端与微处理器mcu的out1、gnd相连；所述第四调理电路一端与出丝口声光报警器的sn4、com4相连，另一端与微处理器mcu的out2、gnd相连；所述驱动电路一端与送丝步进电机相连，另一端与微处理器mcu的sv1、gnd相连。

本发明诊断方法采用如下步骤：系统上电后微处理器mcu首先进行系统初始化，设置int1、int2为浮空输入口，设置out1、out2为推挽输出口，设置sv1为脉冲输出口，并使能这五个口的时钟。下一步微处理器mcu会判断int1口是否为低电平，若为低电平则表明该装置处于缺丝故障状态，此时微处理器mcu关闭sv1口脉冲输出、out1口输出高电平，并使得送丝步进电机立即停止工作、入丝口声光报警器立即工作。否则微处理器mcu继续判断int2口是否为低电平，若为低电平则表明该装置处于堵丝故障状态，此时微处理器mcu关闭sv1口脉冲输出、out2口输出高电平，并使得送丝步进电机立即停止工作、出丝口声光报警器立即工作。

微处理器mcu通过上述步骤，循环往复，及时捕获故障事件发生。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明相对于现有技术而言，利用微动开关接触与非接触时的电平信号特性来诊断堵丝和缺丝故障，其机械设计和电路设计大大简化，，并且制作成本低，可靠性强，维护方便，适用于市场化生产。

2、微处理器只需读取入丝口与出丝口两个微动开关的输出端电平信号即可诊断出故障类型，识别故障类型后立即做出相应的声光报警处理，相对于现有技术而言响应时间快。

3、齿轮与从动轮之间的夹距可通过长型螺栓的旋转来任意调整，不仅适用于不同线径焊锡丝的焊接制造，也适用于fdm(熔融沉积成型)增材制造。

4、驱动齿轮采用锯齿形状，一方面增加摩擦力，将丝状供料通过送丝导管顺利送出，另一方面可以破坏焊丝表面，使内芯的助焊剂裸露，防止爆锡现象。

附图说明

图1为本发明的结构示意正视图。

图2为本发明的结构示意左视图。

图3为本发明控制单元的电路原理图。

图4为本发明第一调理电路或第二调理电路的连接示意图。

图5为本发明第三调理电路或第四调理电路的连接示意图。

图6为本发明中微动开关未发生故障状态时示意图。

图7为本发明中微动开关发生故障状态时示意图。

图8为本发明的诊断方法系统流程图。

其中，1基座，2送丝导管，3弹簧，4弹簧固定腔体，5齿轮，6送丝步进电机，7从动轮，8可移动底板，9横梁，10长形螺栓，11第一辅助轮，12第二辅助轮，13绕线轮，14丝状供料，15入丝口微动开关，15-1入丝口微动开关滚轮，15-2入丝口微动开关杠杆，15-3入丝口微动开关触点，16入丝口声光报警器，17出丝口微动开关，17-1出丝口微动开关滚轮，17-2出丝口微动开关杠杆，17-3出丝口微动开关触点，18出丝口声光报警器，19微处理器mcu、20驱动电路，21第一调理电路，22第二调理电路，23第三调理电路，24第四调理电路、25支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明提供了一种带故障自诊断功能的自动化送丝装置，它包括自动送丝装置、报警装置、控制单元。

所述自动送丝装置包括基座1、送丝导管2、弹簧3、弹簧固定腔体4、齿轮5、送丝步进电机6、从动轮7、可移动底板8、横梁9、长形螺栓10、第一辅助轮11、第二辅助轮12、支架25和绕线轮13。

进一步地，所述送丝导管2为一个上端细、下端粗式的空心管体，所述弹簧3套在送丝导管2中端、两者相对固定，并安装于所述弹簧固定腔体4内，所述弹簧固定腔体4固定安装于所述基座1底部。所述送丝步进电机6(本发明实施例采用雷赛42hs08型步进电机)安装在所述基座1后端，所述齿轮5安装在所述送丝步进电机6的输出轴上，位于所述基座1前端。所述从动轮7、横梁9分别固定安装于可移动底板8左端、右端，所述可移动底板位移基座右端、且能够相对于基座作水平滑动。所述长形螺栓10穿过基座1右侧螺孔与横梁9相顶触，通过旋转长形螺栓10就可使可移动底板8左右水平移动，进而使丝状供料14紧夹于从动轮7与齿轮5之间。送丝步进电机6的转动即可使齿轮5与丝状供料14之间产生摩擦力，该摩擦力带动丝状供料14通过所述送丝导管2送出。所述第一辅助轮11、第二辅助轮12安装在基座1右上方，其安装方式为顺应丝状供料14拉动方向安装，有利于丝状供料14顺利下滑，例如：使丝状供料呈弯折型的安装。

所述报警装置包括入丝口微动开关15、入丝口声光报警器16、出丝口微动开关17、出丝口声光报警器18。本发明实施例中：所述入丝口微动开关和出丝口微动开关均采用恒科电子g5t16-a06型滚轮压杆式微动开关；所述入丝口声光报警器和所述出丝口声光报警器均采用港爱电器ad16-16sm型声光报警器。

进一步地，所述入丝口微动开关15与出丝口微动开关17同为二线制杠杆滚轮式微动开关。如图4所示，未发生故障状态时微动开关杠杆与触点相连；如图5所示，发生故障状态时微动开关杠杆与触点分离。

进一步地，所述入丝口微动开关15、入丝口声光报警器16分别安装在入丝口左侧与右侧，所述出丝口微动开关17、出丝口声光报警器18分别安装在送丝导管2左侧与右侧。正常工作时，入丝口微动开关滚轮15-1按压于丝状供料14上，出丝口微动开关滚轮17-1按压于送丝导管2下端粗管处；缺丝故障发生时，入丝口微动开关滚轮15-1悬空，入丝口微动开关杠杆15-2与入丝口微动开关触点15-3分离；堵丝故障发生时，丝状供料14所受的力使得送丝导管2压缩弹簧3下移，出丝口微动开关滚轮17-1因对应于送丝导管2上端细管处而悬空，出丝口微动开关杠杆17-2与出丝口微动开关触点17-3分离。

所述控制单元包括微处理器mcu19、第一调理电路21、第二调理电路22、第三调理电路23、第四调理电路24、驱动电路20。本发明实施例中：微处理器mcu采用stc89c52芯片实现，所述驱动电路采用雷赛dm422c型驱动器。

进一步地，所述第一调理电路21一端与入丝口微动开关15的sn1、com1相连，另一端与微处理器mcu19的int1、gnd相连；所述第二调理电路22一端与出丝口微动开关17的sn2、com2相连，另一端与微处理器mcu19的int2、gnd相连；所述第三调理电路23一端与入丝口声光报警器16的sn3、com3相连，另一端与微处理器mcu19的out1、gnd相连；所述第四调理电路24一端与出丝口声光报警器18的sn4、com4相连，另一端与微处理器mcu19的out2、gnd相连；所述驱动电路20一端与送丝步进电机6相连，另一端与微处理器mcu19的sv1、gnd相连。其中，out1、out2、sv1、int1、int2可以为mcu的任意输入输出端口，在程序编辑中将out1，out2，sv1所接端口设置为输出端口，int1int2所接端口设置为输入端口。

自动化送丝装置故障诊断方法参照图6，具体步骤如下：

步骤602：微处理器mcu首先进行系统初始化，设置int1、int2为浮空输入口，设置out1、out2为推挽输出口，设置sv1脉冲输出口，并使能这五个口的端口时钟，执行步骤604；

步骤604：微处理器mcu判断int1口是否为低电平，若为低电平则表明该装置处于缺丝故障状态，执行步骤606，否则执行步骤608；

步骤606：微处理器mcu使out1口输出高电平，此时缺丝声光报警器立即工作，然后执行步骤612；

步骤608：微处理器mcu判断int2口是否为低电平，若为低电平则表明该装置处于堵丝故障状态，执行步骤610，否则执行步骤604；

步骤610：微处理器mcu使out2口输出高电平，此时堵丝声光报警器立即工作，然后执行步骤612；

步骤612：微处理器mcu关闭sv1口脉冲输出，此时送丝步进电机立即停止工作。

微处理器mcu自系统上电后，通过上述步骤，不断循环检测直至故障产生。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。