專利名稱：手工電弧焊模擬焊槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于焊接培訓(xùn)學(xué)習(xí)用具，主要提出一種手工電弧;^+莫擬焊槍。
技術(shù)背景手工電弧焊是一種非常普及的焊接方法。它廣泛應(yīng)用于各種焊接場合，如 汽車制造，壓力容器制造，船舶制造等。雖然各種自動(dòng)焊方法己經(jīng)比較成熟， 應(yīng)用也越來越多，但是由于使用上的方便和靈活，手工電弧焊仍然具有其不可 替代的作用，例如，在各種壓力容器管道焊接，以及各種維護(hù)性焊接場合等。在手工電弧焊操作過程中，影響焊接質(zhì)量的工藝因素比較多，比如電流、 電壓、焊接速度、電弧弧長的穩(wěn)定性、焊條的擺動(dòng)等。焊接過程的穩(wěn)定與否直 接影響到焊接質(zhì)量，這是一種完全的人為因素，全憑焊接操作者的技藝和經(jīng)驗(yàn)。 在焊接質(zhì)量的控制中，電流，電壓，預(yù) 度，焊條烘干程度等這些工藝參數(shù)都可以mr藝文件和測量技術(shù)來控制。但是，和人為操作相關(guān)的參數(shù)，比如， 焊接速度，悍,態(tài)都是無法記錄和控制的。為了訓(xùn)練出良好的焊接技術(shù)，需 要付出艱苦的努力及相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)代價(jià)，這樣才能掌握手工電弧焊過程的真實(shí)感 覺。培訓(xùn)焊工是一個(gè)需要消耗大量時(shí)間和電能、焊材消耗的過程。在以往的手工電弧煤焊接實(shí)際訓(xùn)練階段，采用的都是師傅帶徒弟的方式進(jìn) 行訓(xùn)練，訓(xùn)練的效果受到教師的操作水平和表達(dá)能力等人為因素的影響，而師 資力量不足已經(jīng)在目前焊接培訓(xùn)領(lǐng)域顯現(xiàn)出較強(qiáng)的態(tài)勢。同時(shí)焊接操作對(duì)場地， 環(huán)境也有較高的要求，訓(xùn)練過程需要消耗大量的焊條， 及相當(dāng)?shù)碾娏Y源。 不僅如此，眾所周知，焊接環(huán)境是比較惡劣的，有大量的煙塵及強(qiáng)烈的弧光， 非常容易對(duì)焊工的身體健康產(chǎn)生不良影響。對(duì)于新接受焊接培訓(xùn)的人員來說， 惡劣的工作環(huán)境對(duì)實(shí)o理也容易產(chǎn)生負(fù)面作用，不利于后續(xù)的培訓(xùn)i找啲進(jìn)行。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提出一種手工電弧焊模擬悍槍，使其可模擬手工電弧 焊時(shí)的弓l弧及焊條jt^l程，達(dá)到快速培養(yǎng)悍工的操作手感并減少物資和能源 消耗的目的。本實(shí)用新型完成其發(fā)明任務(wù)所采用的技術(shù)方案是其主要由員電機(jī)、模擬焊條和主動(dòng)輪、焊槍手把及裝夾把手構(gòu)成；其中，模擬焊條安裝在直線軸承 中，以保證焊條的上下垂直移動(dòng)，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪從兩側(cè)對(duì)焊條加以摩擦夾緊； 主動(dòng)輪安裝在步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸上，步進(jìn)電機(jī)用于精確控制主動(dòng)輪帶動(dòng)模擬焊 條回抽、歸位或停止移動(dòng)以模擬焊條的焊接過程。步進(jìn)電機(jī)工作由控制電,制，在模擬焊條內(nèi)的下端部設(shè)置霍爾傳感器I ， 并在模擬焊條試件中設(shè)置感應(yīng)磁鋼I，用以檢測焊槍的引弧過程；在焊槍手把 上設(shè)置霍爾傳感器II ，并在裝夾把手上與霍爾傳感器II相對(duì)應(yīng)的部位設(shè)置感應(yīng) 磁鋼n，用以檢測焊槍的裝夾焊條過程；兩個(gè)霍爾傳感器均與單片機(jī)的輸入接 口連接；金屬材料的模擬焊條下端頭與單片機(jī)輸入接口相連，并在焊接i微上 接有正極直流電源，用以檢測模擬焊條與模擬試件之間的短路狀況；在焊槍上 設(shè)置有檢測模擬焊條復(fù)位的行程開關(guān)，其與單片機(jī)輸入接口相連，用以與模擬 焊槍上的限位板配合檢測模擬焊條復(fù)位情況并將信號(hào)送至單片機(jī)輸入接口 ；單 片機(jī)將采集到的信息通過自帶的串行接口傳輸?shù)街饔?jì)算機(jī)的串行接口上，并由 數(shù)字量輸出端口輸出產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器的外部脈沖和驅(qū)動(dòng)器的方向電平，同時(shí)控制驅(qū) 動(dòng)器的輸出使能，驅(qū)動(dòng)器的輸出為四線制步進(jìn)電機(jī)輸出。本實(shí)用新型主要是針對(duì)焊條電弧焊的焊接特點(diǎn)，ii3ffi制模擬焊槍的動(dòng)作，使之與真實(shí)焊槍一樣，當(dāng)焊工手持焊,行焊接操作時(shí)，焊槍能產(chǎn)生真實(shí)的動(dòng) 作反饋，控制電路可根據(jù)檢領(lǐng)倒的不同的情況，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn) 以及按某一固定速度tW轉(zhuǎn)?？赡M焊條的各種工作狀態(tài)，如t莫擬焊條與工件 是否接觸(短路)、與工件之間的距離(弧長是否^iS)裝夾焊條及模擬焊條回抽移動(dòng)長度(焊條m長度)，通過本實(shí)用新型模擬焊槍可達(dá)到快速培養(yǎng)焊工的操作手感并減少物質(zhì)和能源消耗的目的。

圖1為本實(shí)用新型模擬焊槍的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的右視圖。圖3為模擬焊槍控制電路電原理圖。圖4為焊槍工作時(shí)狀態(tài)示意圖。圖中，1、步進(jìn)電機(jī)，2、模擬焊條，3、直線軸承，4、軸承座，5、主動(dòng)輪， 6、從動(dòng)輪，7、滾輪支座，8、電機(jī)座，9、焊槍手把，10、裝夾把手，11、霍 爾傳感器II， 12、感應(yīng)磁鋼II， 13、霍爾傳感器I， 14、感應(yīng)磁鋼I， 15、模擬焊接試件，16、限位板，17、行程開關(guān)。 具體實(shí)駄式結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例加以說明如圖1所示，本實(shí)用新型主要由步進(jìn)電機(jī)l、模擬焊條2和主動(dòng)輪5、焊槍 手把9及裝夾把手10構(gòu)成，其中，模擬焊條2安敏直線軸承3中，主動(dòng)輪5 與從動(dòng)輪6從兩側(cè)對(duì)焊條加以摩擦夾緊；直線軸承3安裝于軸承座4內(nèi)，軸承 座4通過螺釘與電機(jī)座8連為一體，主動(dòng)輪5安裝在，電機(jī)1的電機(jī)軸上， 織電機(jī)1驗(yàn)電機(jī)座8上，從動(dòng)輪6裝于滾輪支座7中，支座7 M螺釘與 電機(jī)座8連為一體，安裝為一體的夾持部分最后總體套入焊槍手把9中。模擬 焊條2采用不鏃Pf中空管審隨，i!31其上、下移動(dòng)模擬真實(shí)焊接時(shí)焊條的懶七， 直線軸承3用于限制焊條的運(yùn)動(dòng)方向，主動(dòng)輪為橡膠輪，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)主動(dòng) 輪旋轉(zhuǎn)，依靠摩擦力拉動(dòng)焊條上下移動(dòng)，向上移動(dòng)模擬焊條的熔化，向下移動(dòng) 模擬焊條的裝夾過程。動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用了步進(jìn)電機(jī)，采用織電機(jī)能精確的控制焊條的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 焊條熔化與焊接參數(shù)設(shè)置的一致性。步進(jìn)電機(jī)選用成都步進(jìn)電機(jī)公司出品的 11HS3002-01型4相頻電機(jī)和與之配套的402型驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)測試，該組合在 每併中3轉(zhuǎn)的,下不會(huì)出現(xiàn)自電機(jī)低速時(shí)的堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，并且其保持,達(dá) 到65mNm，足夠帶動(dòng)焊條的運(yùn)動(dòng)。圖3為模擬焊槍的控制電路電原理圖。如圖l、圖4所示，在模擬焊條內(nèi)的 下部設(shè)置霍爾傳感器113，并在模擬焊條試件中設(shè)置感應(yīng)磁鋼114，用以檢測 焊槍的引M程；其焊M^置感應(yīng)磁鋼114由8 ±妙卜形相同的方 鋼排成一 列，鋪設(shè)于焊縫下方，作為焊條霍爾傳感器I的觸發(fā)源?；魻杺鞲衅鱅I11設(shè)置 在焊槍，上，如圖1所示，安裝在焊槍手把的側(cè)向位置，感應(yīng)磁鋼II12安裝 在裝夾把手上與霍爾傳感器II所對(duì)應(yīng)的部位，二者配合用以檢測裝夾把手10是 否按下，是否開始^焊條。，兩個(gè)霍爾傳自分別與單片機(jī)的輸入接口Pl.l、 P1.2相連；金屬材料(不糊)模擬焊條的下端頭與單片機(jī)輸入接口 P1.0相連， 并在焊接試件上的鋁合金薄板接有+5V電壓，用以檢測模擬焊條與模擬試件之 間的短路狀況；如圖4所示。焊槍手把9上設(shè)置有行程開關(guān)17，其與單片機(jī)輸 入接口PL3相連，同時(shí)在模擬在焊條上端部設(shè)置有限位板16， 二者配合檢測模 擬焊條復(fù)位情況并將信號(hào)送至單片機(jī)輸入接口P13。如上所述，焊槍狀態(tài)釆集電路由一±央單片機(jī)實(shí)現(xiàn)(型號(hào)Atod89C51)，采集禾旨通過不斷査詢該單片機(jī) P1.0的狀^采集焊槍上傳 和開關(guān)的狀態(tài)，單片機(jī)將采集到的信息通過自 帶的串行接口傳輸?shù)街饔?jì)Ml的串行接口上(C0M1)。焊槍上所要采集的狀態(tài) 共有4個(gè)，這些狀態(tài)決定了焊槍當(dāng)前的工作方式，其分另咖下1、模擬焊條下 端頭與焊接試板是否接觸。當(dāng)焊條下端頭與試板接觸時(shí)Pl.O 口被置為高電位， 單片豐艦集到該信號(hào)后，向計(jì)對(duì)幾發(fā)出引弧動(dòng)作的指令信號(hào)。2、焊接過程中的 電弧長度控制。當(dāng)計(jì),收到電弧引燃的指令后，通過霍爾傳感器I的信號(hào)來 判斷電弧的長度是否超過了一定的限度，即焊條下端頭距鋁合金薄板的距離是 否大于一定的值。3、焊條裝夾把手10是否按下，當(dāng)焊條運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，需要使 悍條復(fù)位以便重新焊接(即裝夾焊條動(dòng)作)，該動(dòng)作通過檢測裝夾把手內(nèi)部安裝 的磁鋼與霍爾傳感器II的距離來判斷裝夾把手是否被按下，霍爾傳感器II的信 號(hào)輸出至單片機(jī)P1.2 口。 4、焊條裝夾過程是否完成即焊條是否復(fù)位。行程開關(guān) 用于檢測焊條裝夾過程中焊條的復(fù)位運(yùn)動(dòng)是否完成，其信號(hào)輸出至單片機(jī)Pl. 3 口。如圖3，當(dāng)焊條端部固定的限位板壓迫行程開關(guān)使其輸出狀態(tài)發(fā)生改變，單片機(jī)檢測到該信號(hào)發(fā)出焊條已復(fù)位的指令到主計(jì)im。焊,動(dòng)控制電路采用一塊基于計(jì)t^幾PCI總線的 采集卡完成(凌化 公司的PCI-9112數(shù)據(jù)采集卡)這里主要j頓了其數(shù)字量輸出端口。其具體連接 方法如圖2，其中數(shù)字量輸出O通道用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器的夕卜部脈沖，數(shù)字量輸出l 通道用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器的方向電平，數(shù)字量輸出2通道用于控制驅(qū)動(dòng)器的輸出使 能。驅(qū)動(dòng)器的輸出為四線制步進(jìn)電機(jī)輸出。焊槍電路的工作流程接通系統(tǒng)電源后，單片機(jī)開始不斷地檢測P1 口的狀 態(tài)，并將該狀劍直發(fā)送鄉(xiāng)封十算機(jī)。操作者操作焊艦行引弧動(dòng)作，當(dāng)焊絲觸 到 上的鋁合金,時(shí)，P1.0 口狀態(tài)發(fā)生改變，反映到計(jì)算機(jī)中為開始引弧， 當(dāng)"電弧"引燃后，進(jìn)入正常焊接狀態(tài)，焊條端頭的霍爾傳感器I在一定的距 離范圍內(nèi)受到試板中磁鋼的影響開始工作，主計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)采集卡，步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器能使同時(shí)輸出脈沖信號(hào)和方向信號(hào)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)提升焊條，模擬出真實(shí)焊接過程中焊條mM繊短的過程。此時(shí)，計(jì)^m中的程序同時(shí)對(duì)焊條端頭和霍爾傳感器I輸出信號(hào)(即P1.0和PU) 口進(jìn)行監(jiān)控。若檢測到焊條端頭 再次接觸試板，則做出焊接短路的判斷，停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。若檢測到霍爾傳感器 I停止工作，則判斷為焊條端頭距離試板過遠(yuǎn)，造成焊接電弧熄滅，停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)?；魻杺鞲衅鱅I具有最高的動(dòng)作優(yōu)先級(jí)，即操作者可在任何時(shí)間進(jìn)行裝夾焊條的操作，當(dāng)主辦檢測到PL2口為高電平時(shí)，做出焊機(jī)夾把手按下，開 始焊條復(fù)位動(dòng)作，同時(shí)控制采集卡的運(yùn)動(dòng)方向控制端口使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 焊條的回抽復(fù)位。在焊條回抽復(fù)位的同時(shí)，主程序也在不斷檢測行程開關(guān)的狀 態(tài)(査詢P1.3 口)以判斷焊條復(fù)位動(dòng)作是否完成。待行程開關(guān)按下，主機(jī)tm 受到復(fù)位完成的指令，焊槍機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路均己復(fù)位，可進(jìn)行新的焊接操作。
權(quán)利要求1. 一種手工電弧焊模擬焊槍，其特征是主要由步進(jìn)電機(jī)(1)、模擬焊條(2)和主動(dòng)輪(5)、焊槍手把(9)及裝夾把手(10)構(gòu)成；其中模擬焊條(2)安裝在直線軸承(3)中，主動(dòng)輪(5)與從動(dòng)輪(6)從兩側(cè)對(duì)模擬焊條加以摩擦夾緊；主動(dòng)輪(5)安裝在步進(jìn)電機(jī)(1)的電機(jī)軸上，在模擬焊條(2)內(nèi)的下端部設(shè)置霍爾傳感器I(13)，并在模擬焊條試件(15)中設(shè)置感應(yīng)磁鋼I(14)；在焊槍手把(9)上設(shè)置霍爾傳感器II(11)，并在裝夾把手(10)上與霍爾傳感器相對(duì)應(yīng)的部位設(shè)置感應(yīng)磁鋼II(12)；兩個(gè)霍爾傳感器均與單片機(jī)的輸入接口連接；金屬材料的模擬焊條下端頭與單片機(jī)輸入接口相連，并在焊接試板上接有正極直流電源；在焊槍上設(shè)置有檢測模擬焊條復(fù)位的行程開關(guān)(17)，其與單片機(jī)輸入接口相連，用以與模擬焊槍上的限位板配合檢測模擬焊條復(fù)位情況并將信號(hào)送至單片機(jī)輸入接口；單片機(jī)將采集到的信息通過自帶的串行接口傳輸?shù)街饔?jì)算機(jī)的串行接口上，并由數(shù)字量輸出端口輸出產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器的外部脈沖和輸出產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器的方向電平，同時(shí)控制驅(qū)動(dòng)器的輸出使能，驅(qū)動(dòng)器的輸出為四線制步進(jìn)電機(jī)輸出。
專利摘要本實(shí)用新型提出的手工電弧焊模擬焊槍主要由步進(jìn)電機(jī)(1)、模擬焊條(2)和主動(dòng)輪(5)、焊槍手把(9)及裝夾把手(10)構(gòu)成；其中模擬焊條安裝在直線軸承(3)中，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪(6)從兩側(cè)對(duì)模擬焊條加以摩擦夾緊；主動(dòng)輪安裝在步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸上。步進(jìn)電機(jī)工作由控制電路控制，用于精確控制主動(dòng)輪帶動(dòng)模擬焊條回抽、歸位或停止移動(dòng)以模擬焊條的焊接過程。本實(shí)用新型主要是針對(duì)焊條電弧焊的焊接特點(diǎn)，通過控制模擬焊槍的動(dòng)作，當(dāng)焊工手持焊槍進(jìn)行焊接操作時(shí)，焊槍能產(chǎn)生真實(shí)的動(dòng)作反饋，控制電路根據(jù)檢測到的不同的情況，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)以及按某一固定速度值旋轉(zhuǎn)?？赡M焊條的各種工作狀態(tài)，通過模擬焊槍可達(dá)到快速培養(yǎng)焊工的操作手感。
文檔編號(hào)G09B25/02GK201117156SQ20072009070
公開日2008年9月17日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者衛(wèi)建良, 張建勛, 梁振新, 王啟宇, 王莉紅, 敏 聶, 薛金保, 怡 裴, 林 鄒, 挺 黃 申請人:中國石油天然氣第一建設(shè)公司