一種焊接電弧搖動(dòng)裝置制造方法
【專利摘要】針對(duì)傳統(tǒng)焊接電弧擺動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、焊接電弧可達(dá)性較差等問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種與焊炬一體化設(shè)計(jì)的焊接電弧搖動(dòng)裝置。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)光柵盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，并借助光電開(kāi)關(guān)的位置傳感信號(hào)，單片機(jī)精確計(jì)量出光柵缺口寬度，焊前自動(dòng)尋找出光柵缺口中心，確定搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)；通過(guò)驅(qū)動(dòng)微彎型導(dǎo)電桿機(jī)構(gòu)，使焊絲端部的電弧作往復(fù)式圓弧形搖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)搖動(dòng)電弧焊接。試驗(yàn)結(jié)果表明：該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠，定位控制精度高，滿足焊接實(shí)際要求。
【專利說(shuō)明】一種焊接電弧搖動(dòng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接裝置領(lǐng)域，尤其適用于焊接電弧控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接是實(shí)現(xiàn)材料連接的一種熱加工工藝，已在現(xiàn)代制造業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。為了提高焊接質(zhì)量和效率，需要實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。在自動(dòng)化電弧焊接過(guò)程中，往往要使電弧在待焊工件坡口內(nèi)作有規(guī)律地?cái)[動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，才能獲得滿意的焊縫成形。
[0003]傳統(tǒng)的焊接電弧擺動(dòng)裝置通過(guò)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，來(lái)帶動(dòng)固連在直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上焊炬整體，作相對(duì)于焊接方向的橫向往復(fù)式直線運(yùn)動(dòng)。該擺動(dòng)器與焊炬相對(duì)獨(dú)立，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，焊接電弧可達(dá)性較差，不適用于狹窄空間的焊接作業(yè)，且與數(shù)字化焊接設(shè)備接口兼容性差，而旋轉(zhuǎn)電弧焊炬由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、導(dǎo)電嘴磨損大等原因，使焊接成本增加，其應(yīng)用受到一定程度限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開(kāi)了一種與焊炬一體化設(shè)計(jì)的焊接電弧搖動(dòng)裝置，通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)微彎型導(dǎo)電桿機(jī)構(gòu)，在焊絲搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)定位的基礎(chǔ)上使焊絲端部的電弧作往復(fù)式圓弧形搖動(dòng)。
[0005]焊接電弧搖動(dòng)裝置如圖1所示，與焊炬一體，主要由空心軸步進(jìn)電機(jī)、微彎型導(dǎo)電桿、導(dǎo)電嘴、光柵盤(pán)、光電開(kāi)關(guān)和單片機(jī)(即控制器)構(gòu)成，帶缺口的光柵盤(pán)與微彎型導(dǎo)電桿通過(guò)連接件固連在電機(jī)軸上，導(dǎo)電嘴與微彎型導(dǎo)電桿相接。圖中，O1O2為焊炬中心軸線，與焊接坡口(即焊縫)中心線A1A2垂直相交于O1點(diǎn)；C3C4為光柵缺口中心線，C1C2為光柵盤(pán)與C3C4相互垂直的中心線，C1C2和C3C4交于光柵盤(pán)中心O2點(diǎn)A1B2為導(dǎo)電嘴中心線，Vff為焊接速度；焊炬裝配時(shí)，使光柵中心線C1C2和B1B2處于同一平面。
[0006]焊絲由送絲輪送出，穿過(guò)步進(jìn)電機(jī)空心軸、微彎型導(dǎo)電桿后，從導(dǎo)電嘴中心孔送出，光柵盤(pán)和光電開(kāi)關(guān)構(gòu)成一個(gè)光電傳感器，用于檢測(cè)電弧(或焊絲)搖動(dòng)的頻率和位置。焊前，電機(jī)帶動(dòng)光柵盤(pán)、微彎型導(dǎo)電桿、導(dǎo)電嘴及焊絲一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)中的光電管對(duì)準(zhǔn)光柵缺口中心線C3C4時(shí)，控制器(單片機(jī))檢測(cè)到光電開(kāi)關(guān)電信號(hào)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)微彎型導(dǎo)電桿正好彎向待焊工件坡口的正前方，實(shí)現(xiàn)焊絲搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)的精確定位。焊接時(shí)焊炬整體以Vw速度前行，同時(shí)控制器通過(guò)控制電機(jī)反復(fù)正反轉(zhuǎn)，來(lái)驅(qū)動(dòng)微彎型導(dǎo)電桿帶動(dòng)焊絲端部的電弧，在焊接坡口內(nèi)作相對(duì)于搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)的對(duì)稱性圓弧形搖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)搖動(dòng)電弧焊接。
[0007]單片機(jī)輸出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)和步進(jìn)脈沖信號(hào)，經(jīng)光電隔離及功率放大后控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)光柵盤(pán)、微彎型導(dǎo)電桿、導(dǎo)電嘴一起運(yùn)動(dòng)。在光柵盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，槽式光電開(kāi)關(guān)內(nèi)部光耦會(huì)發(fā)生通斷并輸出相應(yīng)的脈沖電信號(hào)，借助該光電開(kāi)關(guān)電信號(hào)，單片機(jī)可精確地計(jì)量出光柵缺口寬度，從而在焊前找出光柵缺口中心，確定搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)位置。焊接過(guò)程中電弧從搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)處開(kāi)始搖動(dòng)，單片機(jī)根據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧搖動(dòng)范圍的精確控制。
[0008]在上述搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)定位過(guò)程中步進(jìn)電機(jī)在正常轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，若光柵缺口過(guò)窄、光柵的通光量減少，會(huì)導(dǎo)致光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)靈敏度下降，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法工作；光柵缺口過(guò)寬或步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)慢，則會(huì)增加搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)定位時(shí)間，降低定位效率。因此，選擇合適的光柵缺口寬度及步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖頻率，有利于提高搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)定位的精度和效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是焊接電弧搖動(dòng)裝置。
[0010]圖2是焊接電弧搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)的定位方式之一。
[0011]圖3是焊接電弧搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)的定位方式之二。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1所示，焊接電弧搖動(dòng)裝置與焊炬一體，主要由空心軸步進(jìn)電機(jī)、微彎型導(dǎo)電桿、導(dǎo)電嘴、光柵盤(pán)、光電開(kāi)關(guān)和控制器(即單片機(jī))構(gòu)成，帶U型缺口的光柵盤(pán)與微彎型導(dǎo)電桿通過(guò)連接件固連在電機(jī)軸上，導(dǎo)電嘴與微彎型導(dǎo)電桿相接。圖中，O1O2為焊炬中心軸線，與焊接坡口(即焊縫)中心線A1A2垂直相交于O1點(diǎn)；C3C4為光柵缺口中心線，C1C2為光柵圓盤(pán)與C3C4相互垂直的中心線，交于光柵盤(pán)中心O2點(diǎn)^1B2為導(dǎo)電嘴中心線，Vw為焊接速度；焊炬裝配時(shí)，使光柵中心線C1C2和B1B2處于同一平面。
[0013]焊絲由送絲輪送出，穿過(guò)步進(jìn)電機(jī)空心軸、微彎型導(dǎo)電桿后，從導(dǎo)電嘴中心孔送出，光柵盤(pán)和光電開(kāi)關(guān)構(gòu)成一個(gè)光電傳感器，用于檢測(cè)電弧(或焊絲)搖動(dòng)的頻率和位置。焊前，電機(jī)帶動(dòng)光柵盤(pán)、微彎型導(dǎo)電桿、導(dǎo)電嘴及焊絲一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)中的光電管對(duì)準(zhǔn)光柵缺口中心線C3C4時(shí)，控制器(單片機(jī))檢測(cè)到光電開(kāi)關(guān)電信號(hào)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)微彎型導(dǎo)電桿正好彎向待焊工件坡口的正前方，實(shí)現(xiàn)焊絲搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)的精確定位。焊接時(shí)焊炬整體以Vw速度前行，同時(shí)控制器通過(guò)控制電機(jī)反復(fù)正反轉(zhuǎn)，來(lái)驅(qū)動(dòng)微彎型導(dǎo)電桿帶動(dòng)焊絲端部的電弧，在焊接坡口內(nèi)作相對(duì)于搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)的對(duì)稱性圓弧形搖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)搖動(dòng)電弧焊接。
[0014]單片機(jī)輸出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)和步進(jìn)脈沖信號(hào)，經(jīng)光電隔離及功率放大后控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)光柵盤(pán)、微彎型導(dǎo)電桿、導(dǎo)電嘴一起運(yùn)動(dòng)。在光柵盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，槽式光電開(kāi)關(guān)內(nèi)部光耦會(huì)發(fā)生通斷并輸出相應(yīng)的脈沖電信號(hào)，借助該光電開(kāi)關(guān)電信號(hào)，單片機(jī)可精確地計(jì)量出光柵缺口寬度，從而在焊前找出光柵缺口中心，確定搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)位置。焊接過(guò)程中電弧從搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)處開(kāi)始搖動(dòng)，單片機(jī)根據(jù)輸出的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧搖動(dòng)范圍的精確控制。
[0015]在實(shí)施例1中，電弧搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)的定位通過(guò)圖2方式進(jìn)行控制=D1D2與D3D4是光柵缺口的兩個(gè)邊緣線，O3是光電開(kāi)關(guān)發(fā)光管在光柵盤(pán)平面上的投影。發(fā)光管投影點(diǎn)O3在光柵缺口外，光電開(kāi)關(guān)輸出低電平，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并計(jì)量出點(diǎn)O3從線D3D4移動(dòng)到線D1D2時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的角位移。然后控制電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)所測(cè)角位移的一半，此時(shí)點(diǎn)O3落于光柵缺口中心線C3C4上，實(shí)現(xiàn)搖動(dòng)中點(diǎn)定位。
[0016]在實(shí)施例2中，電弧搖動(dòng)軌跡中點(diǎn)的定位通過(guò)圖3方式進(jìn)行控制A1D2與D3D4是光柵缺口的兩個(gè)邊緣線，03是光電開(kāi)關(guān)發(fā)光管在光柵盤(pán)平面上的投影。開(kāi)始時(shí)，發(fā)光管投影點(diǎn)O3在光柵缺口內(nèi)，光電開(kāi)關(guān)輸出高電平。單片機(jī)首先控制步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直至光電開(kāi)關(guān)輸出低電平為止，此時(shí)點(diǎn)O3到達(dá)D1D2線。然后，控制電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并計(jì)量點(diǎn)O3從線D1D2運(yùn)動(dòng)到線D3D4時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的角位移。最后，控制電機(jī)重新順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)所測(cè)角位移的一半，使O3落在光柵缺口中心線C3C4上，實(shí)現(xiàn)搖動(dòng)中點(diǎn)定位。
[0017]當(dāng)選用光柵缺口寬度大于1mm、步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行脈沖頻率小于SkHz時(shí)，搖動(dòng)中點(diǎn)定位精度小于0.2°,能得到滿意的焊縫成形。步進(jìn)電機(jī)在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，以及逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)設(shè)定5?15ms的停轉(zhuǎn)時(shí)間，有利于提高電機(jī)在反復(fù)正反轉(zhuǎn)工作條件下的使用壽命。
[0018]應(yīng)理解上述實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接電弧搖動(dòng)裝置，與焊炬一體，由空心軸步進(jìn)電機(jī)、微彎型導(dǎo)電桿、導(dǎo)電嘴、帶缺口的光柵盤(pán)、光電開(kāi)關(guān)和單片機(jī)構(gòu)成，光柵盤(pán)與微彎型導(dǎo)電桿通過(guò)連接件固連在電機(jī)軸上，導(dǎo)電嘴與微彎型導(dǎo)電桿相接，焊炬中心軸線與焊接坡口(即焊縫)中心線垂直相交；其特征是，焊炬裝配時(shí)，光柵盤(pán)上垂直于光柵缺口中心線的中心線與導(dǎo)電嘴中心線處于同一平面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧搖動(dòng)裝置，其特征是，光柵盤(pán)的缺口為U型。
3.如權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧搖動(dòng)裝置，其特征是，光柵盤(pán)的缺口寬度大于Imm0
4.如權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧搖動(dòng)裝置，其特征是，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行脈沖頻率小于 8kHz。
5.如權(quán)利要求1所述的一種焊接電弧搖動(dòng)裝置，其特征是，步進(jìn)電機(jī)在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，以及逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，具有5?15ms的停轉(zhuǎn)時(shí)間。
【文檔編號(hào)】B23K9/022GK103639568SQ201310722917
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】劉迎春, 魏華峰, 吳敏 申請(qǐng)人:江蘇新瑞峰信息科技有限公司