專利名稱：微束等離子焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接設(shè)備，特別是一種用于多種金屬精密微細(xì)結(jié)構(gòu)焊接的微束等離子焊機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，利用DSP數(shù)字信息處理器的快速運(yùn)算速度和強(qiáng)大的運(yùn)算功能，設(shè)立良好的用戶操作界面，操用人員可選擇不同的熱加工方法，并根據(jù)不同的熱加工材料和工藝要求，預(yù)置工藝參數(shù)；并且，可進(jìn)行工作現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、工作時(shí)序的快速切換和實(shí)時(shí)控制，從數(shù)字的角度采取充分的抗干擾措施，提高信噪比，使設(shè)備運(yùn)行可靠性提高，使微束等離子焊機(jī)無(wú)論性能上還是智能化程度上，均達(dá)到一個(gè)較高的水平。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種微束等離子焊機(jī)，包括主機(jī)箱、冷卻系統(tǒng)、由離子氣和保護(hù)氣構(gòu)成的氣路、引弧裝置、控制系統(tǒng)、包括小弧電源和主弧電源的電源、焊槍，其特點(diǎn)在于①主機(jī)箱內(nèi)的氣路、冷卻系統(tǒng)的水路、電源、引弧裝置均由控制系統(tǒng)控制，而該控制系統(tǒng)的核心是采用數(shù)字信號(hào)(DSP)處理器作中央處理器；②在水路、氣路、電源和引弧裝置的時(shí)序控制和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電路與DSP處理器之間設(shè)有時(shí)序控制接口；③在鍵盤(pán)、液晶顯示屏、現(xiàn)場(chǎng)控制開(kāi)關(guān)與DSP處理器之間設(shè)有人機(jī)對(duì)話接口；④在水路、氣路、電源的故障檢測(cè)電路和故障報(bào)警裝置與DSP處理器之間還設(shè)有故障接口電路；⑤在主弧電源和DSP處理器之間設(shè)有由電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、信息采集系統(tǒng)、信息接口電路組成的電源反饋系統(tǒng)；⑥在主弧電源和DSP處理器之間設(shè)有由PWM接口及隔離、驅(qū)動(dòng)電路組成的主弧電源控制系統(tǒng)；⑦在主弧電源和DSP處理器之間設(shè)有由過(guò)壓欠壓檢測(cè)與接口及由過(guò)熱過(guò)流檢測(cè)與接口組成的保護(hù)電路。
所說(shuō)的主機(jī)箱的外表面設(shè)有電源開(kāi)關(guān)、檢氣開(kāi)關(guān)、電源指示燈、氣路指示燈、水路指示燈、液晶顯示屏、焊機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程顯示、鍵盤(pán)按鈕、報(bào)警燈、遙控插座、離子氣流量計(jì)、保護(hù)氣流量計(jì)、焊槍插座、工件接頭、電纜線接頭、保護(hù)氣進(jìn)氣口、離子氣進(jìn)氣口、進(jìn)水口和出水口，使焊機(jī)操控方便，特別是過(guò)程顯示設(shè)有一系列指示燈表示焊接全過(guò)程預(yù)氣、引弧、主弧的初始、上升、平穩(wěn)、下降、最終、延氣，使操作者一目了然焊機(jī)正處于何種工作狀態(tài)。
所述的微束等離子焊機(jī)，還設(shè)有遙控盒，利用其連線的接頭插入主機(jī)箱的遙控插座，即可對(duì)本焊機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。
圖2是本發(fā)明微束等離子焊機(jī)的機(jī)箱背面示意圖。
圖3是本發(fā)明微束等離子焊機(jī)的結(jié)構(gòu)立體分解示意圖。
圖4是本發(fā)明微束等離子焊機(jī)的電氣結(jié)構(gòu)框圖。圖中
1-主機(jī)箱 101-電源開(kāi)關(guān) 102-檢氣開(kāi)關(guān) 103-電源指示燈 104-氣路指示燈 105-水指示燈 106-液晶顯示屏107-過(guò)程顯示 108-鍵盤(pán)按鈕 109-報(bào)警燈 110-遙控插座111-離子氣流量計(jì) 112-保護(hù)氣流量計(jì) 113-焊槍插座114-工件接頭 115-電纜線接頭 116-進(jìn)水口 117-出水口118-保護(hù)氣進(jìn)氣口 119-離子氣進(jìn)氣口2-冷卻系統(tǒng) 201-電源開(kāi)關(guān) 202-電纜接頭 203-出水口 204-回水口 21-水路3-氣路 31-離子氣氣瓶 32-減壓閥 33-保護(hù)氣氣瓶34-減壓閥4-電源 41-小弧電源 42-主弧電源 5-引弧裝置6-控制系統(tǒng) 60-數(shù)字信號(hào)DSP處理器 61-人機(jī)對(duì)話接口電路 62-時(shí)序控制接口電路 63-故障接口電路 65-時(shí)序控制與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電路 66-故障檢測(cè)電路7-遙控器 8-焊槍 9-工件

圖1為本發(fā)明焊機(jī)的主機(jī)和冷卻系統(tǒng)的外機(jī)箱示意圖。上面是主機(jī)箱1，下面是冷卻系統(tǒng)水箱2。主機(jī)箱1中包括水路、氣路、電源、控制系統(tǒng)、引弧裝置，其中電源的控制部分、控制系統(tǒng)位于主機(jī)的上半部位?，F(xiàn)場(chǎng)工作參數(shù)預(yù)置、現(xiàn)場(chǎng)信息顯示、現(xiàn)場(chǎng)控制、故障報(bào)警等均通過(guò)主機(jī)箱上半部位的數(shù)字面板來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中液晶顯示屏106進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信息顯示；鍵盤(pán)操作108進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)預(yù)置；現(xiàn)場(chǎng)電、氣、水的工作情況，通過(guò)電103、氣104、水105三個(gè)指示燈顯示；過(guò)程顯示107則是對(duì)焊接過(guò)程的各個(gè)階段的顯示，通過(guò)預(yù)氣、引弧、初始、上升、平穩(wěn)、下降、最終、延氣等八個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行顯示；電源開(kāi)關(guān)101是整個(gè)主機(jī)的電源開(kāi)關(guān)；檢氣開(kāi)關(guān)102是離子氣、保護(hù)氣氣體流量的預(yù)調(diào)氣開(kāi)關(guān)；遙控插座110用于連接遙控盒7；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，由報(bào)警燈109進(jìn)行報(bào)警。水路、氣路、電源主電路、引弧裝置位于主機(jī)箱1的下半部位，其中水路(一出水管、一回水管及水壓開(kāi)關(guān))、氣路(一等離子氣氣管、一保護(hù)氣氣管及氣閥)、電源主電路輸出電纜線、焊槍開(kāi)關(guān)控制線通過(guò)焊槍接頭113與焊槍連接；工件接頭114則通過(guò)電纜線與工件9連接；離子氣流量計(jì)111、保護(hù)氣流量計(jì)112則進(jìn)行流量指示。
圖2為本發(fā)明焊機(jī)的主機(jī)箱1和冷卻系統(tǒng)2背面示意圖。上面是主機(jī)箱1，下面是冷卻系統(tǒng)2。由冷卻系統(tǒng)2產(chǎn)生的冷卻水由出水口203出來(lái)，進(jìn)入主機(jī)箱1的進(jìn)水口116，經(jīng)過(guò)主機(jī)箱1中的水路，并由焊槍接頭113進(jìn)入焊槍8，對(duì)焊槍進(jìn)行冷卻，在焊槍中進(jìn)行水循環(huán)，通過(guò)焊槍接頭113回到主機(jī)箱1，并由主機(jī)箱1的出水口117進(jìn)入冷卻系統(tǒng)2的回水口204。工作開(kāi)關(guān)201是冷卻系統(tǒng)2的控制開(kāi)關(guān)，電纜接頭202是冷卻系統(tǒng)的工作電源進(jìn)線。電纜線接頭115是主機(jī)箱1的工作電源進(jìn)線。離子氣、保護(hù)氣分別由離子氣氣瓶31、保護(hù)氣氣瓶33提供，并分別經(jīng)過(guò)離子氣減壓閥32、保護(hù)氣減壓閥34，由主機(jī)箱1的進(jìn)氣口119、118進(jìn)入主機(jī)箱的氣路，由主機(jī)箱1的焊槍插座113進(jìn)入焊槍8，提供離子氣和保護(hù)氣。
圖3為本發(fā)明焊機(jī)各部分的連接結(jié)構(gòu)圖。焊機(jī)主要包括電源4、冷卻系統(tǒng)2、離子氣31、保護(hù)氣33、引弧裝置5、控制系統(tǒng)6、遙控盒7、等離子焊槍8、工件9。其中，離子氣31和保護(hù)氣33作為氣路提供微束等離子焊的離子氣和保護(hù)氣；冷卻系統(tǒng)2作為提供等離子焊槍8和電源4中的功率元件的冷卻水，作為水路；電源4包括微束等離子焊的主弧電源42和小弧電源41；氣路3、水路21、電源4、引弧裝置5均由控制系統(tǒng)6控制。并且，水路21、氣路3、電源4、控制系統(tǒng)6、引弧裝置5的主體均包括在主機(jī)箱1中，由主機(jī)箱輸出離子氣、保護(hù)氣、冷卻水和焊接電流進(jìn)入等離子焊槍8，再由等離子焊槍8對(duì)工件9施焊。
圖4為本發(fā)明焊機(jī)的電氣結(jié)構(gòu)框圖。該設(shè)備的氣路3、電源4、引弧裝置5、水路21的時(shí)序控制，由時(shí)序控制和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電路65完成；電源4則由小弧電源41和主弧電源42組成。小弧電源4比較簡(jiǎn)單，由傳統(tǒng)的電源形式組成。下面對(duì)主弧電源42做比較詳細(xì)的描述。主弧電源42由逆變主電路部分、驅(qū)動(dòng)部分、控制部分及保護(hù)部分組成。主電路部分由輸入整流濾波10、大功率開(kāi)關(guān)元件11、中頻變壓器12、輸出整流濾波13完成，其中輸入整流濾波10將電網(wǎng)的工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷餍盘?hào)，經(jīng)過(guò)由脈沖信號(hào)控制的大功率開(kāi)關(guān)元件11的斬波逆變將高壓直流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐蓄l信號(hào)，并通過(guò)中頻變壓器12進(jìn)行降壓，得到所需電壓幅值的中頻信號(hào)，最后再由輸出整流濾波13將中頻信號(hào)變?yōu)樗璧暮附涌蛰d電壓。該主弧電源42可根據(jù)不同的負(fù)反饋得到不同的電源外特性，這主要由電流檢測(cè)電路15實(shí)現(xiàn)電流負(fù)反饋，得到恒流電源外特性，由電壓檢測(cè)電路16實(shí)現(xiàn)電壓負(fù)反饋，得到恒壓電源外特性，并可由這兩種負(fù)反饋的任意組合，得到任意的電源外特性。由電流檢測(cè)電路15、電壓檢測(cè)電路16得到的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)隔離電路17到信息采集系統(tǒng)18進(jìn)行硬件信息預(yù)處理。驅(qū)動(dòng)部分由驅(qū)動(dòng)電路22實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)為核心是DSP數(shù)字信號(hào)處理器60，主要完成信息采集、信息處理、控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)、微束等離子焊機(jī)的工作時(shí)序、人機(jī)對(duì)話、功率器件的數(shù)字保護(hù)措施等功能，該部分主要包括微束等離子焊機(jī)的時(shí)序控制系統(tǒng)、主弧電源焊接電流的控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、故障檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)。其中，時(shí)序控制系統(tǒng)包括水路21、氣路3、電源4、引弧裝置5，通過(guò)時(shí)序控制和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電路65，經(jīng)時(shí)序控制接口62由DSP數(shù)字信號(hào)處理器60進(jìn)行水壓檢測(cè)及電磁氣閥、電源啟停、引弧過(guò)程的時(shí)序控制；主弧電源41焊接電流的控制系統(tǒng)由電流檢測(cè)電路15、電壓檢測(cè)電路16、隔離電路17、信息采集系統(tǒng)18、PWM接口及隔離電路21等組成，由DSP數(shù)字信號(hào)處理器60軟件編程并通過(guò)PWM接口及隔離電路21輸出PWM信號(hào)，控制大功率開(kāi)關(guān)元件11的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，以最終控制焊接電流的大小，并通過(guò)電流檢測(cè)電路15、電壓檢測(cè)電路16及信息采集系統(tǒng)18，由DSP數(shù)字信號(hào)處理器60中與給定信號(hào)進(jìn)行比較，并進(jìn)行數(shù)字信息處理，實(shí)現(xiàn)一定的控制規(guī)律(如PID控制規(guī)律)，調(diào)整PWM控制信號(hào)，由PWM接口及隔離電路21輸出；現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)工作參數(shù)預(yù)置鍵盤(pán)108、液晶顯示屏106、現(xiàn)場(chǎng)控制開(kāi)關(guān)組成，由人機(jī)對(duì)話接口61與DSP數(shù)字信號(hào)處理器60通訊；保護(hù)系統(tǒng)主要進(jìn)行過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等保護(hù)，DSP數(shù)字信號(hào)處理器60通過(guò)過(guò)流過(guò)熱檢測(cè)24和過(guò)壓欠壓檢測(cè)23，并由各自的接口電路、過(guò)流過(guò)熱接口26和過(guò)壓欠壓接口25，對(duì)過(guò)流、過(guò)熱、過(guò)壓、欠壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并做出一定的響應(yīng)；故障檢則是DSP數(shù)字信號(hào)處理器60對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的水、電、氣運(yùn)行是否正常通過(guò)故障檢測(cè)電路66進(jìn)行檢測(cè)，若不正常，則進(jìn)行故障處理，并通過(guò)報(bào)警裝置109進(jìn)行報(bào)警，該故障檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)是通過(guò)故障接口電路63與DSP數(shù)字信號(hào)處理器60進(jìn)行通訊的。
本發(fā)明最突出優(yōu)點(diǎn)在于采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，強(qiáng)化運(yùn)算能力，優(yōu)化控制規(guī)律，在較大程度上提高了整個(gè)設(shè)備的性能，提高了設(shè)備的調(diào)節(jié)精度和運(yùn)行的可靠性。同時(shí)，克服了模擬信號(hào)處理的諸多缺點(diǎn)，如電路復(fù)雜、信號(hào)不精確、功能實(shí)現(xiàn)困難，內(nèi)噪聲嚴(yán)重等。另外，該設(shè)備更緊湊。
權(quán)利要求
1.一種微束等離子焊機(jī)，包括主機(jī)箱(1)、冷卻系統(tǒng)(2)、由離子氣和保護(hù)氣構(gòu)成的氣路(3)、引弧裝置(5)、控制系統(tǒng)(6)、包括小弧電源(41)和主弧電源(42)的電源(4)、焊槍(8)，其特點(diǎn)在于①主機(jī)箱(1)內(nèi)的氣路(3)、冷卻系統(tǒng)(2)的水路(21)、電源(4)、引弧裝置(5)均由控制系統(tǒng)(6)控制，而該控制系統(tǒng)(6)的核心是采用數(shù)字信號(hào)(DSP)處理器(60)作中央處理器；②在水路(21)、氣路(3)、電源(4)和引弧裝置(5)的時(shí)序控制和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電路(65)與DSP處理器(60)之間設(shè)有時(shí)序控制接口(62)；③在鍵盤(pán)(108)、液晶顯示屏(106)、現(xiàn)場(chǎng)控制開(kāi)關(guān)與DSP處理器(60)之間設(shè)有人機(jī)對(duì)話接口(61)；④在水路(21)、氣路(3)、電源(4)的故障檢測(cè)電路(66)和故障報(bào)警裝置(109)與DSP處理器(60)之間還設(shè)有故障接口電路(63)；⑤在主弧電源(42)和DSP處理器(60)之間設(shè)有由電流檢測(cè)電路(15)、電壓檢測(cè)電路(16)、信息采集系統(tǒng)(18)、信息接口電路(19)組成的電源反饋系統(tǒng)；⑥在主弧電源(42)和DSP處理器(60)之間設(shè)有由PWM接口及隔離(21)、驅(qū)動(dòng)電路(22)組成的主弧電源控制系統(tǒng)；⑦在主弧電源(42)和DSP處理器(60)之間設(shè)有由過(guò)壓欠壓檢測(cè)與接口(23)、(25)及由過(guò)熱過(guò)流檢測(cè)與接口(24)、(26)組成的保護(hù)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微束等離子焊機(jī)，其特征在于所說(shuō)的主機(jī)箱(1)的外表面設(shè)有電源開(kāi)關(guān)(101)、檢氣開(kāi)關(guān)(102)、電源指示燈(103)、氣路指示燈(104)、水路指示燈(105)、液晶顯示屏(106)、焊機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程顯示(107)、鍵盤(pán)按鈕(108)、報(bào)警燈(109)、遙控插座(110)、離子氣流量計(jì)(111)、保護(hù)氣流量計(jì)(112)、焊槍插座(113)、工件接頭(114)、電纜線接頭(115)、保護(hù)氣進(jìn)氣口(118)、離子氣進(jìn)氣口(119)、進(jìn)水口(116)和出水口(117)，特別是過(guò)程顯示(107)設(shè)有一系列指示燈表示焊接全過(guò)程預(yù)氣、引弧、主弧的初始、上升、平穩(wěn)、下降、最終、延氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微束等離子焊機(jī)，其特征在于還有遙控盒(7)，利用其連線的接頭插入主機(jī)箱(1)的遙控插座(110)，即可對(duì)本焊機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。
全文摘要
一種微束等離子焊機(jī),包括主機(jī)箱、冷卻系統(tǒng)及水路、氣路、電源、引弧裝置、控制系統(tǒng)和等離子焊槍等部分,其特點(diǎn)是采用數(shù)字信號(hào)處理器作中央處理器,強(qiáng)化了焊機(jī)的運(yùn)算和控制能力,提高了焊機(jī)的性能、調(diào)節(jié)精度和運(yùn)行可靠性,設(shè)備更緊湊。
文檔編號(hào)B23K10/02GK1375375SQ0211144
公開(kāi)日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者何建萍, 焦馥杰, 黃晨 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)