[發明專利]基于AVR單片機控制的粗絲氣電立焊機及控制方法

有效

• 申請號: 201110192353.2
• 申請日: 2011-07-11
• 公開（公告）號: CN102248266A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 方臣富;閆文洋;尹明;周航宇;吳文烈
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B23K9/173
• 分類號: B23K9/173;B23K9/095;B23K9/073
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種用于焊接大厚板金屬的自動化焊接設備及控制方法，尤其涉及氣電立焊系統組成及弧長穩定技術、數字化運動控制器及控制方法。

背景技術

氣電立焊(Electric-gas?Welding，簡稱EGW)是一種由熔化極氣體保護焊和電渣焊聯合發展起來的一種高效熔化極氣體保護焊。EGW與依靠多次焊接完成焊縫的窄間隙熔化極氣體保護焊相比，可一次焊接形成焊縫；與依靠熔渣電阻熱進行焊接的電渣焊相比，氣電立焊依靠電弧熱進行焊接，能量密度較高且更加集中。

現有的氣電立焊系統主要由平外特性焊接電源、等速送絲機構和變速爬行小車組成，其中變速爬行小車以集成電路為核心組成自動控制系統，焊接過程弧長變化會引起焊接電流變化，因而可取樣焊接電流作為弧長變化反饋控制信號適時調節爬行小車行走速度，以保證焊接過程弧長穩定；另外這種氣電立焊系統可根據不同板厚和不同焊接工藝要求，進行相應焊槍擺動以保證焊接質量。關于這種氣電立焊系統的相關專利僅有中國專利號為201010150887.4，發明專利名稱為“基于FPGA的氣電立焊弧長控制器”的專利，公開了一種以FPGA為控制核心的平外特性焊接電源、等速送絲的細絲氣電立焊弧長控制器。

現有的平外特性焊接電源、等速送絲和變速爬行小車系統組成的氣電立焊系統，主要應用于1.6mm以下的細絲、40mm以下的中厚板焊接；如焊接40mm以上的大厚板時，焊接生產效率仍不能滿足實際焊接生產需求。這種氣電立焊系統以集成電路為核心組成變速爬行小車自動控制系統，存在控制精度低、動態響應慢、參數調整不方便、溫度漂移嚴重、容易老化等缺點。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種主要由垂降(下降)外特性焊接電源、變速送絲機構和以AVR單片機為控制核心的變速爬行小車組成的粗絲氣電立焊機及控制方法，可用于1.6mm以上粗絲，焊接40mm以上大厚板，以顯著提高焊接生產效率，滿足實際焊接生產需求。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

本發明基于AVR單片機控制的粗絲氣電立焊機，其特征在于包括；AVR單片機、三路小車行走給定電路、擺動正反面停留給定電路、擺動幅度和速度給定電路、焊矩對中擺動控制給定電路、焊接開始/結束控制電路、數字顯示電路、焊接方式選擇控制電路、焊接啟動/停止控制電路、光耦隔離電路、行走控制器及行走電機控制驅動電路、擺動控制器及步進電機控制驅動電路和電機電壓電流反饋電路，其中：三路小車行走給定電路包括快速行走給定電路、自動焊接小車速度給定電路、手動焊接小車速度給定電路，AVR單片機的輸入端分別與三路小車行走給定電路、電機反饋電路、擺動正面和反面停留給定電路、擺動幅度和速度給定電路、焊接開始/結束控制電路、焊接啟動/停止控制電路、焊矩對中擺動控制給定電路、焊接方式選擇控制電路和第三光耦隔離電路的輸出端相連，AVR單片機的輸出端分別與第一、第二光耦隔離電路和數字顯示電路的輸入端，第一光耦隔離電路的輸出端接行走控制器及行走電機控制驅動電路的輸入端，第二光耦隔離電路的輸出端接擺動控制器及步進電機控制驅動電路的輸入端，行走控制器及行走電機控制驅動電路的輸出端串接電機電壓電流反饋電路后接第三光耦隔離電路的輸入端，第四光耦隔離電路的輸出端接自動焊接小車速度給定電路的輸入端。

基于AVR單片機控制的粗絲氣電立焊機的控制方法如下：

當小車自動爬升時直接采樣焊接電壓信號作為控制信號，手動行走和自動行走兩路給定信號分別經隔離光耦接入AVR單片機，并在單片機內部進行AD轉換，焊接時選擇其中的一種方式作為電機運行控制信號；

以電機電壓負反饋電流正反饋模式作為電機穩速方式，分別直接采樣爬行小車控制電機電壓信號和電流信號的模擬信號，經集成放大器和隔離光耦后送入AVR單片機，并在AVR單片機內進行AD轉換，將模擬信號轉換成數字信號后進行運算，以輸出脈沖信號控制焊接爬行小車運行；

AVR單片機分別與三路小車行走給定電路、電機反饋電路、擺動正面和反面停留給定電路、擺動幅度和速度給定電路、焊接開始/結束控制電路、焊接啟動/停止控制電路、焊矩對中擺動控制給定電路、焊接方式選擇控制電路相連，根據接收到的數字信號產生相應的PWM/PFM脈沖信號，分別送入直流電機驅動和步進電機驅動電路；

直流電機驅動電路將相應的PWM脈沖信號轉變為爬行直流伺服電機驅動信號，從而控制爬行小車的爬行；

步進電機驅動電路將相應的PWM脈沖信號轉變為爬行步進電機驅動信號，從而控制焊炬的擺動運行軌跡；