專利名稱：一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于焊接設備領域，具體涉及一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統。
背景技術：
送絲機是熔化極焊接的基本設備，送絲機性能的好壞直接影響著焊接過程的穩定 性。通常完整的送絲系統由兩部分組成——機械部分(包括驅動電機及機械傳動裝置)和 控制電路。為了適應不同焊接過程的要求，隨著焊接技術的發展，先后出現了推送式，拉送 式以及推拉式送絲機構。進入20世紀八十年代以來，針對如何減小送絲阻力和解決諸如熔 滴強制等工藝問題，推拉送絲機構的研究取得了多方面的成果。總體來講，目前推拉送絲機 構大致可歸納為兩種形式一種是起初研究較多的機械式結構，其結構形式多樣。這類推拉 送絲系統結構復雜，機械慣性較大，無法實現焊絲高頻率的送進_回抽，另外其夾頭部分磨 損較快，需定期更換，日常維護和維修工作量大。另一種是采用高性能電機以及相應的控制 手段來實現的直接變速驅動式結構，具有代表性的是采用步進電機的推拉送絲系統。20世 紀80、90年代，步進電機被廣泛應用于焊接領域。步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移 或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號 的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距 角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速 度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常簡單。為了更好地與熔滴過渡過程相配合， 推拉送絲短路過渡焊接過程對焊絲的動態響應速度要求很高，而步進電機在高速轉動時扭 矩會隨之下降，并且在較高的脈沖頻率時會出現丟步，使得該方法只能在較低的焊絲的送 進_回抽頻率下進行焊接，難于實際應用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種數字化推拉送絲系統，使焊絲能夠實時地 在較高的頻率(最高可達90Hz)下送進-回抽，以滿足基于焊絲高頻送進_回抽的焊接工 藝方法的要求。 —種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統，包括上位機1、接口電路2、推拉絲電 機控制單元3、推拉送絲伺服電機單元4、焊絲協調機構5、推絲電機單元6、P麗調速電路7。
所述的上位機1可以是PC機或DSP、 MCU等嵌入式控制系統。
所述推拉送絲伺服電機單元4實際上是一套裝配有推拉絲伺服電機的熔化極氣 體保護焊焊槍，主要包括焊槍部分、推拉絲伺服電機、固定在電機軸上的送絲輪、壓絲輪和 壓緊手柄，如圖2所示。通過裝配在伺服電機軸上的主動送絲輪與壓絲輪相配合，實現焊絲 的高頻送進與回抽，這種采用電機軸直接驅動的方式，顯著提高了送絲機構的動態響應能 力和送絲精度。為保證壓絲輪有足夠的壓緊力以減小送絲輪與焊絲之間的相對滑動，本系 統采用雙壓緊手柄的方式來增加壓緊力。 所述推拉絲電機控制單元3包含帶有DSP或MCU的專用運動控制卡，可以通過伺服電機驅動器對推拉絲伺服電機單元4的位置、速度、加速度、轉矩進行精確控制，以達到 焊接工藝的要求。推拉送絲電機的運動采用與焊接過程協同控制的方式，即運動控制卡根 據焊接狀態由上位機發送信號來控制焊絲的啟動、停止以及狀態切換。為了保證系統正常 工作，采用接口電路2將焊接信號與運動控制卡聯系起來。接口電路如圖3所示圖中的 Signal-in為上位機的輸出信號，也是接口電路的輸入信號，包括保護信號、焊槍信號、引弧 判斷信號。Signal-Out為這些信號對應的輸出信號，它將直接與運動控制卡相連，進行觸發 焊絲的運動。 所述的推絲電機單元6采用熔化極氣體保護焊通用送絲機，其作用是按照焊接規 范以恒定的速度送出焊絲。由于本系統對送絲速度的要求極為嚴格，因此在推絲電機軸上 加裝旋轉編碼器，將電機轉速反饋給P麗調速電路以保證推絲電機的送絲速度與推拉絲電 機相匹配。旋轉編碼器將脈沖輸出到P麗調速電路7， P麗調速電路以DSP芯片為控制核 心，對輸入的脈沖進行計數，并與設定值比較，通過PI控制算法計算后，輸出對應的P麗波 形，驅動推絲電機運動。 所述焊絲協調結構5如圖4所示，它是兩送絲電機聯系的橋梁，通過焊絲協調機構 可以將兩部分送絲有機的結合為一個整體，使等速送絲部分可以平穩的向前送進焊絲。在 焊絲協調機構中，裝有兩個可以定心旋轉并成一定夾角(60-120度)的送絲軟管，焊絲被 兩軟管強制彎曲成一定的角度，從而可以使推拉送絲部分以很高的頻率快速送進-回抽焊 絲。此外，焊絲協調機構上還裝有兩個光電行程開關用以限制焊絲的活動范圍，當焊絲協調 機構中的焊絲超界時，便通過提高或降低推絲電機的速度予以補償。
本發明具有以下有益效果 1、系統采用控制精度高、速度快的運動控制卡對轉動慣量小，響應速度快的高性
能交流伺服電機進行控制，從而實現焊絲的高頻率、實時送進_回抽，工作穩定。 2、焊絲協調機構將推絲部分和推拉絲交流伺服電機有機的結合為一個整體，使焊
絲送進順暢。 3、基于編碼器轉速負反饋的P麗調速系統，直接對推絲電機轉速進行控制，既可 以補償負載變化造成的轉速變化，又能補償電網電壓波動造成的轉速變化，使系統抗干擾 能力強，送絲穩定。
圖1是推拉送絲系統結構框圖
圖2是推拉絲槍的結構圖 圖3是焊接信號與運動控制卡進行通信的隔離接口電路圖
圖4是焊絲協調機構的結構圖
圖5是焊絲協調機構的運動示意圖
具體實施例方式
現通過一個具體實例對本發明的實施方式進行具體說明。 推拉送絲伺服電機選用西班牙瑪威諾公司生產的BLS40三相同步精密交流伺服 電機，運動控制卡采用美國Delta Tau公司的PMAC2-PC104運動控制卡。
焊接開始時，收到焊槍按下的信號后上位機1向P麗調速電路7和運動控制卡發 送送絲速度開始送絲引弧，引弧成功后，推絲電機6以恒定的速度送進焊絲，運動控制卡根 據接收到的焊接狀態信號驅動推拉絲電機正反轉運動，使焊絲送進或回抽。由于推拉絲電 機不斷重復送進-回抽的過程，而推絲電機又一直保持送進狀態，因此，推拉絲電機在回抽 焊絲時必然會與推絲電機的送進發生沖突，而焊絲協調機構5則用來解決這一矛盾，由于 在焊絲協調機構中，焊絲被彎曲成一定角度(60-120度)，減小了對推拉送絲部分的送絲阻 力，從而可以使推拉送絲部分以很高的頻率快速送進-回抽焊絲。焊絲協調機構5可以保證 焊絲有足夠的余度進行送進_回抽，焊絲的具體的運動過程如圖5所示送絲時C點保持一 定的速度向前送進，當A點焊絲高速送進時，焊絲協調機構B點下移，以補充A、 C兩點速度 不同時送絲量的差別；同理，A點焊絲高速回抽時，B點上移，使余出的焊絲保留在緩沖器內 部以保證下一次焊絲的正常送進。研究表明，綜合考慮焊絲彈性和送絲軟管摩擦的情況下， 當兩送絲軟管成90度時，送絲阻力最小，因此，在送絲過程中，應盡量保持焊絲協調機構中 兩送絲軟管夾角在90度左右，雖然兩部分送絲單元都具備完善的速度反饋系統，但兩送絲 系統的送絲速度總存在微小差別，長時間不間斷的焊接會造成此差別的累積，因此，焊絲協 調機構上還裝有兩個光電行程開關用以限制焊絲的活動范圍，當焊絲協調機構中的焊絲超 界時，便通過提高或降低推絲電機的速度予以補償，使得焊絲回到合適的位置。
本系統不僅保證了兩部分送絲單元的穩定、和諧送進，又能有效避免由于高頻推 拉絲運動造成的焊絲彎折，從而造成堵絲現象。
權利要求
一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統，包括有上位機(1)，接口電路(2)、推拉絲電機控制單元(3)、推拉送絲伺服電機單元(4)、焊絲協調機構(5)、推絲電機單元(6)、PWM調速電路(7)，其特征在于所述的上位機(1)通過接口電路(2)與推拉絲電機控制單元(3)連接，并和PWM調速電路(7)連接，用于對整個推拉送絲系統進行控制，推拉絲電機控制單元(3)通過對推拉送絲伺服電機單元(4)進行閉環控制，PWM調速電路(7)對推絲電機單元(6)進行驅動和控制，焊絲協調機構(5)是連接推絲電機單元(6)和推拉送絲伺服電機單元(4)的中間環節。
2. 根據權利要求1所述的一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統，其特征在于所 述的上位機(1)可以是PC機或DSP、MCU嵌入式控制系統。
3. 根據權利要求1所述的一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統，其特征在于所 述推拉送絲伺服電機單元(4)為一熔化極氣體保護焊焊槍與推拉絲伺服電機相結合的裝 置，通過裝配在伺服電機軸上的主動送絲輪正反轉運動帶動焊絲送進與回抽，并通過壓絲 輪配合壓緊裝置調節送絲輪與壓絲輪之間的壓緊力。
4. 根據權利要求1所述的一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統，其特征在于所 述推拉絲電機控制單元(3)包含帶有DSP或MCU的專用運動控制卡，通過伺服電機驅動器 對推拉絲伺服電機單元(4)的位置、速度、加速度、轉矩進行精確控制，達到焊接工藝的要 求。
5. 根據權利要求1所述的一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統，其特征在于所 述的推絲電機單元(6)為直流電機并輔以減速機構，并在電機輸出軸上安裝用以輸出當前 轉速對應的脈沖頻率旋轉編碼器。
6. 根據權利要求5所述的一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統，其特征在于所 述的旋轉編碼器輸出的脈沖頻率，輸入到P麗調速電路(7)， P麗調速電路以DSP芯片為 控制核心，對輸入的脈沖進行計數，并與設定值比較，通過PI控制算法計算后，輸出對應的 P麗波形，驅動推絲電機運動。
7. 根據權利要求1所述的一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統，其特征在于所述焊絲協調結構(5)是連接推拉送絲電機單元(4)與推絲電機單元(6)的裝置，用以為焊 絲送進回抽運動提供緩沖空間，同時減小推拉送絲的送絲阻力，另外，所述焊絲協調機構 (5)還具備兩個位置開關，用于對因兩個電機轉速不一致產生的微小差異累計造成焊絲超 出機構的工作范圍的情況進行協調。
全文摘要
本發明屬于焊接設備領域，具體涉及一種雙電機配合焊絲協調機構的送絲系統。具體包括上位機(1)、接口電路(2)、推拉絲電機控制單元(3)、推拉送絲伺服電機單元(4)、焊絲協調機構(5)、推絲電機單元(6)、PWM調速電路(7)。其中上位機通過接口電路與推拉絲電機控制單元連接，并和PWM調速電路連接，用于對整個推拉送絲系統進行全面控制，推拉絲電機控制單元通過對推拉送絲伺服電機單元進行閉環控制，PWM調速電路對推絲電機單元進行驅動和控制，焊絲協調機構是連接推絲電機單元和推拉送絲伺服電機單元的中間環節。本發明主要與數字化焊接電源相配合，可實現多種基于焊絲高頻送進-回抽的焊接工藝方法。
文檔編號B23K9/133GK101693321SQ20091021070
公開日2010年4月14日 申請日期2009年11月6日 優先權日2009年11月6日
發明者劉嘉, 盧振洋, 楊帥, 殷樹言, 閆思博, 高強 申請人:北京工業大學;