一种焊接行走机构的制作方法
一种焊接行走机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接设备机械领域，特别是指一种焊接行走机构。
【背景技术】
[0002]随着焊接技术的发展，在当今的工业生产已经成为非常重要的金属加工手段。尤其在造船、港口机械、压力容器、油气管线、金属结构厂房、电力建设等行业显得更加重要，焊接效率、焊接质量、焊接安全作业的要求也越来越高。随着人力资源成本逐年攀升，传统金属加工制造行业面临必须加快自动生产模式改造，因此产生对一种高效、低成本的自动焊接装置的市场需求。
[0003]国内外关于自动焊接机头控制技术基本采用等速或者变速调节方式，分别匹配恒压平特性焊接电源或恒流下降特性焊接电源，同时焊接机头的工作电源必须额外单独，延长电缆长度受到供电回路电压降限制，大作业面、长距离焊接场景适应性差；此外存在焊接材料或焊丝直径适应性差，操作控制难度大。焊接行走机构一般采用额外辅助电源(AC42V或AC110V)结合独立的调速电路驱动行走电机完成焊接行走过程。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提出一种行走机构。具有动态响应速度快、适应性闻、适应性强等特点。
[0005]进一步，本发明提供的焊接行走机构，包括电源控制模块、显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块、机头控制接口、行走机构、焊接机头;
[0006]显示系统与用户调节控制模块连接，送丝驱动模块与焊接控制模块连接，行走控制模块与行走机构连接，对行走机构的行走进行控制；同时，电源控制模块与显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块连接；所述焊接控制模块还与焊接机头连接，对焊接过程进行控制；所述行走机构带动整个焊接行走机构行走移动。
[0007]可选的，所述行走机构进一步包括行走轮、小车行走电机、离合器和减速箱；所述离合器设置于减速箱和行走电机之间；所述减速箱的输入轴连接离合器，输出轴连接所述行走轮；
[0008]所述行走控制模块包括行走速度控制系统，与小车行走电机连接，结合设定的行走速度和从小车行走电机获取的反馈信号控制所述行走机构的行走速度。
[0009]可选的，所述行走控制模块进一步包括速度设定单元、行走速度反馈单元、比例积分调节模块、脉冲宽度调制驱动隔离单元、电机调速主回路、脉冲发生器单元；所述比例积分调节模块、脉冲发生器单元连接；所述行走速度设定单元和行走速度反馈单元与比例积分调节模块连接；小车行走电机和电机调速主回路依次连接，并且电机调速主回路通过脉冲宽度调制驱动隔离单元与脉冲发生器单元连接。
[0010]可选的，所述行走控制模块还包括启动信号监控单元，该启动信号监控单元与脉冲发生器单元连接；
[0011]和/或，所述行走控制模块还包括电机过流保护单元，与脉冲发生器单元连接。
[0012]可选的，所述行走控制模块还包括宽范围直流电流变换单元，与所述脉冲发生器单元连接，将电源的电能进行转化为脉冲发生器单元所使用的电能。
[0013]可选的，所述行走速度设定单元包括滑动变阻器、第一电容、第一电阻、第二电阻、第一二极管；所述滑动变阻器一端连接第一二极管，且电源信号从滑动变阻器这一端输入；第一二极管与滑动变阻器的滑片和第一电容连接；滑动变阻器的另一端与第二电阻、第一电容分别连接，且三者相互连接的接点接地；第一电阻、第二电阻相互连接的一端还与比例积分调节模块连接。
[0014]可选的，所述比例积分调节模块包括运算放大器、第二电容、第三电阻；第三电阻两端分别连接运算放大器的反向输入端和运算放大器的输出端；第二电容与第三电阻并联连接；运算放大器同向输入端与行走速度设定单元51连接。
[0015]可选的，所述行走速度反馈单元至少包括第三二极管、第五电阻；反馈信号经过第三二极管、第五电阻到达调节模块。
[0016]可选的，所述电机调速主回路包括电弧电压极性自适应电路、储能单元、驱动脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路、续流电路；电弧电压极性自适应电路、储能单元、电机调速功率放大电路依次连接；脉冲开关速度控制电路与电机调速功率放大电路连接；续流电路与小车行走电机、脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路连接。
[0017]可选的，所述焊接控制模块包括辅助电源模块、弧压电源模块、电源切换单元和电机调速模块；所述辅助电源模块、弧压电源模块、电源切换单元分别与电机调速模块连接；
[0018]所述焊接机头上设置有送丝机构和印刷电机，该印刷电机驱动送丝机构，并由电机调速模块控制其转速；
[0019]当焊接机头处于待机状态时，采用辅助电源模块为其供电；当焊接机头开始工作时，辅助电源模块切断并且弧压电源模块为其供电；所述辅助电源模块与弧压电源模块之间通过所述电源切换单元进行切换。
[0020]可选的，所述焊接控制模块还包括最小化控制系统和电机换向单元；所述电机换向单元包括换向控制单元和换向执行单元；
[0021]电机调速模块的输出信号作为换向执行单元输入信号，换向执行单元受控于换向控制单元将输入信号经第一线圈开关按特定相序输出实现电机换向功能。
[0022]从上面所述可以看出，本发明所提供的焊接行走机构，具有稳定的结构，能够保证焊接过程的顺利进行。本发明实施例提供的焊接行走机构，具有行走控制模块，能够通过设定信号和小车电机的反馈信号自动调整响应行走机构的行走，具有很高的动态响应速度和很强的适应性。此外，本发明实施例提供的焊接行走机构，具有焊接控制模块，能够对送丝所用的印刷电机等进行适应性的控制。
【附图说明】
[0023]图1A为本发明实施例的行走机构主视方向结构示意图；
[0024]图1B为本发明实施例的行走机构左视方向结构示意图；
[0025]图2为本发明实施例的机头托架总成细节示意图；
[0026]图3为本发明实施例的矫直示意图；
图4为本发明实施例的焊接行走机构中控制其行走和焊接的电学结构示意图；
图5为本发明实施例的行走控制模块的结构示意图；
图6为本发明实施例的行走速度设定单元、行走速度反馈单元和PI调节模块的连接电路不意图；
图7为本发明实施例的电机调速主回路结构示意图；
图8为本发明实施例的单片机控制系统组成模块和焊接机头硬件连接示意图；
图9为本发明实施例的单片机控制系统结构示意图；
图10为本发明提供的弧压感应自动焊接机头装置实施例中电机调速模块中的电机调速控制电路的电路结构示意图；
图11为本发明提供的弧压感应自动焊接机头装置实施例中电机调速模块中的电机调速功率变换单元的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0028]需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”等的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一” “第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
[0029]图1A和图1B分别为本发明实施例的行走机构主视方向结构示意图和左视方向结构示意图，包括电路控制箱1、焊丝盘2、横梁3、第一可调位紧定手柄4、立柱5、紧固机构6、导丝架7、升降托板8、送丝电机9、机头托架总成10、焊剂斗11、焊剂斗滤网12、星形手轮13、第二可调位紧定手柄14、波形手轮15、矫直轮16、焊剂斗开关17、机座18、压力调节手柄19、离合器手柄20、焊枪杆21、出料管22、导电板23、三角形焊剂斗24、送丝减速箱25、指针26、出料套27、行走轮28、第三可调位紧定手柄29、丝盘引丝架30。
[0030]其中，电路控制箱I和焊丝盘2通过固定机构固定于横梁3上，该固定机构可以是管状或圈状固定机构。第一可调位紧定手柄4通过一个管状伸缩机构41与横梁3连接，该管状伸缩机构41将横梁3分为两部分，横梁3可在管状伸缩机构41处伸缩；具体的，管状伸缩机构41套装于横梁3上，横梁3在管状伸缩机构41处分成两部分，第一可调位紧定手柄4的丝杆经过相应的孔与管状伸缩机构41和横梁3连接，在第一可调位紧定手柄4的丝杆与横梁3分离的情况下，横梁3可沿着轴向与管状伸缩机构41产生相对移动。立柱5连接第三可调位紧定手柄29，类似于横梁3和第一可调位紧定手柄29，立柱5和第三可调位紧定手柄29可通过另一个管状伸缩机构41连接，进一步，立柱5上的管状伸缩机构41还与横梁3上的管状伸缩机构41垂直连接，使得立柱5与横梁3相互垂直。导丝架7设置于横梁3上，位于 横梁3上接近机头托架总成10的一端。导丝架7和机头托架总成10之间还依次设置有升降托板8和送丝电机9。送丝电机9的输出轴连接送丝减速箱25。升降托板8与横梁3的轴线垂直，升降托板8与导丝架7 —侧的横梁3可相对滑动，升降托板8另一侧通过一个夹紧法兰81和紧固件6与机头托架总成10的轴固定连接。在升降托板8上边设有一个升降托板手轮82，该升降托板手轮82的丝杆从上到下贯穿升降托板8。送丝电机9设置于机头托架总成10上。机头托架总成10为用于支撑焊接机头、焊剂斗11、送丝电机9、送丝减速箱25等机构。机头托架总成10下方设置有焊枪杆21。焊剂斗11为漏斗状机构，通过星形手轮13和第二可调位紧定手柄14与机头托架总成10连接；焊剂斗11的漏斗出口处设有焊剂斗开关17。出料管22上端与焊剂斗11下端连接，出料管22下端与三角形焊剂斗24连接。三角形焊剂斗24具有两个支管开口，其中一个支管开口与出料管22下端连接。三角形焊剂斗24上方还设置有导电板23，该导电板23通过一个导电连接套管31与三角形焊剂斗24的另一个支管开口连接，连接电路控制箱I的线缆通过导电板23、导电连接套管31和三角形焊剂斗24连接，导电连接套管31上端衔接焊枪杆21。波形手轮15设置于机座18上，其丝杆部分与立柱5底端连接；波形手轮15的丝杆部分延伸方向与立柱5和横梁3的延伸方向垂直。矫直轮17和压力调节手柄19设置在机头托架总成10上。机座18固定于所述立柱下端。在机座18内部，设置有离合器，离合器手柄20设置于机座18上，与离合器连接。指针26通过一个带有架板的套管机构固定于焊枪杆21下部、接近于出料套28的位置。行走轮28设置于机座18上，支撑机座18并带动机座18行走。丝盘引丝架30设置于横梁3上靠近焊丝盘2的一端，焊丝从焊丝盘2上绕出后，绕行至丝盘引丝架30上，到导丝架7顶端的连个压丝轮71之间，再经过机构托架总成10进入焊枪杆21。
[0031]焊接时，焊丝从焊枪杆21经三角形焊剂斗24到达出料套27对工件进行焊接。电路控制箱I通过导线连接到导电板23处，通过焊枪杆21、三角形焊剂漏斗24、出料套27进行埋弧和气保。
[0032]转动波形手轮15，立柱5可沿着波形手轮15的丝杆方向与机座18移动。
[0033]通过第三可调位紧定手柄29松开横梁3和立柱5之间的连接，横梁3可沿着立柱5上下移动。在一些实施例中，横梁3下方的立柱5上还设置有弹簧。
[0034]旋转升降托板8上的升降托板手轮82，机头总成10可沿着升降托板手轮82的丝杆方向上下移动。
[0035]松开第二可调位紧定手柄14，可以调节焊剂斗11的角度。
[0036]星形手轮13为短丝杆手轮。松开星形手轮13，可调节焊剂斗11的位置。
[0037]本实施例中，焊剂斗11为导电焊剂斗。
[0038]在本实施例的机座内部，还设置有离合器、减速箱和小车行走电机。其中，离合器设置于减速箱和小车行走电机之间，离合器手柄20与离合器连接，控制离合器的分离和打开。减速箱的输入轴连接离合器，输出轴连接行走轮28。当拨动离合器手柄20使得离合器将减速箱和小车行走电机分开时，即可手动推动本实施例的行走机构；当拨动离合器手柄20使得离合器将减速箱和小车行走电机连接时，即可通过小车行走电机驱动行走轮28的行走。
[0039]在其它实施例中，第一可调位紧定手柄4还可通过其它伸缩机构与横梁3连接，使得横梁3能够在紧定手柄松开的状态下沿轴向伸缩。
[0040]图2为本发明实施例的机头托架总成细节示意图。包括防护板、定位紧固件、压轮架101、主动送丝轮102、从动送丝轮103、矫直机构。防护板设置于主动送丝轮102和从动送丝轮103的外侧，对主动和从动送丝轮起着防护作用。送丝电机9设置于送丝减速箱25的上方，送丝减速箱25的输出轴连接一个送丝传送轮251，该送丝传送轮251与两个主动送丝轮102接触连接，并带动两个主动送丝轮102转动，两个主动送丝轮102上下设置，分别与两个从动送丝轮103接触连接，并倒动两个从动送丝轮103转动。从动送丝轮103分别设置于两个压轮架101上。压轮架101设有三个连接点，在这三个连接点分别与从动送丝轮103、机头托架总成10、压力调节手柄19的螺纹杆连接。压轮架101为不规则的Y形，两个压轮架101对立设置，使得旋转压力调节手柄19令二者距离改变时，能够带动从动送丝轮103同时压紧或远离主动送丝轮102，从而能够使直径不同的焊丝从从动送丝轮103和主动送丝轮之间经过。矫直机构包括调节机构1061和矫直轮1062，设置于两个从动送丝轮103之间，调节机构1061与矫直轮1062连接，调节机构1061能够相对于机头托架总成10横向移动，即调节机构1061能够沿着从动送丝轮到主动送丝轮的方向或主动送丝轮到从动送丝轮的方向移动，因而调节机构1061能够通过伸缩调节矫直轮1062与焊丝接触的压力，使得焊丝处于直线状态，如图3所示。
[0041]在本实施例中，机头托架总成10上、下部还设有进导丝咀和出导丝咀，引导焊丝进入、走出机头托架总成10。三角形焊剂漏斗和出料套连接处设置有导电咀32，电流从电路控制箱经过导线到达导电板23，在导电咀32处产生电弧，使得焊丝融化。图2中所体现出的结构为机头部分取出三角形焊剂斗后的结构，因而原本设置于三角形焊剂漏斗内部的导电咀在图2中能够体现出来。
[0042]在本实施例中，调节机构1062采用螺钉。
[0043]在本实施例中，定位紧固件采用螺钉或螺栓等，对防护板等机构进行固定。
[0044]在本实施例中，主动送丝轮102和从动送丝轮103均为轮面中部设有凹陷轮槽的送丝轮，使得送丝更加稳定。主动送丝轮和从动送丝轮还设有软质轮缘。
[0045]本实施例中，压力调节手柄19设置有圆柱螺杆，并通过该圆柱螺杆与两个压轮架同时连接。
[0046]矫直机构可设置于相邻的两对主动送丝轮和从动送丝轮之间，也就是说，矫直机构的调节机构可以设置在两个从动送丝轮之间，矫直焊丝时矫直轮可以从从动送丝轮之间向主动送丝轮的方向伸缩移动，如上述实施例。在其它实施例中，矫直机构还可以设置于相邻的主动送丝轮之间。
[0047]在其它实施例中，若焊丝在机头托架总成处的行走距离较长，还可以设置更多成对设置的主动送丝轮和从动送丝轮，并增设相应的矫直机构。
[0048]升降托板8与横梁3之间的上下相对移动可以通过这样的方式实现:升降托板手轮82与机头托架总成10相对固定，在横梁3与升降托板手轮82接触的一端设置有螺纹孔，该螺纹孔与升降托板手轮82的丝杆部分配合连接，旋转升降托板手轮82，使得丝杆与横梁3产生上下相对运动，带动升降托板8和机头托架总成10上下移动。
[0049]上面所述为本发明的焊接行走机构部件连接组成。除了上述结构之外，本发明实施例的焊接行走机构还包括控制其行走和焊接的电学结构，主要设置于所述电路控制箱上，如图4所示，包括为焊接行走机构提供电源的电源控制模块401、显示系统402、用户调节控制模块403、送丝驱动模块404、焊接控制模块405、行走控制模块406、机头控制接口407。
[0050]参照图4，显示系统402与用户调节控制模块403连接，送丝驱动模块404与焊接控制模块405连接，行走控制模块406与设置于机座内的行走电机连接；同时，电源控制模块401与显示系统402、用户调节控制模块403、送丝驱动模块404、焊接控制模块405、行走控制模块406连接。
[0051]用户调节控制模块403可以通过一个接收用户输入信号的机构来实现，送丝驱动模块404驱动送丝电机；焊接控制模块405通过机头控制接口 407与小车机头部分连接，将控制信号发送到小车的机头部分，对机头部分的焊丝焊接程序进行控制；行走控制模块406控制小车的行走。
[0052]显示系统可以是简单的指示灯，也可以是建立在显示屏等机构基础上的状态显示模块。
[0053]本实施例中，行走控制模块的结构如图5所示。包括行走速度设定单元51、行走速度反馈单元52、PI (比例积分)调节模块53、启动信号监控单元54、电机过流保护单元55、PWM(脉冲宽度调制)驱动隔离单元56、电机调速主回路57、脉冲发生器单元58、宽范围DCDC(直流电流变换)单元59、小车行走电机510。
[0054]PI调节模块53、脉冲发生器单元58、宽范围D⑶C单元59依次连接；行走速度设定单元51和行走速度反馈单元52与PI调节模块53连接；启动信号监控单元54、电机过流保护单元55与脉冲发生器单元58连接；小车的行走电机510、电机调速主回路57依次连接，并且电机调速主回路57通过PWM驱动隔离单元56与脉冲发生器单元连接。
[0055]速度设 定信号从上述行走速度设定单元51输入，经过PI调节模块53进行元算，然后将电压调节值计算出，输入到脉冲发生器单元58 ；由脉冲发生器单元58将相应的信号输入PWM驱动隔离单元56 ;接着PWM驱动隔离单元输出的信号经过电机调速主回路57输入到小车行走电机510，对小车行走电机510的转速进行控制。电源提供的电压经过宽范围D⑶C的调整输入的脉冲发生器单元58，为其提供电能。
[0056]PI调节模块53包括运算放大器N1B、第二电容C3、第三电阻R11。第三电阻Rll两端分别连接运算放大器531的反向输入端和运算放大器531的输出端。第二电容C3与第三电阻Rll并联连接。
[0057]脉冲发生器单元58包括PWM调制器581、时基电路582、阻抗补偿单元583。时基电路582和阻抗补偿单元583分别与PWM调制器581连接。在一些具体实施例中，PWM调制器581采用PIC16F716单片机。
[0058]图6展示了行走速度设定单元51、行走速度反馈单元52和PI调节模块53的连接电路图。其中，行走速度设定单元51包含有滑动变阻器RP1、第一电容C2、第一电阻R8、第二电阻R9、第一二极管CR5。其中，滑动变阻器RPl —端第一二极管CR5，且电源VCC的信号从滑动变阻器RPl这一端输入；第一二极管CR5与滑动变阻器RPl的滑片和第一电容C2连接；滑动变阻器RPl的另一端与第二电阻R9、第一电容C2分别连接，且三者在相互连接的接点处接地；第一电阻R8、第二电阻R9相互连接的一端还与PI调节模块53连接。
[0059]行走速度设定信号从第一二极管CR5、滑动变阻器RPl的滑片、第一电阻R8三者的连接点输入。滑动变阻器RPl的分压信号经过第一电容C2消噪后经第一二极管CR5，防止设定信号或干扰信号超过电源VCC而导致PI调节模块53损坏。第一电阻R8、第二电阻R9起着分压作用，修正PI调节模块53的运算比例，保证设定信号和反馈信号的比例基本为1:1的关系。
[0060]PI调节模块53的运算放大器531同向输入端与行走速度设定单元51连接，同时还连接第二电源VCC2 ;运算放大器531的同向输入端还通过第三电容C12接地。运算放大器531的反向输入端还接地；其输出端还通过第二二极管CR9和第四电阻RlO连接所述脉冲发生器单元。
[0061]行走速度反馈单元52至少包括第三二极管CR1、第五电阻R2。反馈信号经过第三二极管CR1、第五电阻R2到达PI调节模块。PI调节模块53依据不同调整动态和比例放大倍数要求，可以调整第二二极管CR9和第四电阻RlO的组合时间常数来满足不同调整动态和比例放大倍数的要求。当设定信号超过反馈信号时，表明行走速度偏慢，PI调节误差量输出为高，此信号要求所述脉冲调制器输58出脉宽变宽，小车的行走电机电枢电压变高，小车行走电机转速变快，小车行走速度变快；当反馈信号超过设定信号时，表明行走速度偏快，PI调节模块53误差量输出为低，此信号要求所述脉冲调制器输58出脉宽变窄，小车行走电机电枢电压变低，小车行走电机转速变慢，行走速度变慢。
[0062]参照图6所示的连接电路图，行走速度设定信号从行走速度设定单元输入，从PI调节模块输出，速度反馈信号从行走速度反馈单元输入。
[0063]图7为本发明实施例的电机调速主回路结构示意图。本实施例的电机调速主回路57包括电弧电压极性自适应电路、储能单元、驱动脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路、续流电路。
[0064]电弧电压极性自适应电路通过整流模块VCl实现，无论输入信号是直流正接(DCSP，直流正极性)还是直流反接(DCRP，直流反极性)始终能够保证输出信号相序正确，从而实现自动识别和自适应电弧电压极性；储能单元包括有极性电容C19和压敏电阻RV1，实现电弧电压滤波储能的作用，在焊接过程瞬间短路的情况下，控制电路正常工作；脉冲开关速度电路包括第六电阻R15、第四二极管CR4、第七电阻R14、稳压二极管CR3，实现慢开快关降低场效应晶体管Ql的开关瞬耗；功率放大电路包括场效应晶体管Q1，当输入脉冲信号为高时场效应晶体管Ql导通，电弧电压允许通过，行走电机旋转，电枢电压上升，当输入脉冲信号为低时场效应晶体管Ql截止，电弧电压不允许通过，行走电机依赖第五二极管CR6续流继续旋转，电枢电压下降；续流电路包括第五二极管CR6，实现电机在脉冲电压休止期间提供电机寄生电感续流通路。
[0065]本实施例的焊接控制模块上设有单片机控制系统，与焊接机头建立连接以及信号传输。图8展示了本实施例的单片机控制系统组成模块和焊接机头硬件连接示意图。
[0066]图8所示的焊接机头装置，包括焊接机头100和控制模块200 ;此处的焊接机头，主要包括从机头托架总成到导电咀之间的所有机构；
[0067]所述控制模块200包括电源控制模块206和电机调速模块201 ;该电机调速模块201调节送丝所用的印刷电机的转速；
[0068]所述电源控制模块206包括辅助电源模块、弧压电源模块和电源切换单元(参照附图3);当焊接机头100处于待机状态时，采用辅助电源模块为其供电；当焊接机头100开始工作时，切断辅助电源模块并采用弧压电源模块为其供电；所述辅助电源模块与弧压电源模块之间的切换通过所述电源切换单元进行切换；
[0069]所述电机调速模块201实时采集焊接机头100的状态信息，从而调节焊接机头100
的送丝速度或焊丝熔化速度。
[0070]参照附图9，为本发明实施例的单片机控制系统结构示意图。
[0071]进一步的，结合附图8，所述焊接机头100包括用于控制焊接机头100的送丝速度或焊丝熔化速度的印刷电机102 ;所述控制模块200还包括最小化控制系统203和电机换向单元202 ;所述电机换向单元202包括换向控制单元和换向执行单元；
[0072]电机调速模块201的输出信号作为换向执行单元输入信号，换向执行单元受控于换向控制单元将输入信号经第一线圈开关Kl按特定相序输出实现电机换向功能。
[0073]可选的，所述电机换向单元202还包括与所述换向执行单元相连的换向保护网络；换向保护网络用于第一线圈开关Ki的触点换向时吸收浪涌尖峰电压和切换期间续流避免触点拉弧损坏。
[0074]进一步的，结合附图8和附图9，所述控制模块还包括远程通讯模块204、电源小车启动单元205、送丝机启动单元207和操作界面208。
[0075]所述最小化控制系统203包括单片机(型号为PIC16F716)N1、由电阻R10、电容C3和电容C6构成的上电复位电路、由晶体振荡器Gl、电容C16和电容C17构成的时钟电路。
[0076]所述电机换向单元202包括换向控制单元、换向执行单元和换向保护单元；电机调速模块201的输出信号作为所述换向执行单元的输入信号，所述换向执行单元受控于所述换向控制单元将输入信号经过第一线圈开关Kl按特定相序输出实现电机换向功能。具体地，当单片机NI输出电机旋转方向信号为I时，信号经过电阻R13、电容C11，将三极管VT3开通,第一线圈开关Kl的第一线圈吸合,第一线圈开关Kl的触点3和触点5以及第一线圈开关Kl的触点4和触点6分别接通，从而完成印刷电机正向旋转；当单片机NI输出电机旋转方向信号为O时，信号经过电阻R13、电容C11，将三极管VT3关闭，第一线圈开关Kl的第一线圈断开，第一线圈开关Kl的触点I和触点5以及第一线圈开关Kl的触点2和触点6分别接通，从而完成印刷电机反向旋转；所述换向保护网络用于第一线圈开关Kl的触点在换向时吸收浪涌尖峰电压和第一线圈开关Kl的触点在切换期间续流避免触点拉弧损坏。
[0077]所述远程通讯模块204 (其在附图9中的附图标记为Ml)采用电力载波专用模块组成。所述电源小车启动单元205控制弧压感应自动焊接机头装置实施例所应用的弧压感应自动焊接小车启动和系统电源启动。所述操作界面208包括启动、停止、送丝、抽丝以及各种焊接参数设定(起弧电流、起弧时间、收弧电流、收弧时间、焊接电流等)。所述送丝机启动单元207在焊接系统完成启动后按时序要求给出送丝机启动开关信号；所述送丝机启动单元207中由电阻R3、电容C15、三极管VT1、和第三线圈开关K3构成控制，当启动信号或者送丝、抽丝信号有效时，单片机NI输出高信号(FEEDER- 0N)，三极管VTl导通，第三线圈开关K3的第三线圈吸合，第三线圈开关K3的触点18和触点20以及第三线圈开关K3的触点23和触点21分别闭合接通，这两组触点分别用于印刷电机(也为送丝电机)启动和双电机(印刷电机和小车的行走电机)驱动系统启动控制备用。
[0078]结合附图4，所述操作界面208为用户操作控制模块403的一个组成部件。 [0079]参照附图10和附图11，分别为本发明提供的弧压感应自动焊接机头装置实施例中电机调速模块中的电机调速控制电路的电路结构示意图和电机调速模块中的电机调速功率变换单元的电路结构示意图。
[0080]较佳的，结合附图8和附图9，所述电机调速模块201包括电机调速控制电路、PWM控制电路和电机调速功率变换单元；
[0081]所述电机调速控制电路将印刷电机的反馈信号与焊丝熔化速度的设定信号通过差分放大器输出速度误差量到所述PWM控制电路；
[0082]所述PWM控制电路将所述速度误差量转换为PWM信号输入到所述电机调速功率变换单元从而调节印刷电机的送丝速度或焊丝熔化速度。
[0083]参照附图10并结合附图8和附图9，图中反馈信号由印刷电机转速信号(送丝速度信号)模块提供，图中设定信号由焊接小车的操作面板将熔化速度传感隔离单元输出电压信号经过分压提供；反馈信号经过由二极管CR13、电阻R2、电容Cl组成的嵌位消噪电路并传递给电阻R5和电阻R4进行信号分压，分压信号经运算放大器N3D、电阻R7、电容C2、电阻R6构成PI调节电路进行比例积分运算，满足信号动态响应要求，PI输出结果经由电阻R8、电容C4构成RC电路整形传递给差分放大器；设定信号经二极管CR18嵌位电路并经过运算放大器N3B7、电阻R12、电阻R9和电阻Rll构成比例运算电路进行信号比率规范，规范后的信号传递给差分放大器。
[0084]差分放大器输出的速度误差量Λ V提供给PWM控制电路影响输出脉宽占空比D，输出脉宽控制功率模块导通占空比，Um=U*D，U为电弧电压，D为输出占空比，Um为电机工作电压，Um的高低影响电机转速,从而决定送丝速度的快慢。
[0085]较佳的，参照附图11并结合附图8和附图9，所述电机调速功率变换单元包括脉冲驱动电路、电机工作导通时间电路和电机能耗刹车制动电路。
[0086]具体地，D⑶C电源模块M2为D⑶C隔离单元，为驱动脉冲隔离单元N2提供隔离电源；图中D⑶C电源模块M2、电容C5、电阻R18、电容C8和驱动脉冲隔离单元N2构成脉冲驱动电路，PWM信号来自上述PWM控制电路；二极管CR7、电阻R16、电阻R17和二极管CR5决定场效应晶体管Ql的开通、关断速度，场效应晶体管Ql用于控制印刷电机工作导通时间(决定印刷电机转速)；电阻R14、场效应晶体管Q2、电容C7、二极管CR9和电阻R19构成电机能耗刹车制动电路，防止电机停止转动时机械惯性导致粘丝。二极管CR3为电机续流单元，完成印刷电机在没有脉冲电压通过时进行续流。
[0087]从上面所述可以看出，本发明所提供的焊接行走机构，具有稳定的结构，能够保证焊接过程的顺利进行。本发明实施例设置多个位置调整机构，包括第一可调位紧定手柄、第二可调位紧定手柄、第三可调位紧定手柄、定位紧固件等，使得行走机构的横梁、焊剂斗等机构的方位调整灵活方便。此外，本发明实施例设置有四个直接接触焊丝的送丝轮，包括两个主动送丝轮，两个从动送丝轮，送丝稳定、送丝牵引力大、送丝力强劲、耗散功率小；还设有矫直机构，使得焊丝进入焊枪杆时对中度好。
[0088]同时，本发明提供的焊接行走机构的电路结构稳定，可实现对焊接行走机构的有效控制。本发明实施例提供的焊接行走机构，具有行走控制模块，能够通过设定信号和小车电机的反馈信号自动调整响应行走机构的行走，具有很高的动态响应速度和很强的适应性。此外，本发明实施例提供的焊接行走机构，具有焊接控制模块，能够对送丝所用的印刷电机等进行适应性的控制。
[0089]所属领域的普通技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种焊接行走机构，其特征在于，包括电源控制模块、显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块、机头控制接口、行走机构、焊接机头； 显示系统与用户调节控制模块连接，送丝驱动模块与焊接控制模块连接，行走控制模块与行走机构连接，对行走机构的行走进行控制；同时，电源控制模块与显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块连接；所述焊接控制模块还与焊接机头连接，对焊接过程进行控制；所述行走机构带动整个焊接行走机构行走移动。2.根据权利要求1所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走机构进一步包括行走轮、小车行走电机、离合器和减速箱；所述离合器设置于减速箱和行走电机之间；所述减速箱的输入轴连接离合器，输出轴连接所述行走轮； 所述行走控制模块包括行走速度控制系统，与小车行走电机连接，结合设定的行走速度和从小车行走电机获取的反馈信号控制所述行走机构的行走速度。3.根据权利要求1所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走控制模块进一步包括速度设定单元、行走速度反馈单元、比例积分调节模块、脉冲宽度调制驱动隔离单元、电机调速主回路、脉冲发生器单元；所述比例积分调节模块、脉冲发生器单元连接；所述行走速度设定单元和行走速度反馈单元与比例积分调节模块连接；小车行走电机和电机调速主回路依次连接，并且电机调速主回路通过脉冲宽度调制驱动隔离单元与脉冲发生器单元连接。4.根据权利要求3所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走控制模块还包括启动信号监控单元，该启动信号监控单元与脉冲发生器单元连接； 和/或，所述行走控制模块还包括电机过流保护单元，与脉冲发生器单元连接。5.根据权利要求3所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走控制模块还包括宽范围直流电流变换单元，与所述脉冲发生器单元连接，将电源的电能进行转化为脉冲发生器单元所使用的电能。6.根据权利要求3所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走速度设定单元包括滑动变阻器、第一电容、第一电阻、第二电阻、第一二极管；所述滑动变阻器一端连接第一二极管，且电源信号从滑动变阻器这一端输入；第一二极管与滑动变阻器的滑片和第一电容连接；滑动变阻器的另一端与第二电阻、第一电容分别连接，且三者相互连接的接点接地;第一电阻、第二电阻相互连接的一端还与比例积分调节模块连接； 和/或所述比例积分调节模块包括运算放大器、第二电容、第三电阻；第三电阻两端分别连接运算放大器的反向输入端和运算放大器的输出端；第二电容与第三电阻并联连接；运算放大器同向输入端与行走速度设定单元51连接； 和/或所述行走速度反馈单元至少包括第三二极管、第五电阻；反馈信号经过第三二极管、第五电阻到达调节模块。7.根据权利要求3所述的焊接行走机构，其特征在于，所述电机调速主回路包括电弧电压极性自适应电路、储能单元、驱动脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路、续流电路；电弧电压极性自适应电路、储能单元、电机调速功率放大电路依次连接；脉冲开关速度控制电路与电机调速功率放大电路连接；续流电路与小车行走电机、脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路连接。8.根据权利要求1所述的焊接行走机构，其特征在于，所述焊接控制模块包括辅助电源模块、弧压电源模块、电源切换单元和电机调速模块；所述辅助电源模块、弧压电源模块、电源切换单元分别与电机调速模块连接； 所述焊接机头上设置有送丝机构和印刷电机，该印刷电机驱动送丝机构，并由电机调速模块控制其转速； 当焊接机头处于待机状态时，采用辅助电源模块为其供电；当焊接机头开始工作时，辅助电源模块切断并且弧压电源模块为其供电；所述辅助电源模块与弧压电源模块之间通过所述电源切换单元进行切换。9.根据权利要求6所述的焊接行走机构，其特征在于，所述焊接控制模块还包括最小化控制系统和电机换向单元；所述电机换向单元包括换向控制单元和换向执行单元； 电机调速模块的输出信号作为换向执行单元输入信号，换向执行单元受控于换向控制单元将输入信号经第一线圈开关按特定相序输出实现电机换向功能。
【专利摘要】本发明公开了一种焊接行走机构，包括电源控制模块、显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块、机头控制接口、行走机构、焊接机头；显示系统与用户调节控制模块连接，送丝驱动模块与焊接控制模块连接，行走控制模块与行走机构连接，对行走机构的行走进行控制；同时，电源控制模块与显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块连接；所述焊接控制模块还与焊接机头连接，对焊接过程进行控制；所述行走机构带动整个焊接行走机构行走移动。
【IPC分类】B23K9/133, B23K9/12, B23K9/095, B23K9/32, B23K9/10
【公开号】CN104889531
【申请号】CN201410078789
【发明人】罗建坤
【申请人】罗建坤
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月5日
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接设备机械领域，特别是指一种焊接行走机构。
【背景技术】
[0002]随着焊接技术的发展，在当今的工业生产已经成为非常重要的金属加工手段。尤其在造船、港口机械、压力容器、油气管线、金属结构厂房、电力建设等行业显得更加重要，焊接效率、焊接质量、焊接安全作业的要求也越来越高。随着人力资源成本逐年攀升，传统金属加工制造行业面临必须加快自动生产模式改造，因此产生对一种高效、低成本的自动焊接装置的市场需求。
[0003]国内外关于自动焊接机头控制技术基本采用等速或者变速调节方式，分别匹配恒压平特性焊接电源或恒流下降特性焊接电源，同时焊接机头的工作电源必须额外单独，延长电缆长度受到供电回路电压降限制，大作业面、长距离焊接场景适应性差；此外存在焊接材料或焊丝直径适应性差，操作控制难度大。焊接行走机构一般采用额外辅助电源(AC42V或AC110V)结合独立的调速电路驱动行走电机完成焊接行走过程。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提出一种行走机构。具有动态响应速度快、适应性闻、适应性强等特点。
[0005]进一步，本发明提供的焊接行走机构，包括电源控制模块、显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块、机头控制接口、行走机构、焊接机头;
[0006]显示系统与用户调节控制模块连接，送丝驱动模块与焊接控制模块连接，行走控制模块与行走机构连接，对行走机构的行走进行控制；同时，电源控制模块与显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块连接；所述焊接控制模块还与焊接机头连接，对焊接过程进行控制；所述行走机构带动整个焊接行走机构行走移动。
[0007]可选的，所述行走机构进一步包括行走轮、小车行走电机、离合器和减速箱；所述离合器设置于减速箱和行走电机之间；所述减速箱的输入轴连接离合器，输出轴连接所述行走轮；
[0008]所述行走控制模块包括行走速度控制系统，与小车行走电机连接，结合设定的行走速度和从小车行走电机获取的反馈信号控制所述行走机构的行走速度。
[0009]可选的，所述行走控制模块进一步包括速度设定单元、行走速度反馈单元、比例积分调节模块、脉冲宽度调制驱动隔离单元、电机调速主回路、脉冲发生器单元；所述比例积分调节模块、脉冲发生器单元连接；所述行走速度设定单元和行走速度反馈单元与比例积分调节模块连接；小车行走电机和电机调速主回路依次连接，并且电机调速主回路通过脉冲宽度调制驱动隔离单元与脉冲发生器单元连接。
[0010]可选的，所述行走控制模块还包括启动信号监控单元，该启动信号监控单元与脉冲发生器单元连接；
[0011]和/或，所述行走控制模块还包括电机过流保护单元，与脉冲发生器单元连接。
[0012]可选的，所述行走控制模块还包括宽范围直流电流变换单元，与所述脉冲发生器单元连接，将电源的电能进行转化为脉冲发生器单元所使用的电能。
[0013]可选的，所述行走速度设定单元包括滑动变阻器、第一电容、第一电阻、第二电阻、第一二极管；所述滑动变阻器一端连接第一二极管，且电源信号从滑动变阻器这一端输入；第一二极管与滑动变阻器的滑片和第一电容连接；滑动变阻器的另一端与第二电阻、第一电容分别连接，且三者相互连接的接点接地；第一电阻、第二电阻相互连接的一端还与比例积分调节模块连接。
[0014]可选的，所述比例积分调节模块包括运算放大器、第二电容、第三电阻；第三电阻两端分别连接运算放大器的反向输入端和运算放大器的输出端；第二电容与第三电阻并联连接；运算放大器同向输入端与行走速度设定单元51连接。
[0015]可选的，所述行走速度反馈单元至少包括第三二极管、第五电阻；反馈信号经过第三二极管、第五电阻到达调节模块。
[0016]可选的，所述电机调速主回路包括电弧电压极性自适应电路、储能单元、驱动脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路、续流电路；电弧电压极性自适应电路、储能单元、电机调速功率放大电路依次连接；脉冲开关速度控制电路与电机调速功率放大电路连接；续流电路与小车行走电机、脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路连接。
[0017]可选的，所述焊接控制模块包括辅助电源模块、弧压电源模块、电源切换单元和电机调速模块；所述辅助电源模块、弧压电源模块、电源切换单元分别与电机调速模块连接；
[0018]所述焊接机头上设置有送丝机构和印刷电机，该印刷电机驱动送丝机构，并由电机调速模块控制其转速；
[0019]当焊接机头处于待机状态时，采用辅助电源模块为其供电；当焊接机头开始工作时，辅助电源模块切断并且弧压电源模块为其供电；所述辅助电源模块与弧压电源模块之间通过所述电源切换单元进行切换。
[0020]可选的，所述焊接控制模块还包括最小化控制系统和电机换向单元；所述电机换向单元包括换向控制单元和换向执行单元；
[0021]电机调速模块的输出信号作为换向执行单元输入信号，换向执行单元受控于换向控制单元将输入信号经第一线圈开关按特定相序输出实现电机换向功能。
[0022]从上面所述可以看出，本发明所提供的焊接行走机构，具有稳定的结构，能够保证焊接过程的顺利进行。本发明实施例提供的焊接行走机构，具有行走控制模块，能够通过设定信号和小车电机的反馈信号自动调整响应行走机构的行走，具有很高的动态响应速度和很强的适应性。此外，本发明实施例提供的焊接行走机构，具有焊接控制模块，能够对送丝所用的印刷电机等进行适应性的控制。
【附图说明】
[0023]图1A为本发明实施例的行走机构主视方向结构示意图；
[0024]图1B为本发明实施例的行走机构左视方向结构示意图；
[0025]图2为本发明实施例的机头托架总成细节示意图；
[0026]图3为本发明实施例的矫直示意图；
图4为本发明实施例的焊接行走机构中控制其行走和焊接的电学结构示意图；
图5为本发明实施例的行走控制模块的结构示意图；
图6为本发明实施例的行走速度设定单元、行走速度反馈单元和PI调节模块的连接电路不意图；
图7为本发明实施例的电机调速主回路结构示意图；
图8为本发明实施例的单片机控制系统组成模块和焊接机头硬件连接示意图；
图9为本发明实施例的单片机控制系统结构示意图；
图10为本发明提供的弧压感应自动焊接机头装置实施例中电机调速模块中的电机调速控制电路的电路结构示意图；
图11为本发明提供的弧压感应自动焊接机头装置实施例中电机调速模块中的电机调速功率变换单元的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0028]需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”等的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一” “第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
[0029]图1A和图1B分别为本发明实施例的行走机构主视方向结构示意图和左视方向结构示意图，包括电路控制箱1、焊丝盘2、横梁3、第一可调位紧定手柄4、立柱5、紧固机构6、导丝架7、升降托板8、送丝电机9、机头托架总成10、焊剂斗11、焊剂斗滤网12、星形手轮13、第二可调位紧定手柄14、波形手轮15、矫直轮16、焊剂斗开关17、机座18、压力调节手柄19、离合器手柄20、焊枪杆21、出料管22、导电板23、三角形焊剂斗24、送丝减速箱25、指针26、出料套27、行走轮28、第三可调位紧定手柄29、丝盘引丝架30。
[0030]其中，电路控制箱I和焊丝盘2通过固定机构固定于横梁3上，该固定机构可以是管状或圈状固定机构。第一可调位紧定手柄4通过一个管状伸缩机构41与横梁3连接，该管状伸缩机构41将横梁3分为两部分，横梁3可在管状伸缩机构41处伸缩；具体的，管状伸缩机构41套装于横梁3上，横梁3在管状伸缩机构41处分成两部分，第一可调位紧定手柄4的丝杆经过相应的孔与管状伸缩机构41和横梁3连接，在第一可调位紧定手柄4的丝杆与横梁3分离的情况下，横梁3可沿着轴向与管状伸缩机构41产生相对移动。立柱5连接第三可调位紧定手柄29，类似于横梁3和第一可调位紧定手柄29，立柱5和第三可调位紧定手柄29可通过另一个管状伸缩机构41连接，进一步，立柱5上的管状伸缩机构41还与横梁3上的管状伸缩机构41垂直连接，使得立柱5与横梁3相互垂直。导丝架7设置于横梁3上，位于 横梁3上接近机头托架总成10的一端。导丝架7和机头托架总成10之间还依次设置有升降托板8和送丝电机9。送丝电机9的输出轴连接送丝减速箱25。升降托板8与横梁3的轴线垂直，升降托板8与导丝架7 —侧的横梁3可相对滑动，升降托板8另一侧通过一个夹紧法兰81和紧固件6与机头托架总成10的轴固定连接。在升降托板8上边设有一个升降托板手轮82，该升降托板手轮82的丝杆从上到下贯穿升降托板8。送丝电机9设置于机头托架总成10上。机头托架总成10为用于支撑焊接机头、焊剂斗11、送丝电机9、送丝减速箱25等机构。机头托架总成10下方设置有焊枪杆21。焊剂斗11为漏斗状机构，通过星形手轮13和第二可调位紧定手柄14与机头托架总成10连接；焊剂斗11的漏斗出口处设有焊剂斗开关17。出料管22上端与焊剂斗11下端连接，出料管22下端与三角形焊剂斗24连接。三角形焊剂斗24具有两个支管开口，其中一个支管开口与出料管22下端连接。三角形焊剂斗24上方还设置有导电板23，该导电板23通过一个导电连接套管31与三角形焊剂斗24的另一个支管开口连接，连接电路控制箱I的线缆通过导电板23、导电连接套管31和三角形焊剂斗24连接，导电连接套管31上端衔接焊枪杆21。波形手轮15设置于机座18上，其丝杆部分与立柱5底端连接；波形手轮15的丝杆部分延伸方向与立柱5和横梁3的延伸方向垂直。矫直轮17和压力调节手柄19设置在机头托架总成10上。机座18固定于所述立柱下端。在机座18内部，设置有离合器，离合器手柄20设置于机座18上，与离合器连接。指针26通过一个带有架板的套管机构固定于焊枪杆21下部、接近于出料套28的位置。行走轮28设置于机座18上，支撑机座18并带动机座18行走。丝盘引丝架30设置于横梁3上靠近焊丝盘2的一端，焊丝从焊丝盘2上绕出后，绕行至丝盘引丝架30上，到导丝架7顶端的连个压丝轮71之间，再经过机构托架总成10进入焊枪杆21。
[0031]焊接时，焊丝从焊枪杆21经三角形焊剂斗24到达出料套27对工件进行焊接。电路控制箱I通过导线连接到导电板23处，通过焊枪杆21、三角形焊剂漏斗24、出料套27进行埋弧和气保。
[0032]转动波形手轮15，立柱5可沿着波形手轮15的丝杆方向与机座18移动。
[0033]通过第三可调位紧定手柄29松开横梁3和立柱5之间的连接，横梁3可沿着立柱5上下移动。在一些实施例中，横梁3下方的立柱5上还设置有弹簧。
[0034]旋转升降托板8上的升降托板手轮82，机头总成10可沿着升降托板手轮82的丝杆方向上下移动。
[0035]松开第二可调位紧定手柄14，可以调节焊剂斗11的角度。
[0036]星形手轮13为短丝杆手轮。松开星形手轮13，可调节焊剂斗11的位置。
[0037]本实施例中，焊剂斗11为导电焊剂斗。
[0038]在本实施例的机座内部，还设置有离合器、减速箱和小车行走电机。其中，离合器设置于减速箱和小车行走电机之间，离合器手柄20与离合器连接，控制离合器的分离和打开。减速箱的输入轴连接离合器，输出轴连接行走轮28。当拨动离合器手柄20使得离合器将减速箱和小车行走电机分开时，即可手动推动本实施例的行走机构；当拨动离合器手柄20使得离合器将减速箱和小车行走电机连接时，即可通过小车行走电机驱动行走轮28的行走。
[0039]在其它实施例中，第一可调位紧定手柄4还可通过其它伸缩机构与横梁3连接，使得横梁3能够在紧定手柄松开的状态下沿轴向伸缩。
[0040]图2为本发明实施例的机头托架总成细节示意图。包括防护板、定位紧固件、压轮架101、主动送丝轮102、从动送丝轮103、矫直机构。防护板设置于主动送丝轮102和从动送丝轮103的外侧，对主动和从动送丝轮起着防护作用。送丝电机9设置于送丝减速箱25的上方，送丝减速箱25的输出轴连接一个送丝传送轮251，该送丝传送轮251与两个主动送丝轮102接触连接，并带动两个主动送丝轮102转动，两个主动送丝轮102上下设置，分别与两个从动送丝轮103接触连接，并倒动两个从动送丝轮103转动。从动送丝轮103分别设置于两个压轮架101上。压轮架101设有三个连接点，在这三个连接点分别与从动送丝轮103、机头托架总成10、压力调节手柄19的螺纹杆连接。压轮架101为不规则的Y形，两个压轮架101对立设置，使得旋转压力调节手柄19令二者距离改变时，能够带动从动送丝轮103同时压紧或远离主动送丝轮102，从而能够使直径不同的焊丝从从动送丝轮103和主动送丝轮之间经过。矫直机构包括调节机构1061和矫直轮1062，设置于两个从动送丝轮103之间，调节机构1061与矫直轮1062连接，调节机构1061能够相对于机头托架总成10横向移动，即调节机构1061能够沿着从动送丝轮到主动送丝轮的方向或主动送丝轮到从动送丝轮的方向移动，因而调节机构1061能够通过伸缩调节矫直轮1062与焊丝接触的压力，使得焊丝处于直线状态，如图3所示。
[0041]在本实施例中，机头托架总成10上、下部还设有进导丝咀和出导丝咀，引导焊丝进入、走出机头托架总成10。三角形焊剂漏斗和出料套连接处设置有导电咀32，电流从电路控制箱经过导线到达导电板23，在导电咀32处产生电弧，使得焊丝融化。图2中所体现出的结构为机头部分取出三角形焊剂斗后的结构，因而原本设置于三角形焊剂漏斗内部的导电咀在图2中能够体现出来。
[0042]在本实施例中，调节机构1062采用螺钉。
[0043]在本实施例中，定位紧固件采用螺钉或螺栓等，对防护板等机构进行固定。
[0044]在本实施例中，主动送丝轮102和从动送丝轮103均为轮面中部设有凹陷轮槽的送丝轮，使得送丝更加稳定。主动送丝轮和从动送丝轮还设有软质轮缘。
[0045]本实施例中，压力调节手柄19设置有圆柱螺杆，并通过该圆柱螺杆与两个压轮架同时连接。
[0046]矫直机构可设置于相邻的两对主动送丝轮和从动送丝轮之间，也就是说，矫直机构的调节机构可以设置在两个从动送丝轮之间，矫直焊丝时矫直轮可以从从动送丝轮之间向主动送丝轮的方向伸缩移动，如上述实施例。在其它实施例中，矫直机构还可以设置于相邻的主动送丝轮之间。
[0047]在其它实施例中，若焊丝在机头托架总成处的行走距离较长，还可以设置更多成对设置的主动送丝轮和从动送丝轮，并增设相应的矫直机构。
[0048]升降托板8与横梁3之间的上下相对移动可以通过这样的方式实现:升降托板手轮82与机头托架总成10相对固定，在横梁3与升降托板手轮82接触的一端设置有螺纹孔，该螺纹孔与升降托板手轮82的丝杆部分配合连接，旋转升降托板手轮82，使得丝杆与横梁3产生上下相对运动，带动升降托板8和机头托架总成10上下移动。
[0049]上面所述为本发明的焊接行走机构部件连接组成。除了上述结构之外，本发明实施例的焊接行走机构还包括控制其行走和焊接的电学结构，主要设置于所述电路控制箱上，如图4所示，包括为焊接行走机构提供电源的电源控制模块401、显示系统402、用户调节控制模块403、送丝驱动模块404、焊接控制模块405、行走控制模块406、机头控制接口407。
[0050]参照图4，显示系统402与用户调节控制模块403连接，送丝驱动模块404与焊接控制模块405连接，行走控制模块406与设置于机座内的行走电机连接；同时，电源控制模块401与显示系统402、用户调节控制模块403、送丝驱动模块404、焊接控制模块405、行走控制模块406连接。
[0051]用户调节控制模块403可以通过一个接收用户输入信号的机构来实现，送丝驱动模块404驱动送丝电机；焊接控制模块405通过机头控制接口 407与小车机头部分连接，将控制信号发送到小车的机头部分，对机头部分的焊丝焊接程序进行控制；行走控制模块406控制小车的行走。
[0052]显示系统可以是简单的指示灯，也可以是建立在显示屏等机构基础上的状态显示模块。
[0053]本实施例中，行走控制模块的结构如图5所示。包括行走速度设定单元51、行走速度反馈单元52、PI (比例积分)调节模块53、启动信号监控单元54、电机过流保护单元55、PWM(脉冲宽度调制)驱动隔离单元56、电机调速主回路57、脉冲发生器单元58、宽范围DCDC(直流电流变换)单元59、小车行走电机510。
[0054]PI调节模块53、脉冲发生器单元58、宽范围D⑶C单元59依次连接；行走速度设定单元51和行走速度反馈单元52与PI调节模块53连接；启动信号监控单元54、电机过流保护单元55与脉冲发生器单元58连接；小车的行走电机510、电机调速主回路57依次连接，并且电机调速主回路57通过PWM驱动隔离单元56与脉冲发生器单元连接。
[0055]速度设 定信号从上述行走速度设定单元51输入，经过PI调节模块53进行元算，然后将电压调节值计算出，输入到脉冲发生器单元58 ；由脉冲发生器单元58将相应的信号输入PWM驱动隔离单元56 ;接着PWM驱动隔离单元输出的信号经过电机调速主回路57输入到小车行走电机510，对小车行走电机510的转速进行控制。电源提供的电压经过宽范围D⑶C的调整输入的脉冲发生器单元58，为其提供电能。
[0056]PI调节模块53包括运算放大器N1B、第二电容C3、第三电阻R11。第三电阻Rll两端分别连接运算放大器531的反向输入端和运算放大器531的输出端。第二电容C3与第三电阻Rll并联连接。
[0057]脉冲发生器单元58包括PWM调制器581、时基电路582、阻抗补偿单元583。时基电路582和阻抗补偿单元583分别与PWM调制器581连接。在一些具体实施例中，PWM调制器581采用PIC16F716单片机。
[0058]图6展示了行走速度设定单元51、行走速度反馈单元52和PI调节模块53的连接电路图。其中，行走速度设定单元51包含有滑动变阻器RP1、第一电容C2、第一电阻R8、第二电阻R9、第一二极管CR5。其中，滑动变阻器RPl —端第一二极管CR5，且电源VCC的信号从滑动变阻器RPl这一端输入；第一二极管CR5与滑动变阻器RPl的滑片和第一电容C2连接；滑动变阻器RPl的另一端与第二电阻R9、第一电容C2分别连接，且三者在相互连接的接点处接地；第一电阻R8、第二电阻R9相互连接的一端还与PI调节模块53连接。
[0059]行走速度设定信号从第一二极管CR5、滑动变阻器RPl的滑片、第一电阻R8三者的连接点输入。滑动变阻器RPl的分压信号经过第一电容C2消噪后经第一二极管CR5，防止设定信号或干扰信号超过电源VCC而导致PI调节模块53损坏。第一电阻R8、第二电阻R9起着分压作用，修正PI调节模块53的运算比例，保证设定信号和反馈信号的比例基本为1:1的关系。
[0060]PI调节模块53的运算放大器531同向输入端与行走速度设定单元51连接，同时还连接第二电源VCC2 ;运算放大器531的同向输入端还通过第三电容C12接地。运算放大器531的反向输入端还接地；其输出端还通过第二二极管CR9和第四电阻RlO连接所述脉冲发生器单元。
[0061]行走速度反馈单元52至少包括第三二极管CR1、第五电阻R2。反馈信号经过第三二极管CR1、第五电阻R2到达PI调节模块。PI调节模块53依据不同调整动态和比例放大倍数要求，可以调整第二二极管CR9和第四电阻RlO的组合时间常数来满足不同调整动态和比例放大倍数的要求。当设定信号超过反馈信号时，表明行走速度偏慢，PI调节误差量输出为高，此信号要求所述脉冲调制器输58出脉宽变宽，小车的行走电机电枢电压变高，小车行走电机转速变快，小车行走速度变快；当反馈信号超过设定信号时，表明行走速度偏快，PI调节模块53误差量输出为低，此信号要求所述脉冲调制器输58出脉宽变窄，小车行走电机电枢电压变低，小车行走电机转速变慢，行走速度变慢。
[0062]参照图6所示的连接电路图，行走速度设定信号从行走速度设定单元输入，从PI调节模块输出，速度反馈信号从行走速度反馈单元输入。
[0063]图7为本发明实施例的电机调速主回路结构示意图。本实施例的电机调速主回路57包括电弧电压极性自适应电路、储能单元、驱动脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路、续流电路。
[0064]电弧电压极性自适应电路通过整流模块VCl实现，无论输入信号是直流正接(DCSP，直流正极性)还是直流反接(DCRP，直流反极性)始终能够保证输出信号相序正确，从而实现自动识别和自适应电弧电压极性；储能单元包括有极性电容C19和压敏电阻RV1，实现电弧电压滤波储能的作用，在焊接过程瞬间短路的情况下，控制电路正常工作；脉冲开关速度电路包括第六电阻R15、第四二极管CR4、第七电阻R14、稳压二极管CR3，实现慢开快关降低场效应晶体管Ql的开关瞬耗；功率放大电路包括场效应晶体管Q1，当输入脉冲信号为高时场效应晶体管Ql导通，电弧电压允许通过，行走电机旋转，电枢电压上升，当输入脉冲信号为低时场效应晶体管Ql截止，电弧电压不允许通过，行走电机依赖第五二极管CR6续流继续旋转，电枢电压下降；续流电路包括第五二极管CR6，实现电机在脉冲电压休止期间提供电机寄生电感续流通路。
[0065]本实施例的焊接控制模块上设有单片机控制系统，与焊接机头建立连接以及信号传输。图8展示了本实施例的单片机控制系统组成模块和焊接机头硬件连接示意图。
[0066]图8所示的焊接机头装置，包括焊接机头100和控制模块200 ;此处的焊接机头，主要包括从机头托架总成到导电咀之间的所有机构；
[0067]所述控制模块200包括电源控制模块206和电机调速模块201 ;该电机调速模块201调节送丝所用的印刷电机的转速；
[0068]所述电源控制模块206包括辅助电源模块、弧压电源模块和电源切换单元(参照附图3);当焊接机头100处于待机状态时，采用辅助电源模块为其供电；当焊接机头100开始工作时，切断辅助电源模块并采用弧压电源模块为其供电；所述辅助电源模块与弧压电源模块之间的切换通过所述电源切换单元进行切换；
[0069]所述电机调速模块201实时采集焊接机头100的状态信息，从而调节焊接机头100
的送丝速度或焊丝熔化速度。
[0070]参照附图9，为本发明实施例的单片机控制系统结构示意图。
[0071]进一步的，结合附图8，所述焊接机头100包括用于控制焊接机头100的送丝速度或焊丝熔化速度的印刷电机102 ;所述控制模块200还包括最小化控制系统203和电机换向单元202 ;所述电机换向单元202包括换向控制单元和换向执行单元；
[0072]电机调速模块201的输出信号作为换向执行单元输入信号，换向执行单元受控于换向控制单元将输入信号经第一线圈开关Kl按特定相序输出实现电机换向功能。
[0073]可选的，所述电机换向单元202还包括与所述换向执行单元相连的换向保护网络；换向保护网络用于第一线圈开关Ki的触点换向时吸收浪涌尖峰电压和切换期间续流避免触点拉弧损坏。
[0074]进一步的，结合附图8和附图9，所述控制模块还包括远程通讯模块204、电源小车启动单元205、送丝机启动单元207和操作界面208。
[0075]所述最小化控制系统203包括单片机(型号为PIC16F716)N1、由电阻R10、电容C3和电容C6构成的上电复位电路、由晶体振荡器Gl、电容C16和电容C17构成的时钟电路。
[0076]所述电机换向单元202包括换向控制单元、换向执行单元和换向保护单元；电机调速模块201的输出信号作为所述换向执行单元的输入信号，所述换向执行单元受控于所述换向控制单元将输入信号经过第一线圈开关Kl按特定相序输出实现电机换向功能。具体地，当单片机NI输出电机旋转方向信号为I时，信号经过电阻R13、电容C11，将三极管VT3开通,第一线圈开关Kl的第一线圈吸合,第一线圈开关Kl的触点3和触点5以及第一线圈开关Kl的触点4和触点6分别接通，从而完成印刷电机正向旋转；当单片机NI输出电机旋转方向信号为O时，信号经过电阻R13、电容C11，将三极管VT3关闭，第一线圈开关Kl的第一线圈断开，第一线圈开关Kl的触点I和触点5以及第一线圈开关Kl的触点2和触点6分别接通，从而完成印刷电机反向旋转；所述换向保护网络用于第一线圈开关Kl的触点在换向时吸收浪涌尖峰电压和第一线圈开关Kl的触点在切换期间续流避免触点拉弧损坏。
[0077]所述远程通讯模块204 (其在附图9中的附图标记为Ml)采用电力载波专用模块组成。所述电源小车启动单元205控制弧压感应自动焊接机头装置实施例所应用的弧压感应自动焊接小车启动和系统电源启动。所述操作界面208包括启动、停止、送丝、抽丝以及各种焊接参数设定(起弧电流、起弧时间、收弧电流、收弧时间、焊接电流等)。所述送丝机启动单元207在焊接系统完成启动后按时序要求给出送丝机启动开关信号；所述送丝机启动单元207中由电阻R3、电容C15、三极管VT1、和第三线圈开关K3构成控制，当启动信号或者送丝、抽丝信号有效时，单片机NI输出高信号(FEEDER- 0N)，三极管VTl导通，第三线圈开关K3的第三线圈吸合，第三线圈开关K3的触点18和触点20以及第三线圈开关K3的触点23和触点21分别闭合接通，这两组触点分别用于印刷电机(也为送丝电机)启动和双电机(印刷电机和小车的行走电机)驱动系统启动控制备用。
[0078]结合附图4，所述操作界面208为用户操作控制模块403的一个组成部件。 [0079]参照附图10和附图11，分别为本发明提供的弧压感应自动焊接机头装置实施例中电机调速模块中的电机调速控制电路的电路结构示意图和电机调速模块中的电机调速功率变换单元的电路结构示意图。
[0080]较佳的，结合附图8和附图9，所述电机调速模块201包括电机调速控制电路、PWM控制电路和电机调速功率变换单元；
[0081]所述电机调速控制电路将印刷电机的反馈信号与焊丝熔化速度的设定信号通过差分放大器输出速度误差量到所述PWM控制电路；
[0082]所述PWM控制电路将所述速度误差量转换为PWM信号输入到所述电机调速功率变换单元从而调节印刷电机的送丝速度或焊丝熔化速度。
[0083]参照附图10并结合附图8和附图9，图中反馈信号由印刷电机转速信号(送丝速度信号)模块提供，图中设定信号由焊接小车的操作面板将熔化速度传感隔离单元输出电压信号经过分压提供；反馈信号经过由二极管CR13、电阻R2、电容Cl组成的嵌位消噪电路并传递给电阻R5和电阻R4进行信号分压，分压信号经运算放大器N3D、电阻R7、电容C2、电阻R6构成PI调节电路进行比例积分运算，满足信号动态响应要求，PI输出结果经由电阻R8、电容C4构成RC电路整形传递给差分放大器；设定信号经二极管CR18嵌位电路并经过运算放大器N3B7、电阻R12、电阻R9和电阻Rll构成比例运算电路进行信号比率规范，规范后的信号传递给差分放大器。
[0084]差分放大器输出的速度误差量Λ V提供给PWM控制电路影响输出脉宽占空比D，输出脉宽控制功率模块导通占空比，Um=U*D，U为电弧电压，D为输出占空比，Um为电机工作电压，Um的高低影响电机转速,从而决定送丝速度的快慢。
[0085]较佳的，参照附图11并结合附图8和附图9，所述电机调速功率变换单元包括脉冲驱动电路、电机工作导通时间电路和电机能耗刹车制动电路。
[0086]具体地，D⑶C电源模块M2为D⑶C隔离单元，为驱动脉冲隔离单元N2提供隔离电源；图中D⑶C电源模块M2、电容C5、电阻R18、电容C8和驱动脉冲隔离单元N2构成脉冲驱动电路，PWM信号来自上述PWM控制电路；二极管CR7、电阻R16、电阻R17和二极管CR5决定场效应晶体管Ql的开通、关断速度，场效应晶体管Ql用于控制印刷电机工作导通时间(决定印刷电机转速)；电阻R14、场效应晶体管Q2、电容C7、二极管CR9和电阻R19构成电机能耗刹车制动电路，防止电机停止转动时机械惯性导致粘丝。二极管CR3为电机续流单元，完成印刷电机在没有脉冲电压通过时进行续流。
[0087]从上面所述可以看出，本发明所提供的焊接行走机构，具有稳定的结构，能够保证焊接过程的顺利进行。本发明实施例设置多个位置调整机构，包括第一可调位紧定手柄、第二可调位紧定手柄、第三可调位紧定手柄、定位紧固件等，使得行走机构的横梁、焊剂斗等机构的方位调整灵活方便。此外，本发明实施例设置有四个直接接触焊丝的送丝轮，包括两个主动送丝轮，两个从动送丝轮，送丝稳定、送丝牵引力大、送丝力强劲、耗散功率小；还设有矫直机构，使得焊丝进入焊枪杆时对中度好。
[0088]同时，本发明提供的焊接行走机构的电路结构稳定，可实现对焊接行走机构的有效控制。本发明实施例提供的焊接行走机构，具有行走控制模块，能够通过设定信号和小车电机的反馈信号自动调整响应行走机构的行走，具有很高的动态响应速度和很强的适应性。此外，本发明实施例提供的焊接行走机构，具有焊接控制模块，能够对送丝所用的印刷电机等进行适应性的控制。
[0089]所属领域的普通技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种焊接行走机构，其特征在于，包括电源控制模块、显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块、机头控制接口、行走机构、焊接机头； 显示系统与用户调节控制模块连接，送丝驱动模块与焊接控制模块连接，行走控制模块与行走机构连接，对行走机构的行走进行控制；同时，电源控制模块与显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块连接；所述焊接控制模块还与焊接机头连接，对焊接过程进行控制；所述行走机构带动整个焊接行走机构行走移动。2.根据权利要求1所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走机构进一步包括行走轮、小车行走电机、离合器和减速箱；所述离合器设置于减速箱和行走电机之间；所述减速箱的输入轴连接离合器，输出轴连接所述行走轮； 所述行走控制模块包括行走速度控制系统，与小车行走电机连接，结合设定的行走速度和从小车行走电机获取的反馈信号控制所述行走机构的行走速度。3.根据权利要求1所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走控制模块进一步包括速度设定单元、行走速度反馈单元、比例积分调节模块、脉冲宽度调制驱动隔离单元、电机调速主回路、脉冲发生器单元；所述比例积分调节模块、脉冲发生器单元连接；所述行走速度设定单元和行走速度反馈单元与比例积分调节模块连接；小车行走电机和电机调速主回路依次连接，并且电机调速主回路通过脉冲宽度调制驱动隔离单元与脉冲发生器单元连接。4.根据权利要求3所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走控制模块还包括启动信号监控单元，该启动信号监控单元与脉冲发生器单元连接； 和/或，所述行走控制模块还包括电机过流保护单元，与脉冲发生器单元连接。5.根据权利要求3所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走控制模块还包括宽范围直流电流变换单元，与所述脉冲发生器单元连接，将电源的电能进行转化为脉冲发生器单元所使用的电能。6.根据权利要求3所述的焊接行走机构，其特征在于，所述行走速度设定单元包括滑动变阻器、第一电容、第一电阻、第二电阻、第一二极管；所述滑动变阻器一端连接第一二极管，且电源信号从滑动变阻器这一端输入；第一二极管与滑动变阻器的滑片和第一电容连接；滑动变阻器的另一端与第二电阻、第一电容分别连接，且三者相互连接的接点接地;第一电阻、第二电阻相互连接的一端还与比例积分调节模块连接； 和/或所述比例积分调节模块包括运算放大器、第二电容、第三电阻；第三电阻两端分别连接运算放大器的反向输入端和运算放大器的输出端；第二电容与第三电阻并联连接；运算放大器同向输入端与行走速度设定单元51连接； 和/或所述行走速度反馈单元至少包括第三二极管、第五电阻；反馈信号经过第三二极管、第五电阻到达调节模块。7.根据权利要求3所述的焊接行走机构，其特征在于，所述电机调速主回路包括电弧电压极性自适应电路、储能单元、驱动脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路、续流电路；电弧电压极性自适应电路、储能单元、电机调速功率放大电路依次连接；脉冲开关速度控制电路与电机调速功率放大电路连接；续流电路与小车行走电机、脉冲开关速度控制电路、电机调速功率放大电路连接。8.根据权利要求1所述的焊接行走机构，其特征在于，所述焊接控制模块包括辅助电源模块、弧压电源模块、电源切换单元和电机调速模块；所述辅助电源模块、弧压电源模块、电源切换单元分别与电机调速模块连接； 所述焊接机头上设置有送丝机构和印刷电机，该印刷电机驱动送丝机构，并由电机调速模块控制其转速； 当焊接机头处于待机状态时，采用辅助电源模块为其供电；当焊接机头开始工作时，辅助电源模块切断并且弧压电源模块为其供电；所述辅助电源模块与弧压电源模块之间通过所述电源切换单元进行切换。9.根据权利要求6所述的焊接行走机构，其特征在于，所述焊接控制模块还包括最小化控制系统和电机换向单元；所述电机换向单元包括换向控制单元和换向执行单元； 电机调速模块的输出信号作为换向执行单元输入信号，换向执行单元受控于换向控制单元将输入信号经第一线圈开关按特定相序输出实现电机换向功能。
【专利摘要】本发明公开了一种焊接行走机构，包括电源控制模块、显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块、机头控制接口、行走机构、焊接机头；显示系统与用户调节控制模块连接，送丝驱动模块与焊接控制模块连接，行走控制模块与行走机构连接，对行走机构的行走进行控制；同时，电源控制模块与显示系统、用户调节控制模块、送丝驱动模块、焊接控制模块、行走控制模块连接；所述焊接控制模块还与焊接机头连接，对焊接过程进行控制；所述行走机构带动整个焊接行走机构行走移动。
【IPC分类】B23K9/133, B23K9/12, B23K9/095, B23K9/32, B23K9/10
【公开号】CN104889531
【申请号】CN201410078789
【发明人】罗建坤
【申请人】罗建坤
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月5日
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