數字控制mig焊接脈沖波形生成系統及生成方法
【專利摘要】本發明涉及金屬焊接加工設備的的控制技術，具體是一種數字控制MIG焊接脈沖波形生成系統及生成方法。該系統包括有逆變電源、與逆變電源的電源共同構成焊接回路的焊槍和被焊接件、用于控制逆變電源輸出電流的DSP或MCU；DSP或MCU包括模擬數字轉換器、數字模擬轉化器或脈寬調制發生器；數字模擬轉化器或脈寬調制發生器的信號輸出端經過RC濾波電路連接至比較器的一個輸入端；比較器的另一個輸入端連接逆變電源的輸出電流信號；比較器的輸出端經過電流調節器控制逆變電源的功率開關器件。本發明系統工作量小、處理速度快、便于針對不同焊接對象進行參數調整、可提高焊接電源整體可靠性。
【專利說明】數字控制MIG焊接脈沖波形生成系統及生成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬焊接加工設備的的控制技術，具體是一種用于脈沖MIG(MetalInert Gas)焊接設備的數字控制MIG焊接脈沖波形生成系統及生成方法。
【背景技術】
[0002]焊接電源普遍采用高頻逆變的方式使得電源體積減小，重量輕，能量轉換效率提高，同時控制性能好和動態響應快的特點，其中脈沖MIG(Metal Inert Gas)焊接工藝直到逆變技術被應用后才得以發展廣，它具有焊弧穩定，焊接質量優良，能焊接各種金屬的特點，并可大大提聞焊接生廣率。
[0003]為了保證焊接過程的穩定，脈沖MIG焊通常采用一脈一滴的熔滴過渡形式。在一脈一滴過渡形式下，熔滴大小均勻，過渡有規律，可控性好，便于實現穩定的焊接，能夠控制過渡金屬量和焊縫成形，可以很容易地提高焊接質量。在這種過渡形式中，要保證脈沖的幅值和脈沖的寬度滿足一定的關系，并且這種關系在系統運行過程中不能夠受影響。因此脈沖波形的產生是關系到MIG焊接質量的關鍵。焊接電流各個階段對控制系統的要求是不一樣的，這體現在各個階段的波形斜率不同。
[0004]現有實現電流脈沖波形的控制的方法有兩種:
[0005]一種是采用全模擬線路，利用運放等線路構成電壓反饋電路，這樣的線路難以實現脈沖波形各個過渡過程的精確控制。同時存在元器件多，電路復雜及器件特性易受外部環境如溫度變化影響的不利因素。
[0006]另一種是采用高速數字器件，也就是利用數字信號處理器DSP或微處理器MCU等，根據弧長或輸出電壓等反饋信號，采用數字化來控制給定電流脈沖波形，保證輸出電流的一致性和可重復性。但是這種方法一方面需要將一些控制策略或大量波形數據嵌入到數字系統中，開發人員需要花費大量的實驗來調準數據，從而得到最佳的焊接效果。另一方面執行這些控制策略也占用了高速數字信號處理器的大量中斷時間，影響到焊接電源其他任務的實現。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題是，提供一種系統工作量小、處理速度快、便于針對不同焊接對象進行參數調整、可提高焊接電源整體可靠性的數字控制MIG焊接脈沖波形生成系統及生成方法。
[0008]本發明的數字控制MIG焊接脈沖波形生成系統包括有用于形成焊接電源的逆變電源、與逆變電源的電源輸出端連接并共同構成焊接回路的焊槍和被焊接件、用于控制逆變電源輸出電流的DSP或MCU ;所述DSP或MCU包括連接焊接回路電弧電壓和電流信號U2及12的模擬數字轉換器、數字模擬轉化器或脈寬調制發生器；所述數字模擬轉化器或脈寬調制發生器的信號輸出端經過一個由數字電位器和電容構成的RC濾波電路連接至比較器的一個輸入端；所述比較器的另一個輸入端連接逆變電源的輸出電流信號；比較器的輸出端經過電流調節器控制逆變電源的功率開關器件。
[0009]所述數字電位器由DSP或MCU中的數字接口，諸如SPI或I2C模塊控制。
[0010]所述電流調節器內置于DSP或MCU中或為獨立的電流調節器。
[0011]本發明的數字控制MIG焊接脈沖波形生成方法是:建立由逆變電源1、焊槍2和被焊接件3構成的焊接回路；將焊接回路電弧的電壓信號U2經濾波后送入DSP或MCU中的模擬數字轉換器A/D處理后，經數字模擬轉化器或脈寬調制發生器D/A或PWM產生方波脈沖信號；該方波脈沖經過RC濾波電路濾波后產生上升沿和下降沿按RC指數規律可變的脈沖信號，該脈沖信和逆變電源輸出的電流信號12相比較后輸出至獨立的電流調節器或內置于DSP或MCU的電流調節器，由電流調節器控制逆變主電路的功率開關器件，使得焊接電源輸出電流符合MIG焊接所需的脈沖電流波形。
[0012]所述RC濾波電路中，電阻是SPI或I2C可控的數字電位器，電容值是固定值；在任何時候，電壓信號的上升和下降均需滿足t=RC ;由DSP或MCU通過SPI或I2C來改變電阻R值，從而使脈沖波形斜率動態可控。
[0013]本發明的優點體現在:
[0014]1、DSP或MCU通過SPI或I2C改變電阻R值，使得占用DSP或MCU的處理時間大大減小，節約出來的時間可以用來進行其他任務的處理，從而提高了焊接電源整體的可靠性。
[0015]2、不用移植各類控制策略到微處器其中，大大簡化了系統設計的工作量。
[0016]3、設計者可選擇不同的R值，建立一個適應不同焊接調節的專家數據庫。最終焊接用戶可僅僅選擇不同R值，就可調節適合于用戶工藝要求的電焊效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的系統原理圖；
[0018]圖2是本發明實施例中方波脈沖信號和RC指數規律可變的脈沖信號波形曲線圖。【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，本發明的數字控制MIG焊接脈沖波形生成系統包括有用于形成焊接電源的逆變電源1、與逆變電源的電源輸出端連接并共同構成焊接回路的焊槍2和被焊接件3、用于控制逆變電源輸出電流的DSP或MCU ;所述DSP或MCU包括連接焊接回路電弧電壓信號U2的模擬數字轉換器、數字模擬轉化器或脈寬調制發生器；所述數字模擬轉化器或脈寬調制發生器的信號輸出端經過一個由數字電位器R和電容C構成的RC濾波電路連接至比較器4的一個輸入端；所述比較器4的另一個輸入端連接逆變電源的輸出電流信號；比較器的輸出端經過電流調節器控制逆變電源的功率開關器件。所述數字電位器由DSP或MCU中的SPI或12C模塊控制。所述電流調節器獨立或內置于DSP或MCU中。
[0020]本發明實施例工作過程中，焊接回路電弧的電壓信號U2經濾波后送入DSP或MCU中的模擬數字轉換器A/D處理后，經數字模擬轉化器或脈寬調制發生器D/A或PWM產生方波脈沖信號；該方波脈沖經過RC濾波電路濾波后產生上升沿和下降沿按RC指數規律可變的脈沖信號，該脈沖信和逆變電源輸出的電流信號12相比較后輸出至獨立的電流調節器或內置于DSP或MCU的電流調節器，由電流調節器控制逆變主電路的功率開關器件，使得焊接電源輸出電流符合MIG焊接所需的脈沖電流波形。
[0021]所述RC濾波電路中，電阻是SPI或I2C可控的數字電位器，電容值是固定值；在任何時候，電壓信號的上升和下降均需滿足t=RC ;由DSP或MCU通過SPI或I2C來改變電阻R值，從而使脈沖波形斜率動態可控。
[0022]本發明實施例的方波脈沖信號和RC指數規律可變的脈沖信號波形如圖2所示，該實施例中:
[0023]當t<t0, R=IT1,由于 i2b 為直流信號，i2(t) = i2b;
【權利要求】
1.一種數字控制MIG焊接脈沖波形生成系統，其特征是:包括有用于形成焊接電源的逆變電源、與逆變電源的電源輸出端連接并共同構成焊接回路的焊槍和被焊接件、用于控制逆變電源輸出電流的DSP或MCU ;所述DSP或MCU包括連接焊接回路電弧電壓和電流信號U2及12的模擬數字轉換器、數字模擬轉化器或脈寬調制發生器；所述數字模擬轉化器或脈寬調制發生器的信號輸出端經過一個由數字電位器和電容構成的RC濾波電路連接至比較器的一個輸入端；所述比較器的另一個輸入端連接逆變電源的輸出電流信號；比較器的輸出端經過電流調節器控制逆變電源的功率開關器件。
2.根據權利要求1所述的數字控制MIG焊接脈沖波形生成系統，其特征是:所述數字電位器由DSP或MCU中的數字接口控制。
3.根據權利要求1所述的數字控制MIG焊接脈沖波形生成系統，其特征是:所述電流調節器內置于DSP或MCU中。
4.一種數字控制MIG焊接脈沖波形生成方法，其特征是:建立由逆變電源1、焊槍2和被焊接件3構成的焊接回路；將焊接回路電弧的電壓信號U2經濾波后送入DSP或MCU中的模擬數字轉換器A/D處理后，經數字模擬轉化器或脈寬調制發生器D/A或PWM產生方波脈沖信號；該方波脈沖經過RC濾波電路濾波后產生上升沿和下降沿按RC指數規律可變的脈沖信號，該脈沖信號和逆變電源輸出的電流信號12相比較后輸出至獨立的電流調節器或內置于DSP或MCU的電流調節器，由電流調節器控制逆變主電路的功率開關器件，使得焊接電源輸出電流符合MIG焊接所需的脈沖電流波形。
5.根據權利要求4所述的數字控制MIG焊接脈沖波形生成方法，其特征是:所述RC濾波電路中，電阻是SPI或I2C可控的數字電位器，電容值是固定值；在任何時候，電壓信號的上升和下降均需滿足t=RC ;由DSP或MCU通過SPI或I2C來改變電阻R值，使脈沖波形斜率動態可控。
【文檔編號】B23K9/09GK103862135SQ201410091041
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】宓瑋 申請人:江蘇伊諾普電氣有限公司（中外合資）