專利名稱：電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子束焊接設(shè)備，具體涉及一種電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置及其方法。
背景技術(shù)：
電子束焊接是一個(gè)局部快速加熱到高溫，并隨后快速冷卻的過程。隨著熱源的移動(dòng)，整個(gè)工件的溫度隨時(shí)間和空間急劇變化，材料的熱物理性能也隨溫度劇烈變化，同時(shí)還存在熔化和相變時(shí)的潛熱現(xiàn)象。在電子束焊接生產(chǎn)中，不可避免地產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和變形。焊接殘余應(yīng)力和變形不但可能引起熱裂紋、冷裂紋、脆性斷裂等缺陷，而且在一定條件下將影響結(jié)構(gòu)的承載能力，如強(qiáng)度、剛度和受壓穩(wěn)定性等，除此以外還將影響到結(jié)構(gòu)的加工精度和尺寸穩(wěn)定性，從而影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量和使用性能。電子束一槍多束焊接技術(shù)是通過磁場(chǎng)的控制使電子束在不同的位置快速移動(dòng)，由于移動(dòng)的頻率很高而產(chǎn)生多束的效果，從而對(duì)材料或結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理和加工。通過磁場(chǎng)靈活控制不同位置電子束之間的能量分布，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)焊接過程的溫度場(chǎng)，控制焊接的拉應(yīng)變或者壓應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)焊接應(yīng)力和變形的動(dòng)態(tài)控制，能降低其殘余應(yīng)力，防止焊接過程中的熱裂傾向，提聞焊接質(zhì)量和性能等。目前電子束一槍多束焊接技術(shù)電子束在不同的位置間快速移動(dòng)是不斷束的，其間會(huì)留下一條掃描痕跡，對(duì)精密工件的焊接不利，有必要加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置及其方法，電子束在不同的位置間快速移動(dòng)，其間不會(huì)留下多余的掃描痕跡。為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的:—種電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置，主要由中央控制器、偏掃驅(qū)動(dòng)電源、偏掃繞組、光纖驅(qū)動(dòng)電源、光纖、電子束流控制單元、第一電子束流取樣電阻和第二電子束流取樣電阻組成；其中中央控制器的電子束流取樣信號(hào)輸入端連接第二電子束流取樣電阻、2路電子束偏轉(zhuǎn)電流取樣信號(hào)輸入端連接偏掃驅(qū)動(dòng)電源；中央控制器的電子束流給定信號(hào)輸出端連接光纖驅(qū)動(dòng)電源、2路電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)輸出端連接偏掃驅(qū)動(dòng)電源；偏掃驅(qū)動(dòng)電源由X和y兩路相同的電路構(gòu)成，這2路電路的輸出端分別連接偏掃繞組的X和y繞組中的其中一組；偏掃繞組由兩組結(jié)構(gòu)相同、且在同一平面呈90°分布的X和y繞組構(gòu)成；偏掃繞組位于電子槍的聚焦繞組和工件之間；光纖驅(qū)動(dòng)電源的輸出端經(jīng)光纖與電子束流控制單元相連；電子束流控制單元的輸入端連接第一電子束流取樣電阻，電子束流控制單元的輸出負(fù)極接至電子槍的聚束極，電子束流控制單元的輸出正極接至電子槍的陰極；第一電子束流取樣電阻的一端與電子束流控制單元相接，另一端與電子槍的加速電源的負(fù)極相接；
第二電子束流取樣電阻的一端與電子槍的加速電源的正極相接，另一端接地。上述方案中，所述偏掃驅(qū)動(dòng)電源的X和y路電路各包括運(yùn)算放大器IC1，N型功率管Tl，P型功率管T2，二極管Dl和D2，電阻Rl R5，電容Cl，以及第一整流濾波電路ZLl ；其中第一整流濾波電路ZLl的輸入端連接外部輸入的兩組交流電；第一整流濾波電路ZLl的輸出公共端與偏掃繞組的一端相接，正極輸出端接至N型功率管Tl的集電極，負(fù)極輸出端接至P型功率管T2的集電極；運(yùn)算放大器ICl的工作電源+V1、-Vl由外部電路提供；運(yùn)算放大器ICl的同相輸入端經(jīng)電阻Rl接地，且運(yùn)算放大器ICl的同相輸入端連接中央控制器的一路偏轉(zhuǎn)電流波形給定信號(hào)輸出端；運(yùn)算放大器ICl的反相輸入端經(jīng)電阻R2接地；運(yùn)算放大器ICl的輸出端經(jīng)電阻R3接至N型功率管Tl和P型功率管T2的基極；N型功率管Tl和P型功率管T2的發(fā)射極接在一起后連接至電阻R4的一端，電阻R4的另一端接地、并與偏掃繞組的另一端相接；電阻R4上輸出的偏掃繞組勵(lì)磁電流Id的取樣電壓信號(hào)Ud —路送入接中央控制器，另一路經(jīng)電阻R5送入運(yùn)算放大器ICl的反相輸入端；電容Cl的兩端分別接在運(yùn)算放大器ICl的反相輸入端和輸出端上；二極管Dl的陰極與N型功率管Tl的集電極相接，二極管Dl的陽極與N型功率管Tl的發(fā)射極相接；二極管D2的陽極與P型功率管T2的集電極相接，二極管D2的陰極與P型功率管T2的發(fā)射極相接。上述方案中，所述光纖驅(qū)動(dòng)電源包括運(yùn)算放大器IC2和IC3，N型三極管T3和T4，電光轉(zhuǎn)換二極管D3和D4，電位器VRl，電阻R6 R16，以及電容C3和C4 ;光纖驅(qū)動(dòng)電源的工作電源+V1、-V1由外部電路提供；其中中央控制器的電子束流給定信號(hào)Ue*輸出端經(jīng)電阻R6送至運(yùn)算放大器IC2的反相輸入端，運(yùn)算放大器IC2的同相輸入端經(jīng)電阻R8接地，運(yùn)算放大器IC2的輸出端經(jīng)電阻RlO接至N型三極管T3的基極#型三極管T3的集電極接工作電源正極+VI，N型三極管T3的發(fā)射極接電光轉(zhuǎn)換二極管D3的陽極，電光轉(zhuǎn)換二極管D3的陰極經(jīng)電阻Rll接地，電阻Rll輸出與通過電光轉(zhuǎn)換二極管D3電流I3成正比的電壓信號(hào)U2 ；電壓信號(hào)U2經(jīng)電阻R9和Rl3分別送入運(yùn)算放大器IC2和IC3的反相輸入端；電位器VRl的一端接至工作電源的負(fù)極-VI，另一端接地；電位器VRl的中間輸出端經(jīng)電阻R7和R12分別接至運(yùn)算放大器IC2和IC3的反相輸入端；運(yùn)算放大器IC3的同相輸入端經(jīng)電阻R15接地，運(yùn)算放大器IC3的輸出端經(jīng)電阻R16與N型三極管T4的基極相接，N型三極管T4的集電極接工作電源正極+VI，N型三極管T4的發(fā)射極接電光轉(zhuǎn)換二極管D4的陽極，電光轉(zhuǎn)換二極管D4的陰極經(jīng)電阻R17接地，電阻R17輸出的與通過電光轉(zhuǎn)換二極管D4電流I4成正比的電壓信號(hào)U3 ；電壓信號(hào)U3經(jīng)電阻R14送入運(yùn)算放大器IC3的反相輸入端；電容C2兩端分別接至運(yùn)算放大器IC2的反相輸入端和輸出端；電容C3兩端分別接至運(yùn)算放大器IC3的反相輸入端和輸出端。上述方案中，所述電子束流控制單元包括高壓隔離變壓器BI，第二至第四整流濾波電路ZL2 ZL4，電子管T8，P型三極管17，運(yùn)算放大器IC4 IC7，光電轉(zhuǎn)換三極管T5和T6，電阻R18 R30，壓敏電阻Ryl，以及電容C4 ;其中高壓隔離變壓器BI的初級(jí)繞組接外部交流電，其次級(jí)有5個(gè)繞組；第一繞組①和第二繞組②串聯(lián)后接至第二整流濾波電路ZL2的交流輸入端，第二整流濾波電路ZL2的輸出公共端形成電子束流控制單元的公共端，第二整流濾波電路ZL2的輸出端正極+V2和負(fù)極-V2分別連接運(yùn)算放大器IC4 IC7的正負(fù)電源端作為運(yùn)算放大器IC4 IC7的工作電源；第三繞組③的兩端分別接至電子管T8燈絲的兩端；第四繞組④接至第三整流濾波電路ZL3的交流輸入端，第三整流濾波電路ZL3的輸出端正極與電子束流控制單元的公共端相接，第三整流濾波電路ZL3的輸出端負(fù)極-V3經(jīng)電阻R29接至電子管T8的柵極；第五繞組⑤接至第四整流濾波電路ZL4的交流輸入端，第四整流濾波電路ZL4的輸出端正極+V4接至T8的陽極，第四整流濾波電路ZL4的輸出端負(fù)極-V4接至電子槍的聚束極及電阻R30的一端，電阻R30的另一端接至電子槍的陰極、第一電子束流取樣電阻的一端和電子管T8燈絲的一端；壓敏電阻Ryl并接在電阻R30的兩端；第一電子束流取樣電阻的另一端與電子束流控制單元的公共端和電子槍的加速電源的負(fù)極相接，第一電子束流取樣電阻的輸出電壓信號(hào)Uel經(jīng)電阻R26送入運(yùn)算放大器IC7的反相輸入端；電阻R27與電容C4并聯(lián)后兩端分別接在運(yùn)算放大器IC7的反相輸入端和輸出端；運(yùn)算放大器IC7的輸出端經(jīng)電阻R28接至P型三極管T7的基極，P型三極管T7的發(fā)射極與電子束流控制單元的公共端相接，P型三極管T7的集電極連接電子管T8的柵極；光電轉(zhuǎn)換三極管T5和T6的集電極與第二整流濾波電路ZL2的輸出端正極+V2相接；光電轉(zhuǎn)換三極管T5的發(fā)射極接至運(yùn)算放大器IC4的同相輸入端，光電轉(zhuǎn)換三極管T6的發(fā)射極接至運(yùn)算放大器IC5的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC4、IC5的同相輸入端分別通過電阻R18、R19與電子束流控制單元的公共端相接；運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端與其輸出端相接，運(yùn)算放大器IC4的輸出端經(jīng)電阻R20接至運(yùn)算放大器IC6的反相輸入端；運(yùn)算放大器IC5的反相輸入端與其輸出端相接，運(yùn)算放大器IC5的輸出端經(jīng)電阻R21接至運(yùn)算放大器IC6的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC6的同相輸入端經(jīng)電阻R22與電子束流控制單元的公共端相接；電阻R23的兩端分別接在運(yùn)算放大器IC6的反相輸入端與輸出端；運(yùn)算放大器IC6的輸出經(jīng)電阻R24接至運(yùn)算放大器IC7的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC7的同相輸入端經(jīng)電阻R25與電子束流控制單元的公共端相接。上述方案中，所述電子束流控制單元包括高壓隔離變壓器BI，第二整流濾波電路ZL2，第三整流濾波電路ZL3，電子管T8，P型三極管17，運(yùn)算放大器IC4 IC7，光電轉(zhuǎn)換三極管T5和T6，電阻R18 R30，壓敏電阻Ryl,電容C4 ;其中高壓隔離變壓器BI的初級(jí)繞組接外部交流電，其次級(jí)有4個(gè)繞組；第一繞組①和第二繞組②串聯(lián)后接至第二整流濾波電路ZL2的交流輸入端，第二整流濾波電路ZL2的輸出公共端形成電子束流控制單元的公共端，第二整流濾波電路ZL2的輸出端正極+V2和負(fù)極+V2分別連接運(yùn)算放大器IC4 IC7的正負(fù)電源端作為運(yùn)算放大器IC4 IC7的工作電源；第三繞組③的兩端分別接至電子管T8燈絲的兩端；第四繞組④接至第三整流濾波電路ZL3的交流輸入端，第三整流濾波電路ZL3的輸出端正極與電子束流控制單元的公共端相接，第三整流濾波電路ZL3的輸出端負(fù)極-V3經(jīng)電阻R29接至電子管T8的柵極；光電轉(zhuǎn)換三極管T5和T6的集電極與第二整流濾波電路ZL2的輸出端正極+V2相接；光電轉(zhuǎn)換三極管T5的發(fā)射極接至運(yùn)算放大器IC4的同相輸入端，光電轉(zhuǎn)換三極管T6的發(fā)射極接至運(yùn)算放大器IC5的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC4、IC5的同相輸入端分別通過電阻R18、R19與電子束流控制單元的公共端相接；運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端與其輸出端相接，運(yùn)算放大器IC4的輸出端經(jīng)電阻R20接至IC6的反相輸入端；運(yùn)算放大器IC5的反相輸入端與其輸出端相接，運(yùn)算放大器IC5的輸出端經(jīng)電阻R21接至運(yùn)算放大器IC6的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC6的同相輸入端經(jīng)電阻R22與電子束流控制單元的公共端相接；電阻R23的兩端分別接至運(yùn)算放大器IC6的反相輸入端與輸出端；運(yùn)算放大器IC6的輸出經(jīng)電阻R24接至運(yùn)算放大器IC7的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC7的同相輸入端經(jīng)電阻R25與電子束流控制單元的公共端相接；電阻R30的一端連接電子槍的陰極、加速電壓取樣電路的高壓端和電子管T8的陽極，電阻R30的另一端連接電子槍的聚束極、第一電子束流取樣電阻的一端、電子管T8燈絲的一端和電子束流控制單元的公共端；壓敏電阻Ryl并接在電阻R30的兩端；加速電壓取樣電路的另一端接地；第一電子束流取樣電阻的另一端接電子槍的加速電源的負(fù)極，第一電子束流取樣電阻上產(chǎn)生的電子束流取樣信號(hào)Uel經(jīng)電阻R26送入運(yùn)算放大器IC7的反相輸入端；電阻R27與電容C4并聯(lián)后兩端分別接至運(yùn)算放大器IC7的反相輸入端和輸出端；運(yùn)算放大器IC7的輸出端經(jīng)電阻R28接至P型三極管T7的基極，P型三極管T7的發(fā)射極與電子束流控制單元的公共端相接，P型三極管T7的集電極連接電子管T8的柵極。一種電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制方法，通過高低壓兩端同時(shí)對(duì)電子束流進(jìn)行取樣，低壓端電子束流取樣信號(hào)Ue2送入中央控制器，由中央控制器計(jì)算電子束流取樣信號(hào)Ue2與電子束流數(shù)字設(shè)定值差值，根據(jù)此差值調(diào)整電子束流給定信號(hào)U/，實(shí)時(shí)矯正電子束流控制系統(tǒng)的非線性及其工作點(diǎn)的漂移；光纖驅(qū)動(dòng)電路把電子束流給定信號(hào)U/轉(zhuǎn)換成兩路模擬光纖信號(hào)，以差模形式進(jìn)行信號(hào)傳遞到高壓端的電子束流控制單元；電子束流控制單元把接收到的包含電子束流給定信號(hào)信息的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)作為給定信號(hào)，以高壓端電子束流取樣信號(hào)Uel作為反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)電子束流閉環(huán)控制。中央控制器通過軟件控制電子束流給定信號(hào)U:和電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)Udx*、Ud;,實(shí)現(xiàn)電子束流和電子束偏轉(zhuǎn)的協(xié)調(diào)控制，一槍多束焊接過程，電子束在不同點(diǎn)間移動(dòng)間隙短時(shí)截止電子束，避免留下多余的掃描痕跡。上述電子束在每一點(diǎn)的控制參量有:電子束流U:,偏轉(zhuǎn)位置Udx' Udy*,持續(xù)時(shí)間T ;電子束轉(zhuǎn)換過程分3步驟，即①在時(shí)刻有轉(zhuǎn)換指令，第一步U:由U/變成零，并等待實(shí)際電子束流變成零，②t2時(shí)刻第二步Ud:、Udy*分別由UdxB' Udy/分別變成UdJ、UdyA*,并等待偏轉(zhuǎn)電流Idx和Idy轉(zhuǎn)換穩(wěn)定，③t3時(shí)刻第三步U:由零變成U/?；谏鲜鲭娮邮笝C(jī)一槍多束焊接控制裝置所實(shí)現(xiàn)的電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制方法，具體控制過程如下:( I)第一電子束流取樣電阻在高壓端對(duì)電子束流進(jìn)行采樣，并輸出正比于電子束流的電壓信號(hào)即第一電子束流取樣信號(hào)Uel送至中央控制器；第二電子束流取樣電阻在低壓端對(duì)電子束流進(jìn)行采樣，并輸出正比于電子束流的電壓信號(hào)即第二電子束流取樣信號(hào)Ue2送至中央控制器；(2)中央控制器①由程序設(shè)定產(chǎn)生電子束流給定信號(hào)Ue%②由程序設(shè)定產(chǎn)生電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)U:和Udy*,③實(shí)時(shí)監(jiān)控電子束流取樣信號(hào)Ue2與設(shè)定的偏差，并根據(jù)偏差來矯正電子束流給定信號(hào)U/，④實(shí)時(shí)監(jiān)控電子束偏轉(zhuǎn)電流取樣信號(hào)Udx和Udy ；
(3)偏掃驅(qū)動(dòng)電源接收中央控制器輸出的2路電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)Udx'Udy%并輸出跟隨這2路信號(hào)呈線性變化的2路偏轉(zhuǎn)電流Idx、Idy送至偏掃繞組，給x、y繞組提供勵(lì)磁，同時(shí)偏掃驅(qū)動(dòng)電源還輸出2路電子束偏轉(zhuǎn)電流取樣信號(hào)Udx、Udy返回至中央控制器；(4)光纖驅(qū)動(dòng)電源把中央控制器輸出的電子束流給定信號(hào)U:轉(zhuǎn)變成光信號(hào)；光纖把包含電子束流的給定波形的光信號(hào)轉(zhuǎn)遞到處于高壓端的電子束流控制單元，光纖同時(shí)實(shí)現(xiàn)了其發(fā)射端電路和接收端電路的高電位絕緣隔離；(5)電子束流控制單元接收光纖包含電子束流的給定波形的光信號(hào)并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)為U6,電子束流控制單元以U6為電子束流給定信號(hào)，以第一電子束流取樣電阻的信號(hào)Uel為反饋信號(hào)，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)柵偏電壓值實(shí)現(xiàn)電子束流的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn):1、在高壓端實(shí)現(xiàn)電子束流閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)速度快；2、采用光纖傳遞信號(hào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高壓絕緣隔離；3、采用兩路模擬光纖，以差模形式傳遞信號(hào)，有利消除收發(fā)器件性能改變形成的共模干擾；4、高低壓兩端同時(shí)對(duì)電子束流取樣，由中央控制器矯正電子束流控制系統(tǒng)的非線性及其工作點(diǎn)的漂移；5、消除一槍多束焊接過程，電子束在不同點(diǎn)間移動(dòng)留下多余的掃描痕跡。


圖1為本發(fā)明電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為偏掃驅(qū)動(dòng)電源的電路原理圖。圖3為光纖驅(qū)動(dòng)電源的電路原理圖。圖4為一種電子束流控制單元的電路原理圖。圖5為另一種電子束流控制單元的電路原理圖。圖6為光纖發(fā)射元件驅(qū)動(dòng)電流與接收元件輸出電壓特性圖。圖7為雙束焊接控制波形圖。圖中標(biāo)號(hào)為:1、中央控制器，2偏掃驅(qū)動(dòng)電源,3、偏掃繞組,4、光纖驅(qū)動(dòng)電源,5、光纖，6、電子束流控制單元，7、第一電子束流取樣電阻，8、第二電子束流取樣電阻，9、加速電源，10、加速電壓采樣電路，11、陰極電源，12、陰極，13、聚束極，14、陽極，15、聚焦繞組，16、聚焦電源，17、電子束，18、工件。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:一種電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置如圖1所示，其主要由中央控制器1、偏掃驅(qū)動(dòng)電源2、偏掃繞組3、光纖驅(qū)動(dòng)電源4、光纖5、電子束流控制單元6、第一電子束流取樣電阻7和第二電子束流取樣電阻8組成。上述控制裝置用于對(duì)電子槍進(jìn)行控制，以使得電子槍發(fā)出的電子束17能夠在工件18不同的位置間快速移動(dòng)，電子束移動(dòng)其間不會(huì)在工件18上留下多余的掃描痕跡。所選用的電子槍為現(xiàn)有技術(shù)已知的電子槍，在本實(shí)施例中，電子槍系統(tǒng)包括有陰極12、聚束極13、陽極14、聚焦繞組15、加速電源9、加速電壓采樣電路10、陰極電源11、聚焦電源16組成。陰極電源11連接電子槍的陰極12，聚焦電源16連接聚焦繞組15，加速電源9連接在電子槍的陰極12和陽極14之間。加速電壓采樣電路10并接在加速電源9的輸出端。上述陰極12、聚束極13、陽極14、聚焦繞組15和偏掃繞組3的軸線處于同一條直線上，使得陰極12發(fā)出的電子束17能夠通過聚束極13、陽極14、聚焦繞組15和偏掃繞組3后飛行到工件18上。1、中央控制器1:由計(jì)算機(jī)或可編程控制器(PLC)承擔(dān)，完成整臺(tái)電子束焊機(jī)的總控工作。在本發(fā)明中，中央控制器I由程序數(shù)據(jù)設(shè)定經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出電子束流給定信號(hào)U/和電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)Udx*、Udy*,中央控制器I還接收電子束流取樣信號(hào)Ue2和電子束偏轉(zhuǎn)電流取樣信號(hào)Udx、Udy，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后用于電子束流和偏轉(zhuǎn)電流的動(dòng)態(tài)數(shù)字校正。2、偏掃驅(qū)動(dòng)電源2:由x、y兩路相同的電路構(gòu)成，分別給x、y兩偏掃繞組3供電。每一路偏掃驅(qū)動(dòng)電源2的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，由運(yùn)算放大器IC1、N型功率管T1、P型功率管T2、二極管Dl和D2、電阻R1、R2、R3、R4和R5、電容Cl和第一整流濾波電路ZLl組成，其中運(yùn)算放大器ICl的工作電源+V1、-V1由外部電路提供。第一整流濾波電路ZLl將外部輸入的兩組交流電變成不可控的平直的正負(fù)兩直流電源，兩直流電源的公共端與偏掃繞組3的一端相接，正極端接至N型功率管Tl的C極，負(fù)極端接至P型功率管T2的C極。運(yùn)算放大器ICl的同相輸入端經(jīng)電阻Rl接地，并接收來自中央控制器I的一路電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)u/(Ud/或Udy*)，ICl的反相輸入端經(jīng)電阻R2接地，電子束偏轉(zhuǎn)電流Id取樣信號(hào)Ud (Udx或Udy)經(jīng)R5送入ICl的反相輸入端，ICl輸出經(jīng)電阻R3接至Tl和T2的B極。Tl和T2的E極接在一起，然后接至偏轉(zhuǎn)電流取樣電阻R4的一端，R4另一端接地并與偏掃繞組3的另一端相接，R4上產(chǎn)生的與偏掃繞組3勵(lì)磁電流Id(Idx或Idy)成正比的電壓信號(hào)Ud (Udx或Udy)有一路輸入中央控制器I。二極管Dl的陰極與Tl的C極相接，Dl的陽極與Tl的E極相接。二極管D2的陽極與T2的C極相接，D2的陰極與T2的E極相接。電容Cl的兩端分別接在ICl的反相輸入端和輸出端，由于Cl電容量很小(小于100pF)，Cl對(duì)有用信號(hào)的影響可以忽略，Cl僅起到消除ICl高頻自激振蕩的作用，ICl的電路就構(gòu)成一 種同相端輸入的放大電路，根據(jù)電路原理可知
權(quán)利要求
1.電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置，其特征在于:主要由中央控制器(I)、偏掃驅(qū)動(dòng)電源(2)、偏掃繞組(3)、光纖驅(qū)動(dòng)電源(4)、光纖(5)、電子束流控制單元(6)、第一電子束流取樣電阻(7)和第二電子束流取樣電阻(8)組成；其中 中央控制器(I)的電子束流取樣信號(hào)輸入端連接第二電子束流取樣電阻(8 )、2路電子束電流偏轉(zhuǎn)取樣信號(hào)輸入端連接偏掃驅(qū)動(dòng)電源(2 );中央控制器(I)的電子束流電流給定信號(hào)輸出端連接光纖驅(qū)動(dòng)電源(4)、2路電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)輸出端連接偏掃驅(qū)動(dòng)電源(2)； 偏掃驅(qū)動(dòng)電源(2)由X和y兩路相同的電路構(gòu)成，這2路電路的輸出端分別連接偏掃繞組(3)的X和y繞組中的其中一組； 偏掃繞組(3)由兩組結(jié)構(gòu)相同、且在同一平面呈90°分布的1和7繞組構(gòu)成；偏掃繞組(3)位于電子槍的聚焦繞組(15)和工件(18)之間； 光纖驅(qū)動(dòng)電源(4)的輸出端經(jīng)光纖(5)與電子束流控制單元(6)相連； 電子束流控制單元(6)的輸入端連接第一電子束流取樣電阻(7)，電子束流控制單元(6)的輸出負(fù)極接至電子槍的聚束極(13)，電子束流控制單元(6)的輸出正極接至電子槍的陰極(12)； 第一電子束流取樣電阻(7)的一端與電子束流控制單元(6)相接，另一端與電子槍的加速電源(9)的負(fù)極相接；第二電子束流取樣電阻(8)的一端與電子槍的加速電源(9)的正極相接，另一端接地。`
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置，其特征在于:所述偏掃驅(qū)動(dòng)電源(2)的X和y路電路各包括運(yùn)算放大器ICl，N型功率管Tl，P型功率管T2，二極管Dl和D2，電阻Rl R5，電容Cl，以及第一整流濾波電路ZLl ;其中 第一整流濾波電路ZLl的輸入端連接外部輸入的兩組交流電；第一整流濾波電路ZLl的輸出公共端與偏掃繞組(3)的一端相接，正極輸出端接至N型功率管Tl的集電極，負(fù)極輸出端接至P型功率管T2的集電極； 運(yùn)算放大器ICl的工作電源+V1、-V1由外部電路提供；運(yùn)算放大器ICl的同相輸入端經(jīng)電阻Rl接地，且運(yùn)算放大器ICl的同相輸入端連接中央控制器(I)的一路偏轉(zhuǎn)電流波形給定信號(hào)輸出端；運(yùn)算放大器ICl的反相輸入端經(jīng)電阻R2接地；運(yùn)算放大器ICl的輸出端經(jīng)電阻R3接至N型功率管Tl和P型功率管T2的基極； N型功率管Tl和P型功率管T2的發(fā)射極接在一起后連接至電阻R4的一端，電阻R4的另一端接地、并與偏掃繞組(3)的另一端相接；電阻R4上輸出的偏掃繞組(3)勵(lì)磁電流Id的取樣電壓信號(hào)Ud —路送入接中央控制器(I )，另一路經(jīng)電阻R5送入運(yùn)算放大器ICl的反相輸入端；電容Cl的兩端分別接在運(yùn)算放大器ICl的反相輸入端和輸出端上；二極管Dl的陰極與N型功率管Tl的集電極相接，二極管Dl的陽極與N型功率管Tl的發(fā)射極相接；二極管D2的陽極與P型功率管T2的集電極相接，二極管D2的陰極與P型功率管T2的發(fā)射極相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置，其特征在于:所述光纖驅(qū)動(dòng)電源(4)包括運(yùn)算放大器IC2和IC3，N型三極管T3和T4，電光轉(zhuǎn)換二極管D3和D4，電位器VRl，電阻R6 R16，以及電容C3和C4 ;光纖驅(qū)動(dòng)電源(4)的工作電源+V1、-Vl由外部電路提供；其中中央控制器(I)的電子束流給定信號(hào)輸出端經(jīng)電阻R6送至運(yùn)算放大器IC2的反相輸入端，運(yùn)算放大器IC2的同相輸入端經(jīng)電阻R8接地，運(yùn)算放大器IC2的輸出端經(jīng)電阻RlO接至N型三極管T3的基極#型三極管T3的集電極接工作電源正極+VI，N型三極管T3的發(fā)射極接電光轉(zhuǎn)換二極管D3的陽極，電光轉(zhuǎn)換二極管D3的陰極經(jīng)電阻Rll接地，電阻Rll輸出與通過電光轉(zhuǎn)換二極管D3電流I3成正比的電壓信號(hào)U2 ；電壓信號(hào)U2經(jīng)電阻R9和Rl3分別送入運(yùn)算放大器IC2和IC3的反相輸入端； 電位器VRl的一端接至工作電源的負(fù)極-VI，另一端接地；電位器VRl的中間輸出端經(jīng)電阻R7和R12分別接至運(yùn)算放大器IC2和IC3的反相輸入端； 運(yùn)算放大器IC3的同相輸入端經(jīng)電阻R15接地，運(yùn)算放大器IC3的輸出端經(jīng)電阻R16與N型三極管T4的基極相接，N型三極管T4的集電極接工作電源正極+VI，N型三極管T4的發(fā)射極接電光轉(zhuǎn)換二極管D4的陽極，電光轉(zhuǎn)換二極管D4的陰極經(jīng)電阻R17接地，電阻R17輸出的與通過電光轉(zhuǎn)換二極管D4電流I4成正比的電壓信號(hào)U3 ；電壓信號(hào)U3經(jīng)電阻R14送入運(yùn)算放大器IC3的反相輸入端； 電容C2兩端分別接至運(yùn)算放大器IC2的反相輸入端和輸出端；電容C3兩端分別接至運(yùn)算放大器IC3的反相輸入端和輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置，其特征在于:所述電子束流控制單元(6)包括高壓隔離變壓器BI，第二至第四整流濾波電路ZL2 ZL4，電子管T8，P型三極管17，運(yùn)算放大器IC4 IC7，光電轉(zhuǎn)換三極管T5和T6，電阻R18 R30，壓敏電阻Ryl，以及電容C4 ;其中 高壓隔離變壓器BI的初級(jí)繞組接外部交流電，其次級(jí)有5個(gè)繞組；第一繞組①和第二繞組②串聯(lián)后接至第二整流濾波電路ZL2的交流輸入端，第二整流濾波電路ZL2的輸出公共端形成電子束流控制單元(6)的公共端，第二整流濾波電路ZL2的輸出端正極+V2和負(fù)極-V2分別連接運(yùn)算放大器IC4 IC7的正負(fù)電源端作為運(yùn)算放大器IC4 IC7的工作電源；第三繞組③的兩端分 別接至電子管T8燈絲的兩端；第四繞組④接至第三整流濾波電路ZL3的交流輸入端，第三整流濾波電路ZL3的輸出端正極與電子束流控制單元(6)的公共端相接，第三整流濾波電路ZL3的輸出端負(fù)極-V3經(jīng)電阻R29接至電子管T8的柵極；第五繞組⑤接至第四整流濾波電路ZL4的交流輸入端，第四整流濾波電路ZL4的輸出端正極+V4接至T8的陽極，第四整流濾波電路ZL4的輸出端負(fù)極-V4接至電子槍的聚束極(13)及電阻R30的一端，電阻R30的另一端接至電子槍的陰極(12)、第一電子束流取樣電阻(7)的一端和電子管T8燈絲的一端；壓敏電阻Ryl并接在電阻R30的兩端；第一電子束流取樣電阻(7)的另一端與電子束流控制單元(6)的公共端和電子槍的加速電源(9)的負(fù)極相接，第一電子束流取樣電阻(7)的輸出電壓信號(hào)U61經(jīng)電阻R26送入運(yùn)算放大器IC7的反相輸入端；電阻R27與電容C4并聯(lián)后兩端分別接在運(yùn)算放大器IC7的反相輸入端和輸出端；運(yùn)算放大器IC7的輸出端經(jīng)電阻R28接至P型三極管T7的基極，P型三極管T7的發(fā)射極與電子束流控制單元(6)的公共端相接，P型三極管T7的集電極連接電子管T8的柵極； 光電轉(zhuǎn)換三極管T5和T6的集電極與第二整流濾波電路ZL2的輸出端正極+V2相接；光電轉(zhuǎn)換三極管T5的發(fā)射極接至運(yùn)算放大器IC4的同相輸入端，光電轉(zhuǎn)換三極管T6的發(fā)射極接至運(yùn)算放大器IC5的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC4、IC5的同相輸入端通過電阻R18、R19與電子束流控制單元(6)的公共端相接；運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端與其輸出端相接，運(yùn)算放大器IC4的輸出端經(jīng)電阻R20接至運(yùn)算放大器IC6的反相輸入端；運(yùn)算放大器IC5的反相輸入端與其輸出端相接，運(yùn)算放大器IC5的輸出端經(jīng)電阻R21接至運(yùn)算放大器IC6的同相輸入端； 運(yùn)算放大器IC6的同相輸入端經(jīng)電阻R22與電子束流控制單元(6)的公共端相接；電阻R23的兩端分別接在運(yùn)算放大器IC6的反相輸入端與輸出端；運(yùn)算放大器IC6的輸出經(jīng)電阻R24接至運(yùn)算放大器IC7的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC7的同相輸入端經(jīng)電阻R25與電子束流控制單元(6)的公共端相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置，其特征在于:所述電子束流控制單元(6)包括高壓隔離變壓器BI，第二整流濾波電路ZL2，第三整流濾波電路ZL3，電子管T8，P型三極管17，運(yùn)算放大器IC4 IC7，光電轉(zhuǎn)換三極管T5和T6，電阻R18 R30，壓敏電阻Ryl,電容C4 ;其中 高壓隔離變壓器BI的初級(jí)繞組接外部交流電，其次級(jí)有4個(gè)繞組；第一繞組①和第二繞組②串聯(lián)后接至第二整流濾波電路ZL2的交流輸入端，第二整流濾波電路ZL2的輸出公共端形成電子束流控制單元(6)的公共端，第二整流濾波電路ZL2的輸出端正極+V2和負(fù)極+V2分別連接運(yùn)算放大器IC4 IC7的正負(fù)電源端作為運(yùn)算放大器IC4 IC7的工作電源；第三繞組③的兩端分別接至電子管T8燈絲的兩端；第四繞組④接至第三整流濾波電路ZL3的交流輸入端，第三整流濾波電路ZL3的輸出端正極與電子束流控制單元(6)的公共端相接，第三整流濾波電路ZL3的輸出端負(fù)極-V3經(jīng)電阻R29接至電子管T8的柵極； 光電轉(zhuǎn)換三極管T5和T6的集電極與第二整流濾波電路ZL2的輸出端正極+V2相接；光電轉(zhuǎn)換三極管T5的發(fā)射極接至運(yùn)算放大器IC4的同相輸入端，光電轉(zhuǎn)換三極管T6的發(fā)射極接至運(yùn)算放大器IC5的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC4、IC5的同相輸入端分別通過電阻R18、R19與電子束流控制單元(6)的公共端相接；運(yùn)算放大器IC4的反相輸入端與其輸出端相接，運(yùn)算放大器IC4的輸出端經(jīng)電阻R20接至IC6的反相輸入端；運(yùn)算放大器IC5的反相輸入端與其輸出端相接，運(yùn)算放大器IC5的輸出端經(jīng)電阻R21接至運(yùn)算放大器IC6的同相輸入端； 運(yùn)算放大器IC6的同相輸入端經(jīng)電阻R22與電子束流控制單元(6)的公共端相接；電阻R23的兩端分別接至運(yùn)算放大器IC6的反相輸入端與輸出端；運(yùn)算放大器IC6的輸出經(jīng)電阻R24接至運(yùn)算放大器IC7的同相輸入端；運(yùn)算放大器IC7的同相輸入端經(jīng)電阻R25與電子束流控制單元(6)的公共端相接； 電阻R30的一端連接電子槍的陰極(12)、加速電壓取樣電路的高壓端和電子管T8的陽極，電阻R30的另一端連接電子槍的聚束極(12)、第一電子束流取樣電阻(7)的一端、電子管T8燈絲的一端和電子束流控制單元(6)的公共端；壓敏電阻Ryl并接在電阻R30的兩端；加速電壓取樣電路的另一端接地；第一電子束流取樣電阻(7)的另一端接電子槍的加速電源的負(fù)極，第一電子束流取樣電阻(7)上產(chǎn)生的第一電子束流取樣信號(hào)Uel經(jīng)電阻R26送入運(yùn)算放大器IC7的反相輸入端；電阻R27與電容C4并聯(lián)后兩端分別接至運(yùn)算放大器IC7的反相輸入端和輸出端；運(yùn)算放大器IC7的輸出端經(jīng)電阻R28接至P型三極管T7的基極，P型三極管T7的發(fā)射極與電子束流控制單元(6)的公共端相接，P型三極管T7的集電極連接電子管T8的柵極。
6.一種基于權(quán)利要求1所述電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置的電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制方法，其特征是:通過高低壓兩端同時(shí)對(duì)電子束流進(jìn)行取樣，低壓端電子束流取樣信號(hào)Ue2送入中央控制器1，由中央控制器I計(jì)算電子束流取樣信號(hào)Ue2與電子束流數(shù)字設(shè)定值差值，根據(jù)此差值調(diào)整電子束流給定信號(hào)U/，實(shí)時(shí)矯正電子束流控制系統(tǒng)的非線性及其工作點(diǎn)的漂移；光纖驅(qū)動(dòng)電源4電子束流給定信號(hào)Ue*轉(zhuǎn)換成兩路模擬光纖信號(hào)，以差模形式進(jìn)行信號(hào)傳遞到高壓端的電子束流控制單元(6 );電子束流控制單元(6 )把接收到的包含電子束流給定信號(hào)信息的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)作為給定信號(hào)，以高壓端電子束流取樣信號(hào)Uel作為反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)電子束流閉環(huán)控制；中央控制器(I)通過軟件控制電子束流給定信號(hào)Ue*和電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)Udx*、Udy*，實(shí)現(xiàn)電子束流和電子束偏轉(zhuǎn)的協(xié)調(diào)控制，一槍多束焊接過程，電子束在不同點(diǎn)間移動(dòng)間隙短時(shí)截止電子束，避免留下多余的掃描痕跡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制方法，其特征是電子束在每一點(diǎn)的控制參量有:電子束流U/，偏轉(zhuǎn)位置Udx'Udy%持續(xù)時(shí)間T ;電子束轉(zhuǎn)換過程分3步驟，即①在h時(shí)刻有轉(zhuǎn)換指令，第一步U/由U/變成零，并等待實(shí)際電子束流變成零，②t2時(shí)刻第二步Udx' Udy*分別由UdxB' Udy/分別變成UdJ、UdyA*,并等待偏轉(zhuǎn)電流Idx和Idy轉(zhuǎn)換穩(wěn)定，③t3時(shí)刻第三步U:由零變成Ue:。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制方法，其特征是具體控制過程如下: (1)第一電子束流取樣電阻(7)在高壓端對(duì)電子束流進(jìn)行采樣，并輸出正比于電子束流的電壓信號(hào)即第一電子束流給定信號(hào)Uel送至中央控制器(I);第二電子束流取樣電阻(8)在低壓端對(duì)電子束流進(jìn)行采樣，并輸出正比于電子束流的電壓信號(hào)即第二電子束流給定信號(hào)U62送至中央控制器(I); (2)中央控制器(I)的作用:①由程序設(shè)定產(chǎn)生電子束流給定信號(hào)U/，②由程序設(shè)定產(chǎn)生電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)U:和Udy*,③實(shí)時(shí)監(jiān)控電子束流電壓信號(hào)Ue2與設(shè)定的偏差，并根據(jù)偏差來矯正電子束流給定信號(hào)U/，④4實(shí)時(shí)監(jiān)控電子束偏轉(zhuǎn)信號(hào)Udx和Udy ； (3)偏掃驅(qū)動(dòng)電源 (2)接收中央控制器(I)輸出的2路電子束偏轉(zhuǎn)電流給定信號(hào)Udx*、Udy*,并輸出跟隨這2路信號(hào)呈線性變化的2路偏轉(zhuǎn)電流Idx、Idy送至偏掃繞組(3)，給x、y繞組提供勵(lì)磁，同時(shí)偏掃驅(qū)動(dòng)電源(2)還輸出2路電子束偏轉(zhuǎn)電流取樣信號(hào)Udx、Udy返回至中央控制器(I); (4)光纖驅(qū)動(dòng)電源(4)把中央控制器(I)輸出的電子束流給定信號(hào)Ue*轉(zhuǎn)變成光信號(hào)；光纖(5)把包含電子束流的給定波形的光信號(hào)轉(zhuǎn)遞到處于高壓端的電子束流控制單元(6)，光纖(5)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了其發(fā)射端電路和接收端電路的高電位絕緣隔離； (5 )電子束流控制單元(6 )接收光纖(5 )包含電子束流的給定波形的光信號(hào)并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)為U6,電子束流控制單元(6)以U6為電子束流給定信號(hào)，以第一電子束流取樣電阻(7)的信號(hào)Uel為反饋信號(hào)，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)柵偏電壓值實(shí)現(xiàn)電子束流的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電子束焊機(jī)一槍多束焊接控制裝置及其方法，其裝置，主要由中央控制器、偏掃驅(qū)動(dòng)電源、偏掃繞組、光纖驅(qū)動(dòng)電源、光纖、電子束流控制單元、第一電子束流取樣電阻和第二電子束流取樣電阻組成。本發(fā)明能夠在高壓端實(shí)現(xiàn)電子束流閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)速度快；采用光纖傳遞信號(hào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高壓絕緣隔離；采用兩路模擬光纖，以差模形式傳遞信號(hào)，有利消除收發(fā)器件性能改變形成的共模干擾；高低壓兩端同時(shí)對(duì)電子束流取樣，由中央控制器矯正電子束流控制系統(tǒng)的非線性及其工作點(diǎn)的漂移；消除一槍多束焊接過程，電子束在不同點(diǎn)間移動(dòng)留下的多余的掃描痕跡。
文檔編號(hào)B23K15/02GK103143829SQ20131008882
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者黃小東, 韋壽祺, 陸思恒, 郭華艷, 王偉, 蔣思遠(yuǎn), 陸葦, 黃海, 黃地送 申請(qǐng)人:桂林獅達(dá)機(jī)電技術(shù)工程有限公司