應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，其由霍爾電流傳感器、信號(hào)放大電路、施密特觸發(fā)電路、單片機(jī)、按鍵、數(shù)碼顯示管和輸出脈沖電路組成；其中，霍爾電流傳感器安裝在電焊機(jī)上，霍爾電流傳感器的輸出端經(jīng)信號(hào)放大電路連接至施密特觸發(fā)電路的輸入端，施密特觸發(fā)電路的輸出端連接單片機(jī)的輸入端，單片機(jī)的輸出端經(jīng)輸出脈沖電路連接高速相機(jī)；按鍵和數(shù)碼顯示管安裝在單片機(jī)上。本實(shí)用新型具有較強(qiáng)的抗干擾能力，并能夠盡可能低延遲的輸出觸發(fā)信號(hào)，供高速相機(jī)捕捉焊點(diǎn)圖像。
【專利說(shuō)明】應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電弧焊【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器。
【背景技術(shù)】
[0002]CO2氣體保護(hù)焊是目前焊接過(guò)程最常用的氣體保護(hù)焊焊接方法之一，因其焊接過(guò)程成本低，質(zhì)量易于控制，而被廣泛應(yīng)用。溶滴短路過(guò)渡焊是CO2氣體保護(hù)焊中常出現(xiàn)的一種溶滴過(guò)渡方式:電弧焊將焊絲端部加熱融化，形成懸掛在焊絲端頭的溶滴后，通過(guò)溶滴與工件上溶池的接觸(即所謂短路)，而將焊絲融化金屬過(guò)渡到焊縫中去。溶滴短路過(guò)渡焊過(guò)程的圖像分析對(duì)提高焊接電弧穩(wěn)定性、改善焊縫成型、減小金屬飛濺、提高焊接質(zhì)量和焊接生產(chǎn)率、實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化有著深遠(yuǎn)的意義。由于在焊接過(guò)程中，短路過(guò)程進(jìn)行得非常迅速，因此須借助于一個(gè)高速觸發(fā)器來(lái)對(duì)高速相機(jī)的快門(mén)進(jìn)行控制，以捕捉電焊瞬間快照。而在進(jìn)行高速觸發(fā)器的設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮電弧機(jī)的一些特性，如①由于電焊機(jī)實(shí)時(shí)性較高，電焊機(jī)每秒鐘放電周期最高約250次，瞬間電流很大，峰值能達(dá)到1000A以上，所以在電流達(dá)到目標(biāo)條件時(shí)候高速觸發(fā)器應(yīng)能盡可能低延遲的輸出觸發(fā)信號(hào)，供高速相機(jī)捕捉焊點(diǎn)圖像；②由于電焊機(jī)電磁場(chǎng)干擾較大，所以高速觸發(fā)器具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，其具有較強(qiáng)的抗干擾能力，并能夠盡可能低延遲的輸出觸發(fā)信號(hào)，供高速相機(jī)捕捉焊點(diǎn)圖像。
[0004]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，由霍爾電流傳感器、信號(hào)放大電路、施密特觸發(fā)電路、單片機(jī)、按鍵、數(shù)碼顯示管和輸出脈沖電路組成；其中，霍爾電流傳感器安裝在電焊機(jī)上，霍爾電流傳感器的輸出端經(jīng)信號(hào)放大電路連接至施密特觸發(fā)電路的輸入端，施密特觸發(fā)電路的輸出端連接單片機(jī)的輸入端，單片機(jī)的輸出端經(jīng)輸出脈沖電路連接高速相機(jī)；按鍵和數(shù)碼顯示管安裝在單片機(jī)上。
[0006]上述方案中，所述信號(hào)放大電路包括運(yùn)算放大器U3B，電容C17、C19，電位器R7和電阻R4-R6、R8 ;其中霍爾電流傳感器的輸出端經(jīng)電容C17連接至運(yùn)算放大器U3B的正向輸入端；電容C19和電阻R4并聯(lián)后，一端與電源負(fù)極相連，另一端則分為3路、一路經(jīng)電阻R5連接電源正極、一路經(jīng)電阻R6連接運(yùn)算放大器U3B的負(fù)向輸入端、一路經(jīng)電阻R8連接運(yùn)算放大器U3B的正向輸入端；電位器R7 —端連接運(yùn)算放大器U3B的負(fù)向輸入端,一端連接運(yùn)算放大器U3B的輸出端；運(yùn)算放大器U3B的輸出端連接施密特觸發(fā)電路的輸入端。
[0007]上述方案中，所述施密特觸發(fā)電路包括運(yùn)算放大器U3A，電位器R9、R11，電阻R10、R12-R13，電容C18和穩(wěn)壓二極管Dl ;信號(hào)放大電路的輸出端經(jīng)電阻RlO連接運(yùn)算放大器U3A的正向輸入端；電位器Rll的兩端分別連接電源正極和電源負(fù)極，電位器Rll的中間端經(jīng)電阻R13連接運(yùn)算放大器U3A的負(fù)向輸入端；電容C18的兩端分別連接電位器Rll的中間端和電源負(fù)極；電位器R9的兩端分別連接在運(yùn)算放大器U3A的正向輸入端和輸出端之間；運(yùn)算放大器U3A的輸出端經(jīng)電阻R12連接至單片機(jī)的輸入端；穩(wěn)壓二極管Dl的陽(yáng)極連接電源負(fù)極，陰極連接在電阻R12和單片機(jī)之間。
[0008]上述方案中，所述單片機(jī)為MSC-51系列單片機(jī)。
[0009]上述方案中，所述輸出脈沖電路為八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，該八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器的輸入端與單片機(jī)相連，八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器的輸出端與高速相機(jī)和數(shù)碼顯示管相連。
[0010]上述方案中，所述霍爾電流傳感器為電壓輸出型霍爾電流傳感器。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn):
[0012]1、由于采用單片機(jī)為控制核心，通過(guò)獨(dú)立按鍵設(shè)置計(jì)數(shù)值，并通過(guò)數(shù)碼管顯示預(yù)設(shè)計(jì)數(shù)值，通過(guò)單片機(jī)對(duì)施密特觸發(fā)器輸出方波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并輸出最終觸發(fā)信號(hào)，因此具有極強(qiáng)的抗干擾能力和盡可能低延遲的輸出觸發(fā)信號(hào)；
[0013]2、霍爾電流傳感器有很好的隔離作用，能保證控制電路不受焊機(jī)影響；
[0014]3、施密特觸發(fā)電路能夠有效克服由于傳感器信號(hào)輸出信號(hào)為頻帶較寬的周期性信號(hào)對(duì)系統(tǒng)觸發(fā)的實(shí)時(shí)性所造成的影響；
[0015]4、通過(guò)單片機(jī)主程序循環(huán)檢測(cè)Pl.7 口電平變化，用程序模擬方式捕獲施密特觸發(fā)電路輸出的上升沿及下降沿，并進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，最終輸出相機(jī)觸發(fā)信號(hào)，并采用定時(shí)器中斷掃描數(shù)碼顯示管及按鍵動(dòng)作。由于單片機(jī)采用24M晶振，并且單片機(jī)內(nèi)部為IT指令周期，由程序引起平均觸發(fā)延遲約為IOu S。模擬部分由于運(yùn)放上升速度，阻容網(wǎng)絡(luò)造成的模擬系統(tǒng)延遲也小于100 u S，因此無(wú)需更高速的器件并能夠使整個(gè)觸發(fā)器的延遲小于150 y S。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器的原理框圖；
[0017]圖2為圖1的實(shí)際電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]一種應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，如圖1所示，其主要由霍爾電流傳感器、信號(hào)放大電路、施密特觸發(fā)電路、單片機(jī)、按鍵、數(shù)碼顯示管和輸出脈沖電路組成。其中，霍爾電流傳感器安裝在電焊機(jī)上，霍爾電流傳感器的輸出端經(jīng)信號(hào)放大電路連接至施密特觸發(fā)電路的輸入端，施密特觸發(fā)電路的輸出端連接單片機(jī)的輸入端，單片機(jī)的輸出端經(jīng)輸出脈沖電路連接高速相機(jī)。按鍵和數(shù)碼顯示管安裝在單片機(jī)上。
[0019]在本實(shí)施例中，所示高速觸發(fā)器的具體電路如圖2所示，其中
[0020]傳感器用于對(duì)焊機(jī)電流傳感，瞬間電流非常大，瞬間電壓也較大，因此不適用電阻分壓法對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行傳感。本實(shí)用新型采用霍爾電流傳感器有很好的隔離作用，能保證控制電路不受焊機(jī)影響。由于霍爾電流傳感器常見(jiàn)輸出有電流和電壓兩種電信號(hào)輸出，而電流輸出霍爾傳感器需要在外電路增加電流電壓轉(zhuǎn)換電路，為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例采用電壓輸出型霍爾電流傳感器。設(shè)計(jì)使用的霍爾電流傳感器輸出為-5V-5V雙極性電壓信號(hào)，輸出電壓大小根據(jù)電流大小線性變化。[0021]由于在實(shí)際應(yīng)用中傳感器輸出的偏置電壓不定，頻率較低乃至直流成分較多，因此為了能使施密特觸發(fā)器輸出有效觸發(fā)信號(hào)本電路使用交流耦合方式，且在傳感器輸出后加了一級(jí)同相比例放大電路進(jìn)行增大輸入阻抗和放大。設(shè)計(jì)中使用單電源給運(yùn)放供電因此放大電路做虛地處理，放大電路為交流同相放大電路，放大倍數(shù)通過(guò)精密電位器條件，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)1-10倍可調(diào)。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述信號(hào)放大電路包括運(yùn)算放大器U3B，電容C17、C19，電位器R7和電阻R4-R6、R8。其中霍爾電流傳感器的輸出端經(jīng)電容C17連接至運(yùn)算放大器U3B的正向輸入端。電容C19和電阻R4并聯(lián)后，一端與電源負(fù)極相連，另一端則分為3路、一路經(jīng)電阻R5連接電源正極、一路經(jīng)電阻R6連接運(yùn)算放大器U3B的負(fù)向輸入端、一路經(jīng)電阻R8連接運(yùn)算放大器U3B的正向輸入端。電位器R7 —端連接運(yùn)算放大器U3B的負(fù)向輸入端，一端連接運(yùn)算放大器U3B的輸出端。運(yùn)算放大器U3B的輸出端連接施密特觸發(fā)電路的輸入端。
[0022]經(jīng)過(guò)前面放大阻抗匹配電路，輸出信號(hào)為0-5V的交流電壓信號(hào)。施密特觸發(fā)電路有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)電路采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持。對(duì)于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號(hào)，施密特觸發(fā)電路有不同的閥值電壓。由于輸入信號(hào)幅度范圍由不同焊機(jī)及焊絲等焊接參數(shù)決定，為保證能輸出正確觸發(fā)電平，設(shè)計(jì)施密特觸發(fā)電路采用單運(yùn)放設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，且正、負(fù)向閾值電壓可調(diào)。所以施密特觸發(fā)器由Rll對(duì)AVCC分壓產(chǎn)生觸發(fā)器原點(diǎn)電壓，由電位器R7大小決定觸發(fā)器回差電壓。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述施密特觸發(fā)電路包括運(yùn)算放大器U3A，電位器R9、R11，電阻RIO、R12-R13，電容C18和穩(wěn)壓二極管D1。信號(hào)放大電路的輸出端經(jīng)電阻RlO連接運(yùn)算放大器U3A的正向輸入端。電位器Rll的兩端分別連接電源正極和電源負(fù)極，電位器Rll的中間端經(jīng)電阻R13連接運(yùn)算放大器U3A的負(fù)向輸入端。電容C18的兩端分別連接電位器Rll的中間端和電源負(fù)極。電位器R9的兩端分別連接在運(yùn)算放大器U3A的正向輸入端和輸出端之間。運(yùn)算放大器U3A的輸出端經(jīng)電阻R12連接至單片機(jī)的輸入端。穩(wěn)壓二極管Dl的陽(yáng)極連接電源負(fù)極，陰極連接在電阻R12和單片機(jī)之間。
[0023]在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述單片機(jī)為MSC-51系列單片機(jī)。單片機(jī)使用Pl.7輸入施密特整形后的波形，Pl.0輸出計(jì)數(shù)后的觸發(fā)脈沖，由74HC573進(jìn)行輸出緩沖并輸出。用PO 口接上拉電阻驅(qū)動(dòng)兩位數(shù)碼顯示管段碼，P2.6、P2.7 口連接74HC573驅(qū)動(dòng)位數(shù)碼顯示管位選信號(hào)，兩位共陰數(shù)碼顯示管采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。系統(tǒng)計(jì)數(shù)預(yù)置值由P2.0-P2.4口接的按鍵控制。
[0024]在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，所述輸出脈沖電路為八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，該八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器的輸入端與單片機(jī)相連，八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器的輸出端與高速相機(jī)和數(shù)碼顯示管相連。
【權(quán)利要求】
1.應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，其特征在于:由霍爾電流傳感器、信號(hào)放大電路、施密特觸發(fā)電路、單片機(jī)、按鍵、數(shù)碼顯示管和輸出脈沖電路組成；其中，霍爾電流傳感器安裝在電焊機(jī)上，霍爾電流傳感器的輸出端經(jīng)信號(hào)放大電路連接至施密特觸發(fā)電路的輸入端，施密特觸發(fā)電路的輸出端連接單片機(jī)的輸入端，單片機(jī)的輸出端經(jīng)輸出脈沖電路連接高速相機(jī)；按鍵和數(shù)碼顯示管安裝在單片機(jī)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，其特征在于:所述信號(hào)放大電路包括運(yùn)算放大器U3B，電容C17、C19，電位器R7和電阻R4_R6、R8 ;其中霍爾電流傳感器的輸出端經(jīng)電容C17連接至運(yùn)算放大器U3B的正向輸入端；電容C19和電阻R4并聯(lián)后，一端與電源負(fù)極相連，另一端則分為3路、一路經(jīng)電阻R5連接電源正極、一路經(jīng)電阻R6連接運(yùn)算放大器U3B的負(fù)向輸入端、一路經(jīng)電阻R8連接運(yùn)算放大器U3B的正向輸入端；電位器R7 —端連接運(yùn)算放大器U3B的負(fù)向輸入端，一端連接運(yùn)算放大器U3B的輸出端；運(yùn)算放大器U3B的輸出端連接施密特觸發(fā)電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，其特征在于:所述施密特觸發(fā)電路包括運(yùn)算放大器U3A，電位器R9、Rll,電阻RIO、R12-R13，電容C18和穩(wěn)壓二極管Dl ;信號(hào)放大電路的輸出端經(jīng)電阻RlO連接運(yùn)算放大器U3A的正向輸入端；電位器Rll的兩端分別連接電源正極和電源負(fù)極，電位器Rll的中間端經(jīng)電阻R13連接運(yùn)算放大器U3A的負(fù)向輸入端；電容C18的兩端分別連接電位器Rll的中間端和電源負(fù)極；電位器R9的兩端分別連接在運(yùn)算放大器U3A的正向輸入端和輸出端之間；運(yùn)算放大器U3A的輸出端經(jīng)電阻R12連接至單片機(jī)的輸入端；穩(wěn)壓二極管Dl的陽(yáng)極連接電源負(fù)極，陰極連接在電阻R12和單片機(jī)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，其特征在于:所述單片機(jī)為MSC-51系列單片機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，其特征在于:所述輸出脈沖電路為八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器，該八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器的輸入端與單片機(jī)相連，八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器的輸出端與高速相機(jī)和數(shù)碼顯示管相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于電焊機(jī)捕捉電焊瞬間快照的高速觸發(fā)器，其特征在于:所述霍爾電流傳感器為電壓輸出型霍爾電流傳感器。
【文檔編號(hào)】B23K9/16GK203414763SQ201320424173
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月17日
【發(fā)明者】劉曉剛, 蔣志勇, 覃科 申請(qǐng)人:桂林航天工業(yè)學(xué)院