焊机的数字化包括两方面的内容:一是主电路的数字化,另一个是控制电路的数字化。
主电路的数字化,即从模拟式焊接电源到开关式焊接电源、逆变式焊接电源主电路,发展到现在大量应用的是IGBT、MOSFET或双极性晶体管式弧焊逆变器。而且涉及的焊接方法和材料范围越来越广,功率越来越大,相对体积越来越小。
控制电路的数字化方面的技术应用发展是非常快的。就控制系统的结构而言,数字化焊接电源的控制部分由单片机和DSP(数字信号处理器)共同构成,对给定信号流、参数反馈流和网压信号流作综合处理与运算、控制,达到焊接电源的数字化、信息化、柔性化的控制。
人机接口技术,入机交互系统是人机最直接的操作界面,是操作者向计算机输入信息、发出指令及观察现场参数和信息的窗口,具有友好性、灵活性、功能性、明确性、一致性、可靠性等特点。国外已有焊机将液晶显示和键盘操作相结合,进行焊接方法、焊接工艺参数设置和信息显示等的人机交互过程。焊接小车和送丝拖动系统的数字化控制、伺服拖动:工业机器人和专机与焊机的数字化接口技术已经得到了应用。随着机器人和专机在生产中大量应用,’与焊机数字化接口技术得到了迅速的发展。
以日本OTC公司最新推出的数字化焊机DP350为例,这是一种全数字控制脉冲逆变焊机,可以焊接各类碳钢和低合金钢、不锈钢、铝及铝合金等。
适应MIC/MAG/C02等多种焊接方法。主要性能:最新的数字化脉冲波形控制技术:数字化飞溅及熔滴过渡控制;恒弧长控制、熔深控制技术:可以储存100个焊接条件;与机器入控制器或者PC的通讯接口:伺服拖动的四轮送丝机;数码显示焊接电流及电压。
数字化逆变焊机通常采用三相交流电供电,经整流和滤波后变成直流电,将其逆变成几千到几万赫兹的中频交流电,再经中频变压器降至适合焊接的几十伏交流或直流电压,并借助于DSP,ARM等嵌入式微处理器完成。数字化电路的特点是对元器件参数变化不敏感,比如一个输入或输出电阻从1kΩ变化到10kΩ都不会影响焊机的性能。所以数字化焊机的一致性、稳定性远比传统焊机要好。数字化焊机采用高速DSP控制,能够及时发现和纠正主变偏磁,有效避免了焊机因主变偏磁而损坏,大大提高了其可靠性;具备欠压、过压及过热保护功能;ICBT与风道隔离,避免了淋雨、灰尘等损坏焊机。
此外,由于采用数字化技术,大大减少了元器件数量,提高了电路的可靠性。数字化焊机的功能是靠软件来实现的,增加焊机功能只需改变其软件即可,各功能模块相互独立,增加新功能完全不影响原有功能和性能,所以数字化焊机功能可以做的很丰富。比如Nebula系列焊机具有药皮手工焊、直流氩弧焊、脉冲氩弧焊、氩弧点焊、气保焊(C02,MIG,MAG)、脉冲气保焊、双脉冲气保焊和碳弧气刨等8种焊接方式。每种功能都具有很多可调参数,用户既可以采用系统默认的参数非常方便地设置焊机,也可以根据不同的焊接要求精细地调整焊机,使之达到最佳焊接效果。
模拟控制的精度~般由元件参数值引起的误差和运算放大器非理想特性参数引起的误差所决定,很难做到高精度控制。而数字化控制的精度仅仅与模一数转化的量化误差及系统有限字长有关,因此数字化控制可以获得很高的精度。
特别是对于像脉冲气保这样先进的焊接方式.对电弧能量控制要求非常严格,要实现无飞溅、短弧、低热输入量的目的,必须精确控制每个脉冲的电流电压,真正实现一脉一滴基值过渡。Nebula500D系列焊机的电流误差<1A,电压误差<1V,时间误差<1微秒,很好地实现了脉冲过渡。新型的数字化焊机大都采用了高频软开关技术,大大提高了焊机的动态相应速度,比如FRONIUS的TPS5000焊机逆变频率高达70kHz,动态相应速度很快,动态速度的提高极大地提升了焊机的焊接性能。
数字化技术的应用使得焊机成为了一台智能设备,可以像计算机一样具有数据库功能,能把很多焊接专家的经验存储到数据库中,使普通焊工很容易焊出专家级的焊接水平。尤其是一些先进的焊接方式,需要调节的参数很多,如果由用户自己去匹配这么多参数是一件很困难的事,所以专家数据库已经成为了数字化焊机最突出的优点。
Nebula500D系列焊机内置100套专家数据库,适应的材料有铝、铝镁台金、铝硅合金、铜硅合金、铜铝合金、不锈钢307、不锈钢308、不锈钢药芯焊丝、碳钢、碱性药芯焊丝、酸性药芯焊丝、铁粉芯药芯焊丝等,特别适合于焊接质量要求高的军工、机车、钢结构、造船、有色金属焊接等领域。
数字化焊机是采用数字化技术的逆变焊机,大大扩展了其功能,提升了焊接性能,未来焊机市场必然是数字化逆变焊机一统天下。不过在选择数字化焊机时一定要仔细鉴别,因为数字化焊机的发展主流,大家都想打数字化的招牌。区别数字化焊接的关键在于看其核心控制部分即电流调节和PWM产生是否是数字化的,是否是由DSP直接产生的,只有实现了核心控制的数字化,才是真正的数字化焊机,其焊接性能才能真正有质的提高,有些焊机只是采用了数码显示电流电压就号称数字化焊机,一般消费者还难以辨别真假。
我国数字化逆变焊机有100多个品种,性能可以与国外品牌媲美,尤其是其新产品500D焊机逆变频率达到了100kHz,动态响应速度明显超过了FRONIUS的TPS系列数字化焊机,断弧次数明显比TPS少,克服了TPS焊机脉冲气保焊机,当向下压焊枪时有连续不断的飞溅的缺点。此外其机器人自动焊性能也明显优于FRONIUS,FRONIUS本身没有自己的DEVICENET技术,焊机连接机器人时需要外加~个第三方的DEVICENET模块,该模块将焊机的RS422信号转换为DEVICENET信号,经过这么一个转换后整体通讯速度大大降低(至少比直接DEVICENET连接降低20倍),所以在焊接节拍要求较高的场合是无法满足要求的,现在机器人焊接节拍要求越来越快,对通讯速度要求也越来越高,很多机器入厂家已经在开发100MHz的通讯接口。
另外,经过这么一个转换模块后已经不是真正的DEVICENET,很多基本的DEVICENET功能都实现不了,例如机器人无法读到焊机的基本信息比如设备厂家代码,设备名称,设备状态,目前焊机设定的焊接电流、焊接电压、JOB号等重要信息。NEBUL,A500D系列焊机直接集成DE-VICENET.而且DEVICENET与焊机控制由同一个高性能DSP完成,避免了多个CPU之间信号传输的延时,大大提高了焊机与外部设备之间的通讯速度,是真正的DEVICENET.能完整地实现DE-VICENET协议的各种功能,能直接与各种DE-VICENET设备(包括机器人、PLC)通讯,是最好的数字化焊机。
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