專利名稱：一種具有異常保護功能的工模具修補機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種工模具修補機，特別是一種具有異常保護功能的工模具修補機。
最初的工模具修補機，其脈沖電能輸出電路一般都采用大功率可控硅(晶閘管)及脈沖變壓器，如94217712.6號的中國實用新型專利《工模具修補機》就是如此，其缺點在于一是大功率可控硅容工作于高壓大電流狀態容易產生諧波干擾，二是脈沖變壓器的功率會使輸出能量受到限制，同時脈沖變壓器的存在使修補機具有較大的重量。
為此，本人的在先實用新型專利97242910.7號的《一種工模具修補機》提供了一種采用低壓大電容及場效應管作為儲能放電元件的低壓儲能式工模具修補機，它包括輸出正極、輸出負極及其控制電路，輸出正極通過工件連接器與工件電連接，輸出負極通過焊頭與補材電連接，其特征在于所述的輸出正極、輸出負極的控制電路包括電源電路、電容儲能電路和放電控制電路，電容儲能電路包括作為儲能元件的多個相互并聯的低壓大容量電容組和作為開關元件的多個相互并聯的場效應管組，電容組并聯在電源電路的輸出兩端，電容的正極共接直接作為輸出正極，電容的負極共接場效應管組的各源極，場效應管組的各漏極共接作為輸出負極，場效應管組的各控制柵極共接放電控制電路的輸出端。
然而，在實踐中發現，工模具修補機在修補工件時，如操作不當會發生拉弧放電而損傷工件現象，特別是修補模具型腔時焊頭滑脫而碰到完好表面造成拉弧損傷影響更大。00249753.0號的中國實用新型專利《智能保護工模具修補機》通過增設一保護電路，解決了因焊頭接觸工件的時間遲于腳踏開關啟動時間或因焊頭脫離工件較長時間(大于10毫秒)而引起的焊頭與工件的放電拉弧問題，但仍然無法解決修補模具型腔時焊頭滑脫并碰到完好表面而造成拉弧操作、燒傷工件的問題，其原因在于該不當操作在不到1毫秒內發生，而該專利因其電路設計的自身局限，其保護電路的反應時間在6毫秒以上。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種其保護電路的反應速度快得足以有效解決因焊頭滑脫損傷工件的問題的工模具修補機。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為具有異常保護功能的工模具修補機包括輸出正極、輸出負極及其控制電路，輸出正極與工件電連接，輸出負極與焊頭電連接，所述的控制電路包括工作電源電路、電容儲能電路、放電開關電路和放電控制電路，其中，電容儲能電路由作為儲能元件的多個并聯在工作電源電路輸出兩端的低壓大容量電容組構成，電容組共接的正極即為輸出正極，電容組共接的負極則與工作電源的負極相接，放電開關電路的輸出端即作為輸出負極與焊頭電連接，放電開關電路的控制端則與放電控制電路的輸出端相接；所述的放電控制電路包括脈沖發生電路和輸出激勵電路，脈沖發生電路的輸出端接輸出激勵電路的輸入端，輸出激勵電路的輸出端即為整個放電控制電路的輸出端；其特征在于，還包括有一異常保護電路，包括順次連接的信號檢測電路、比較放大電路、觸發鎖定電路和關斷執行電路，其中信號檢測電路的一個輸入端接輸出激勵電路的輸入端，另一個輸入端直接接輸出負極，關斷執行電路的輸出端接輸出激勵電路的輸入端。
所述的放電開關電路以采用多個相互并聯的場效應管組為佳場效應管組的各源極共接電容組的共接負極，各漏極共接作為輸出負極，場效應管組的各控制柵極共接放電控制電路的輸出端。
與現有技術相比，本發明的優點在于直接從輸出激勵電路的輸入端和輸出負極采集比較信號，因此不管是何種異常操作，只要焊頭與工件脫離，能立即檢測出異常信號，并通過引入另一路幅度度相同、相位相反的驅動信號來抵消輸出負極端正常導通時的低電平以保護工件，從而大幅度提高了檢測靈敏度；同時，在保護控制部分還采用將驅動脈沖信號直接短路入地的方法，迅速關斷功率輸出，使整個保護電路的反應時間小于0.2毫秒。
圖2為本發明實施例的電路原理圖。
如
圖1、圖2所示，具有異常保護功能的工模具修補機包括輸出正極①、輸出負極⑥及其控制電路，輸出正極①通過工件連接器②與工件③電連接，輸出負極⑥通過焊頭⑤與補材④電連接；所述的輸出正極①、輸出負極⑥的控制電路包括工作電源電路、電容儲能電路、放電開關電路和放電控制電路；工作電源電路順次包括浪涌抑制電阻R1、變壓器B1、B2、熔斷器RD、橋式整流二極管組D1～D4，其中變壓器B1、B2的初級線圈相互并聯，次級線圈相互串聯，而且B2的初級線圈上接有粗調開關K1之K1-1(K1為一雙刀雙擲開關)，K1-1的a、b端與B2的初級線圈相串聯，K1-1的a、c端與其并聯，當開關K1-1的a、c端閉合時，B2的初級線圈被短路而失電，其次級線圈電勢為零，因而輸出電壓降低，可起到粗調輸出功率的作用；電容儲能電路由多個相互并聯的低壓大容量電容組構成，放電開關電路多個相互并聯的場效應管組構成，在本實施例中分別采用5個電容C1～C5電容和12個場效應管T1～T12，電容C1～C5的正極共接作為輸出正極①，它們的負極共接場效應管組T1～T12的各源極，T1～T12的各漏極共接作為輸出負極⑥，各控制柵極共接放電控制電路的輸出端；在場效應管T1～T12的漏極與電源輸出正極之間串接有一保護二極管D5；當各場效應管T1～T12導通時，放電電流從電容C1～C5正極(即輸出正極①)→工件連接器②→工件③→補材④→焊頭⑤→輸出負極⑥→場效應管T1～T12→電容C1～C5負極構成完整的放電回路，由于工件連接器②的電阻很小(約10毫歐)，因而絕大部分功率加在工件③與補材④的連接處，使其迅速熔接在一起。
所述的放電控制電路包括由啟動整形電路、連續脈沖發生電路和脈寬控制電路構成的脈沖發生電路、輸出激勵電路以及異常保護電路啟動整形電路以運放F2為中心元件，同相端經電阻R41、R42接腳踏啟動開關K2的a端(K2為一單刀雙擲開關)，K2的c端直接接電源，b端接地，其反相端接穩壓二極管D7的陰極，穩壓二極管D7與電阻R31串接在電源V的兩端構成一基準電位電源；正反饋電阻R40跨接在F2的同相端與輸出端之間，電容C12的負極接地，正極接電阻R14的另一端；運放F2的輸出端接單次/連續控制開關K3的c端；連續脈沖發生電路以555芯片TS1為中心元件，配合外圍的電阻R14、R15及電容C6、C7構成一多諧振蕩器，一般振蕩頻率設定在3Hz左右，其輸出端out接控制開關K3的b端，其復位端R接三極管T13的集電極，T13的發射極接地，其基極接電阻R18與R17的共接點，電阻R18、R17串接在運放F2輸出與地之間的回路上，因而三極管T13的基極電位受運放F2的輸出控制；脈寬控制電路以555芯片TS2為中心元件，配合其外圍的三極管T14、電容C9、C10、電阻R19～R23及電位器W1構成一單穩態觸發器，TS2的放電端D、閾值端TH共接三極管T14的集電極，并經電容C9接地，三極管T14的發射極經電阻R23接電源正極，基極經電阻R21接電位器W1、電阻R20后接地，電位器W1的另一端經電阻R19接電源正極，三極管T14、電阻R23、R21、R20、R19及電位器W1構成一可控恒流電路對電容C9充電，恒流值由R23阻值和W1的動點位置決定；電容C8、電阻R22、R29構成一微分觸發電路，其一端接開關K3的a端，另一端接TS2的觸發端TR；輸出激勵電路主要由相互串接的推挽三極管T16、T17構成，它們的基極共接并經電阻R28與TS2的輸出端OUT相連，T16的集電極經電阻R30接12V的電源正極V+，T17的集電極接地，T16、T17共接的發射極即為整個放電控制電路的總輸出端，分別經電阻R2～R13接場效應管T1～T12的控制柵極；改變R30的阻值可調節熔接電流的上升速率。
功率穩定電路以運放F1為中心元件，其同相端經電阻R32接穩壓二極管D7陰極，得到基準電位，F1的反相端經電阻R33、R34、R43接儲能電容的正極，電阻R33與電阻R34共接點再接電阻R36后接儲能電容的負極，電阻R35跨接在F1的反相端和輸出端之間，F1的輸出端經電阻R27接脈寬控制電路的TS2之控制端CO；其中電阻R43還并聯有初調開關K1之K1-2的a、c端，當K1的a、c端閉合時，一方面K1-1短路變壓器B2的初級線圈使最后的儲能電容輸出電壓降低，另一方面K1-2同時短路R43，減小電阻(R34+R43)與R36的阻值比，使運放F1的反相端電位基本保持不變，保證F1的工作點基本不變，從而保證整個放電控制電路正常工作。
異常保護電路包括順次連接的信號檢測電路、比較放大電路、觸發鎖定電路和關斷執行電路信號檢測電路由電阻R44、二極管D8、D9、電阻R45、可調電阻W2、電阻R46、電容R13以及電阻58構成，電阻R44的一端接輸出激勵電路的輸入端，另一端一路經二極管D8接輸出正極，另一路則串接二極管D9、電阻R45、可調電阻W2、電阻R46接輸出負極，電容C13則并聯在電阻R46的二端，其作用是將經過功率放大后被延遲的信號提前，使其與參照信號在相位上對齊；電阻R58則接在輸出負極與地之間，以便在焊頭與工件脫離時，將電路中的累計電荷迅速對地放電，以加快保護電路的反應速度；其中可調電阻W2的可調中間端即為信號檢測電路的輸出端；其中二極管D8作用是將脈沖幅度鉗位，使參照脈沖的幅度與信號脈沖的幅度對齊；二極管D9的主要作用是阻斷低電平信號，使檢測信號不受其影響；比較放大電路以PNP型三極管T18為核心元件，T18的基極與所述可調電阻W2的可調中間端相連，集電極經電阻R48接地，發射極一路經電阻R47接輸出正極，另一路經電阻R49接地；在三極管T18的集電極與地之間還可接有濾波電容C14，以濾除尖峰干擾，在三極管T18的發射極與地之間還可接有旁路電容C15；觸發鎖定電路以二個接成正反饋互鎖關系的三極管T19、T20為核心，T19的基極經電阻R53接T20的集電極，T20的基極則經電阻R52接T19的集電極；同時，T19的基極經電阻R50與三極管T18的集電極相連，T19的集電極經電阻R51與控制電路電源正極V+相連，T19的發射極則與腳踏啟動開關K2之固定端a；而T20的基極經電阻R54接地，T20的集電極經電阻R55與控制電路電源正極V+相連，T20的發射極接地；其中三極管T20的集電極即為觸發鎖定電路的輸出端；關斷執行電路以三極管T21為核心元件，其基極經電阻R56接三極管T20的集電極，其發射極接地，并在基極與發射極之間接有電阻R57，其集電極即為輸出端接輸出激勵電路的輸入端。
為能在實際使用中靈活地選擇異常保護電路的工作與否，可在所述的三極管T20之集電極與所述的三極管T21之基極之間串接一單刀雙擲型開關K4，其中三極管T20之集電極經電阻R56接K4的固定端a，K4的b端接電阻R57，c端接地，這樣當K4的a、c端閉合時，異常保護電路就不起作用。
為能在異常發生時報警示意，在所述的異常保護電路中還可設置一報警電路，可采用現有技術中的各種聲光報警電路，只需將其信號輸入端與三極管T20的集電極相連即可，具體電路略。
整個放電控制電路的工作過程為首先由開關K3選擇單次脈沖方式還是連續脈沖方式；當開關K3的a、c端閉合時，即為單次脈沖方式，此時連續脈沖發生電路的輸出不起作用，當啟動整形電路的腳踏啟動開關K2的a、b端閉合時，運放F2的同相端電位低于反相端電位，經電阻R40的正反饋F2的輸出端被鎖定在低電位，此后只要K2的a、c端不閉合，F2也就保持輸出低電位不變，避免了因觸點抖動引起的誤觸發；F2輸出的負跳變通過C8、R22等構成的微分電路觸發脈寬控制電路，TS2輸出端OUT輸出高電平，經輸出激勵電路放大后控制場效應管組T1～T12導通，于是儲能電容組C1～C5一起向工件及補材放電，與次同時電容C9被由三極管T14、電阻R23、R21、R20、R19及電位器W1構成的恒流電路充電，當電容C9上的電壓超過TS2的控制端CO電位時，TS2輸出端OUT翻轉恢復至穩態，場效應管組T1～T12關斷，電容組C1～C5停止放電而開始重新充電；當開關K3的a、b端閉合時，連續脈沖發生電路輸出起作用，即為連續脈沖方式；當開關K2的a、c端閉合時(K2復位)，運放F2輸出高電平，三極管T13導通，TS1的復位端R為零電位，TS1不工作，而當開關a、b端閉合時，運放F2輸出低電壓，三極管T13截止使TS1的R端由0V變為約12V，振蕩電路起振，脈沖信號從TS1的輸出端OUT輸出，經開關K3、電容C8觸發脈寬控制電路，使TS2輸出頻率為約3Hz的寬度可調高電平脈沖，經輸出激勵電路放大后控制場效應管組T1～T12間隔導通，使儲能電容組間隔放電。
而異常保護電路的工作過程為信號檢測電路一端由電阻R44、二極管D9、電阻R45和可調電阻W2從三極管T16、T17基極取出正極性脈沖作參照信號，另一端由電阻R46、可調電阻W2取出焊頭接觸狀態的信號，該信號在正常情況下是負極性脈沖，脈沖頂部幅度為主電源幅值，底部電壓幅度為場效應管的導通壓降；兩個互為反相的信號通過電阻R45、R46分別加在可調電阻W2的兩端求和，結果在W2的可調中間端輸出。
在正常焊補時，調節可調電阻W2可以使三極管T18處于基極電位比發射極電位低0.5V的臨界狀態，三極管T18的集電極剛好無輸出；此時，如腳踏啟動開關K2沒有被踩下時，其a端接在高電平，則三極管T19截止，而三極管T20飽和導通，T20的集電極輸出低電平，三極管T21截止，不影響正常焊補；如腳踏啟動開關K2被踩下時，則其a端被接地，但由于此時T18的集電極無輸出而為0V，因此三極管T19仍然處于截止狀態，三極管T20仍然飽和導通，T20的集電極仍然輸出低電平，三極管T21仍處于截止狀態，也不影響正常焊補；當修補機在焊補工作過程中發生焊頭接觸不良或開路時，可調電阻W2的可調中間端輸出電壓降低，三極管T18進入放大狀態，通過R50使三極管T19的基極電位上升，當達到0.6V時，三極管T19進入放大區，其集電極電位下降，三極管T20的基極電位也隨之下降，當下降到一定數值時，電路進入正反饋狀態，三極管T20截止，其集電極輸出高電平，三極管T21迅即導通，于是三極管T16、T17的基極電位被接地而關斷，場效應管組T1～T12也就被迅速關斷，從而使工件得到保護。此后，只要腳踏啟動開關K2不放松，電路就一直被鎖定，不受焊頭接觸情況的影響，放松腳踏開關K2，其a、c端閉合，則三極管T19因發射極被接在高電平而截止，同時，三極管T20導通，其集電極輸出低電平，三極管T21截止，允許修補機再次工作。
權利要求
1.一種具有異常保護功能的工模具修補機，包括輸出正極、輸出負極及其控制電路，輸出正極與工件電連接，輸出負極與焊頭電連接，所述的控制電路包括工作電源電路、電容儲能電路、放電開關電路和放電控制電路，其中，電容儲能電路由作為儲能元件的多個并聯在工作電源電路輸出兩端的低壓大容量電容組構成，電容組共接的正極即為輸出正極，電容組共接的負極則與工作電源的負極相接，放電開關電路的輸出端即作為輸出負極與焊頭電連接，放電開關電路的控制端則與放電控制電路的輸出端相接；所述的放電控制電路包括脈沖發生電路和輸出激勵電路，脈沖發生電路的輸出端接輸出激勵電路的輸入端，輸出激勵電路的輸出端即為整個放電控制電路的輸出端；其特征在于，還包括有一異常保護電路，包括順次連接的信號檢測電路、比較放大電路、觸發鎖定電路和關斷執行電路，其中信號檢測電路的一個輸入端接輸出激勵電路的輸入端，另一個輸入端直接接輸出負極，關斷執行電路的輸出端接輸出激勵電路的輸入端。
2.根據權利要求1所述的具有異常保護功能的工模具修補機，其特征在于所述的放電開關電路采用多個相互并聯的場效應管組場效應管組的各源極共接電容組的共接負極，各漏極共接作為輸出負極，場效應管組的各控制柵極共接放電控制電路的輸出端。
3.根據權利要求1或2所述的具有異常保護功能的工模具修補機，其特征在于在所述的異常保護電路中，信號檢測電路由電阻R44、二極管D8、D9、電阻R45、可調電阻W2、電阻R46、電容R13及電阻R58構成，電阻R44的一端接輸出激勵電路的輸入端，另一端一路經二極管D8接輸出正極，另一路則串接二極管D9、電阻R45、可調電阻W2、電阻R46接輸出負極，電容C13則并聯在電阻R46的二端，其中可調電阻W2的可調中間端即為信號檢測電路的輸出端，電阻R58則接在輸出負極與地之間；比較放大電路以PNP型三極管T18為核心元件，T18的基極與所述可調電阻W2的可調中間端相連，集電極經電阻R48接地，發射極一路經電阻R47接輸出正極，另一路經電阻R49接地；觸發鎖定電路以二個接成正反饋互鎖關系的三極管T19、T20為核心，T19的基極經電阻R53接T20的集電極，T20的基極則經電阻R52接T19的集電極；同時，T19的基極經電阻R50與三極管T18的集電極相連，T19的集電極經電阻R51與控制電路電源正極V+相連，T19的發射極則與一單刀雙擲型開關K之固定端相連，該單刀雙擲型開關K的活動端則在控制電路電源V+與地之間切換；而T20的基極經電阻R54接地，T20的集電極經電阻R55與控制電路電源正極V+相連，T20的發射極接地；其中三極管T20的集電極即為觸發鎖定電路的輸出端；關斷執行電路以三極管T21為核心元件，其基極經電阻R56接三極管T20的集電極，其發射極接地，并在基極與發射極之間接有電阻R57，其集電極即為輸出端接輸出激勵電路的輸入端。
4.根據權利要求3所述的具有異常保護功能的工模具修補機，其特征在于所述的三極管T18的集電極與地之間還接有濾波電容C14。
5.根據權利要求3所述的具有異常保護功能的工模具修補機，其特征在于所述的三極管T18的發射極與地之間還接有旁路電容C15。
6.根據權利要求3所述的具有異常保護功能的工模具修補機，其特征在于所述的三極管T20之集電極與所述的三極管T21之基極之間還串接有一單刀雙擲型開關K4，其中三極管T20之集電極經電阻R56接K4的固定端a，K4的b端接電阻R57，c端接地。
7.根據權利要求3所述的具有異常保護功能的工模具修補機，其特征在于所述的輸出激勵電路主要由相互串接的推挽三極管T16、T17構成，它們的基極共接作為輸入端，并經電阻R28接脈沖發生電路的輸出端，三極管T16的集電極經電阻R30接控制電路電源正極V+，T17的集電極接地，T16、T17共接的發射極即為輸出端，也即整個放電控制電路的總輸出端。
8.根據權利要求3所述的具有異常保護功能的工模具修補機，其特征在于所述的脈沖發生電路由啟動整形電路、連續脈沖發生電路和脈寬控制電路構成，其中啟動整形電路以運放F2為中心元件，并由串接在控制電路電源V的兩端的穩壓二極管D7與電阻R31構成基準電位電源，F2的同相端經電阻R41、R42接單刀雙擲型的腳踏啟動開關K2之固定端a，K2的c端直接接電源，b端接地，其反相端接基準電位電源——即穩壓二極管D7的陰極，正反饋電阻R40跨接在F2的同相端與輸出端之間，運放F2的輸出端接單次/連續控制開關K3的c端；所述的K2即可作為與所述觸發鎖定電路中的三極管T19發射極相連的K；連續脈沖發生電路以555芯片TS1為中心元件，配合外圍的電阻R14、R15及電容C6、C7構成一多諧振蕩器，其輸出端out接控制開關K3的b端，其復位端R接三極管T13的集電極，T13的發射極接地，其基極接電阻R18與R17的共接點，電阻R18、R17串接在運放F2輸出與地之間的回路上；脈寬控制電路以555芯片TS2為中心元件，配合其外圍的三極管T14、電容C9、C10、電阻R19～R23及電位器W1構成一單穩態觸發器，三極管T14、電阻R23、R21、R20、R19及電位器W1構成一可控恒流電路對電容C9充電，電容C8、電阻R22、R29構成一微分觸發電路，其一端接開關K3的a端，另一端接TS2的觸發端TR；其中TS2的輸出端OUT即為整個脈沖發生電路的輸出端。
9.根據權利要求3所述的具有異常保護功能的工模具修補機，其特征在于所述的放電控制電路還包括有功率穩定電路以運放F1為中心元件，其同相端經電阻R32接接基準電位電源——即穩壓二極管D7的陰極，其反相端經電阻R33、R34、R43接儲能電容的正極，電阻R33與電阻R34共接點再接電阻R36后接儲能電容的負極，電阻R35跨接在F1的反相端和輸出端之間，F1的輸出端經電阻R27接脈寬控制電路的TS2之控制端CO。
10.根據權利要求1或2所述的具有異常保護功能的工模具修補機，其特征在于所述的工作電源電路順次包括浪涌抑制電阻R1、變壓器B1、B2、熔斷器RD、橋式整流二極管組D1～D4，其中變壓器B1、B2的初級線圈相互并聯，次級線圈相互串聯，而且B2的初級線圈上接有粗調開關K1之K1-1，K1為一雙刀雙擲開關，K1-1的a、b端與B2的初級線圈相串聯，K1-1的a、c端與其并聯；初調開關K1之K1-2的a、c端并聯在電阻R43的兩端。
全文摘要
一種具有異常保護功能的工模具修補機,包括輸出正極、輸出負極及其控制電路,輸出正極與工件電連接,輸出負極與焊頭電連接,所述的控制電路包括:工作電源電路、電容儲能電路、放電開關電路和放電控制電路,其中,所述的放電控制電路包括脈沖發生電路和輸出激勵電路,脈沖發生電路的輸出端接輸出激勵電路的輸入端,輸出激勵電路的輸出端即為整個放電控制電路的輸出端;其特征在于,還包括有一異常保護電路,包括順次連接的信號檢測電路、比較放大電路、觸發鎖定電路和關斷執行電路,其中信號檢測電路的一個輸入端接輸出激勵電路的輸入端,另一個輸入端直接接輸出負極,關斷執行電路的輸出端接輸出激勵電路的輸入端。本發明的檢測靈敏度高,遇異常操作時關斷迅速,整個保護電路的反應時間小于0.2毫秒。
文檔編號B23K11/26GK1363442SQ0211086
公開日2002年8月14日 申請日期2002年2月9日 優先權日2002年2月9日
發明者宣浩 申請人:宣浩