人人图书馆_电阻焊焊接电流监测系统

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2007年第4期
电阻焊焊接电流监测系统
天津商学院信息工程学院(300134) 崔艳波　赵继华　毕玉兰
摘要　介绍了一种电阻焊焊接电流监测系统,重点阐明其硬件设计、测量原理及软件方面的管理功能。系统
包含16个检测单元,可对16个检测点的焊接电流同时进行监测,能及时发现电流超限、欠限焊点和漏焊焊点,有
助于焊接问题的及时发现和处理,从而为焊接质量提供了保证。监控管理微机可以控制16个检测单元的工作参
数设置;同时负责接收、处理检测单元实时上传的采样数据,并及时显示在监控屏上。经处理的采样数据同时存储
到数据库文件中,以便日后分析和查询。

关键词:　电阻焊　电流检测　实时监控
中图分类号:　TG438.2

0　前 言
电阻焊是一种将金属工件连接在一起的高效率的
焊接方法,广泛应用于汽车制造、五金家电等工业化批
量生产中
[1]
。随着工业自动化程度的日益提高,对产

品生产过程的质量监控要求越来越严格,因此,采用更
加精确的方法来监测与控制电阻焊过程及质量是亟待
解决的问题。通常,以焊接时间、焊接电流作为监控焊
点质量的依据。目前,以大电流测试仪为主要检测手
段,它仅适应于单点焊和有焊接电流的情况,而不能实
现对多点同时焊接情况下各焊点电流的同时测量和及
时发现漏焊焊点。为此,专门开发了文中所述的电流
检测系统,通过它对焊接过程进行准确监控,能够有效
解决:①多点焊接情况下各焊点的电流同时测量,方便
设备调试;②及时发现电流超、欠限焊点或漏焊焊点;
③实时记录焊接过程各焊点的电流信息,满足ISO9000
质量管理体系对焊接质量管理的要求。

1　系统组成
如图1所示,该系统由电流测量装置和监控管理
微机两大部分组成。电流测量装置由1～16个测量单
元组成,根据实际需要选择具体数量的电流测量单元。每个电流测量单元的检测结果的显示、记录及管理由管理微机实现。测量单元部分与管理微机之间由RS-485总线联接,可方便远距离放置管理微机及增加系统安装的灵活性。隔离232/485转换单元负责将计算机的RS-232协议转换为RS-485协议。收稿日期:2006-12-14图1　电流检测系统组成2　电流检测单元的实现与性能电流检测单元的组成如图2所示。主要包括电流传感器、模拟电信号处理电路、通信接口电路、焊机控制接口电路、单片微机控制单元、电源供电等部分组成。单片微机采用ATMEL公司生产的ATmega16,它具有集成度高、功能强、运行速度快、性能稳定可靠等特点,以它为控制核心的测量装置体积小、功能强、工作性能可靠。
2.1　测量原理
由空芯无感线圈感应出与焊接电流幅值微分量成
正比的电压信号,经积分器还原为与焊接电流幅值大
小成正比的电压信号。处理好积分器的长期零点漂移
问题是积分器设计的关键之点,针对电阻焊的焊接电
流持续时间短(仅几个到几十个电源周期)的特点,其
检测单元的积分器仅在有焊接电流时工作(开关S3断

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图2　电流检测单元组成
开),当无焊接电流时(待测状态),积分控制开关S3闭合,积分器单元变为低通放大器,由此很好地解决了积分器单元的长期零点漂移问题。为提高测量精度,根据焊接电流的大小,积分器电路的增益分0～19.9kA(开关S1闭合,S2断开)和0～99.9kA(开关S2闭合,S1断开)两档。电流信号检出单元实现有无焊接电流的判定,一旦检测出有焊接电流,便控制开关S3断开,允许积分器立即工作,并通知CPU控制单元维持开关S3的断开状态,直到焊接电流消失超过0.5s时间或由焊机接口电路接收到来自焊机的焊接结束信号。绝对值变换单元将积分器输出的双极性电压信号转换成A/DC转换器所需的单极性信号。增益放大单元将电流信号的幅度放大至A/DC转换器所需的合适大小。CPU控制单元以每电源半周期(50Hz电源,10ms,60Hz电源,8.333ms)125次的采样速率采集,转换电流信号,以电源半周期为间隔对采集的数据进行计算处理。焊接电流的有效值为:I[j]=A1125∑125k=1i2[k](1)式中:A为量程系数,i[k]为采样点电流瞬时值。焊接电流的导电角度为:θ[i]=t·360°/T(2)式中:t为本半电源周期内焊接电流持续的时间,T为电
源周期。
实际的焊接电流由各半电源周期内的电流有效值
取平均得到:

I=1N∑Nj=1I[j](3)
焊接电流的时间T=N/2(单位为电源周期),焊接
电流的导电角度为:

θ=1N∑Ni=1θ[i](4)
2.2　多脉冲测量与电流监控
电阻焊焊接工艺中,焊接过程可由多时间段通电
完成。每个通电时段为一个焊接脉冲,各脉冲段之间
的间隔超过半个电源周期。该检测单元可实现对多达
九个焊接脉冲的测量。可将前三个电流脉冲之一作为
主焊接电流监视脉冲,通过设置主焊接脉冲的电流值
及允许的电流超/欠限值,测量装置在每次焊接结束
时,对检测到的电流值与给定的范围值进行比较,当超
出设定的范围时,则通过焊机接口通知出现焊接电流
异常。传统的电流检测装置对漏焊情况的监视无能为
力。通过增加焊机接口电路,当焊机工作时,当检测装
置检测不到焊接电流时,则必为因断缆、气路异常等原
因造成的焊接异常,此时检测装置也通过焊机接口通

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知出现焊接异常。2.3　数据通信控制电流检测单元的监视工作设置及测量结果的显示均由监控管理微机实现。各电流检测单元通过RS485总线与管理微机联接,通过双工方式进行数据交换,每个检测单元具有唯一的地址编码。监控微机通过广播的方式发布命令,仅有地址匹配的电流检测单元占用发送总线,回复命令寻求的信息,一旦数据发送完毕,立即释放占用的发送总线。3　监控管理微机主要功能模块介绍监控管理微机的功能主要包括各电流检测单元的管理(包括参数配置和焊接数据的监控)及数据管理功能。管理软件采用VisualC++6.0编写,以AC-CESS2000作为后台数据库完成数据存储。相关编程知识请参阅文献[2]和[3]。软件运行环境可以是Windows2000或WindowsXP。3.1　电流检测单元的参数配置管理软件设有配置窗口,通过它可以方便地设定每个检测单元的脉冲电流值、脉冲属性、测量起始周波、安装属性和超、欠限值,并下传给电流检测单元。可以设定最多三个脉冲的电流值,并通过脉冲属性的设定来决定它是否作为检测脉冲。安装属性的设定实现了各检测单元的动态安装,提高了系统的灵活性和可扩展性。参数的发送设有“单发”和“群发”两种方式。当所有检测单元的配置参数都一样时,可以只配置一个检测单元的参数,然后使用软件提供的"复制"功能,将所有已安装的检测单元的配置参数都设置成相同的值,再通过"群发"命令将参数下发给电流检测单元。"单发"即发送一个检测单元的配置参数。3.2　焊接数据的监控
监控管理微机循环读取各电流检测单元的测量数
据,并显示在屏幕上,同时存储到数据库文件中。当所
测得的电流值超过配置选项中设定的超、欠限值时,数
据在屏幕上以红色显示,相应的文本提示出现在底部
的故障信息框。整个界面可以同时显示16个检测单
元的焊接时间、焊接电流、焊点计数及焊接时刻等信
息。显示满屏时,数据自动上滚刷新。
3.3　数据管理
主要包括焊接记录的查询、打印和库维护功能。
可以查询任意一个检测单元在指定时间段内的焊接电
流值、焊接时间、通电角度等,并在需要时打印出来。
除此之外,还可打印每个检测单元的配置参数。当数
据存储空间有限时,库维护功能可以为用户提供对历
史记录的定期整理工作。

4　结 论
该系统应用两年多来,性能稳定可靠,方便了焊接
设备的调试,提高了焊接质量。虽然该系统是针对多
点电阻焊而开发的,但也适用于同时监控多台电阻焊
设备的工作情况或用作传统的焊接电流测量仪。

参考文献
[1]　中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京:机械
工业出版社,1992.281-299.
[2]　RichardC.Leinecker,TomArcher.VisualC++6Bible
[M].北京:电子工业出版社,1999.637-657.
[3]　李闽溟,吴继刚,周学明.VisualC++6.0数据库系统开
发实例导航[M].北京:人民邮电出版社,2002.181-204.

作者简介:　崔艳波,1964年出生,大学本科学历,工程师,主要
从事计算机应用教学工作。

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