CN102941395A - 焊接过程参数记录和焊接质量分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，包括数据采集板卡、数据分析处理板卡、外部储存模块、通讯模块、液晶显示模块。数据采集板卡采集焊接相关数据并传输给数据分析处理板卡进行数据处理和分析，分析后的数据通过液晶显示模块显示并储存到外部储存模块，或者是通过通讯模块传输给上位机PC或接入网关统一处理。实现焊接过程的多种参数记录，如电流、电压、焊接速度、走丝速度、保护气体流量、环境温度、预热温度等；采集频率高，可进行焊接过程的工艺分析；数据可以离线处理，无需传到PC端再进行处理，也可通过PC或网络统一处理；实时显示数据并可设置焊接工艺；当达到预先设定的报警上下限时，触发报警动作，提高了焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产参数记录系统，特别涉及一种焊接过程参数记录和焊接质量分析系统。
背景技术
焊接产业的发展非常迅速，在各行业中的自动化水平也都有明显的提高。汽车生产中已经普遍采用了弧焊焊接机器人、点焊机器人、机器人自动生产线等。而像锅炉厂这样的重大装备行业，因为其传统技术占主导、规模较大、改造投入成本高、维系全局、改造难度大等特点，自动化水平较低。在焊接过程中涉及焊接质量的关键参数如焊接电压、焊接电流、预热温度、环境温度、走丝速度、工件速度等，基本上还沿用手工记录的传统方法。但随着工业社会的不断深入，这种现状一定要有所改观。在提高自动化水平的同时，需要提高焊接质量、优化焊接工艺，降低人工劳动强度，改善工作环境，从而综合上降低焊接成本。
发明内容
本发明是针对目前焊接参数记录不全、现场布线困难、焊接质量无法分析、焊接质量无法追溯、焊接状态无法实时显示的问题，提出了一种焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，实现实时记录和分析焊接过程参数，提高焊接质量。
本发明的技术方案为：一种焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，包括数据采集板卡、数据分析处理板卡、外部储存模块、通讯模块、液晶显示模块，数据采集板卡包括电压检测电路、走丝速度传感器、电流检测电路、高速A/D转换电路、环境温度测量电路、固态继电器输出电路、数字量输入电路，其中电压检测电路采集焊机在焊接过程中的焊接电压值和焊接电流值并送入高速A/D转换电路转成数字量后传给数据分析处理板卡进行后期处理；走丝速度传感器采集焊丝移动速度并转成4-20mA信号传输给电流检测电路，再送入高速A/D转换电路转成数字量后传给数据分析处理板卡进行后期处理；环境温度测量电路直接采集环境温度，并送入高速A/D转换电路转成数字量后传给数据分析处理板卡进行后期处理；数字量输入电路检测工件的移动速度，再传给数据分析处理板卡进行后期处理；固态继电器输出电路接收数据分析处理板卡的控制信号，并输出控制焊机的启停与LED灯柱的指示灯，数据分析处理板卡分析后的数据通过液晶显示模块显示并储存到外部储存模块，或通过通讯模块传输给上位机PC进行后期处理。
所述数据分析处理板卡包括微处理器、RAM芯片与电源调整电路，微处理器接收来自数据采集板卡的数据并进行处理和分析。所述微处理器选用Cortex-M4处理器进行数据处理和分析，得出焊接数据，并通过液晶显示模块显示并记录到SDHC外部储存模块中，或者是通过通讯模块传给上位机进行进一步处理，同时Cortex-M4处理器通过比对采集到的数据和用户设定的工艺参数，如果达到报警上下限，则发出控制信号。
所述通讯模块为可扩展模块，可配置USB、以太网、RS232/485、WIFI无线模块、ZigBee无线模块。所述通讯模块可通过路由节点再连接到网关上，或直接连接到网关上。
所述电压检测电路可为差分电压输入电路，高速A/D转换电路选用AD7689芯片。
所述环境温度测量电路可为二极管温度检测电路，采集环境温度值并转成电压信号传给AD7689芯片进行A/D转换。
本发明的有益效果在于：本发明焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，焊接过程的多种参数均可记录，如电流、电压、焊接速度、走丝速度、保护气体流量、环境温度、预热温度等；采集频率高，可进行焊接过程的工艺分析；数据可以离线处理，无需传到PC端再进行处理，也可通过PC或网络统一处理；具有彩色触摸液晶显示屏，可以实时显示数据并可以设置焊接工艺；当达到预先设定的报警上下限时，触发报警动作，提高了焊接质量。
附图说明
图1为本发明焊接过程参数记录和焊接质量分析系统结构示意图；
图2为本发明焊接过程参数记录和焊接质量分析系统中数据采集板卡结构示意图；
图3为本发明焊接过程参数记录和焊接质量分析系统中数据分析处理板卡结构示意图；
图4为本发明焊接过程参数记录和焊接质量分析系统组成无线网络示意图；
图5为本发明焊接过程参数记录和焊接质量分析系统焊接质量分析方法示意图；
图6为本发明焊接过程参数记录和焊接质量分析系统实施例示意图。
具体实施方式
如图1所示焊接过程参数记录和焊接质量分析系统结构示意图， 整个焊接过程参数记录和焊接质量分析系统由数据采集板卡101、数据分析处理板卡102、外部储存模块103、通讯模块104、液晶显示模块105组成。数据采集板卡101采集焊接相关数据并传输给数据分析处理板卡102进行数据处理和分析，分析后的数据可以通过液晶显示模块105显示并储存到外部储存模块103，或者是通过通讯模块104传输给上位机PC进行后期处理。
如图2所示数据采集板卡结构示意图，数据采集板卡101由电压检测电路204、走丝速度传感器205、电流检测电路206、高速A/D转换电路207、环境温度测量电路208、固态继电器输出电路209、数字量输入电路210组成。其中电压检测电路204采集焊机201在焊接过程中的焊接电压值和焊接电流值（通过电流互感器转成电压值）并送入高速A/D转换电路207转成数字量后传给数据分析处理板卡102进行后期处理；走丝速度传感器205采集焊丝移动速度并转成4-20mA信号传输给电流检测电路206，再送入高速A/D转换电路207转成数字量后传给数据分析处理板卡102进行后期处理；环境温度测量电路208直接采集环境温度，并送入高速A/D转换电路207转成数字量后传给数据分析处理板卡102进行后期处理；数字量输入电路210检测工件的移动速度（通过光栅传感器转成数字量），再传给数据分析处理板卡102进行后期处理；固态继电器输出电路209接收数据分析处理板卡102的控制信号，并控制焊机201的启停与LED灯柱203的指示灯。
如图3所示数据分析处理板卡结构示意图，数据分析处理板卡102主要由微处理器301、RAM芯片302与电源调整电路303组成。微处理器301接收来自数据采集板卡101的数据并进行处理和分析，然后通过液晶显示模块105显示或者是通过通讯模块104传给上位机PC，并且把所有处理过和未处理过的数据都存到外部储存模块103中。
所述通讯模块104是可扩展模块，可根据用户需要配置不同的通信模块，如USB、以太网、RS232/485、WIFI无线模块、ZigBee无线模块等，可以把本焊接过程参数记录和焊接质量分析系统的数据通过一定的形式传给上位机软件。
如图4所示焊接过程参数记录和焊接质量分析系统组成无线网络示意图，焊接质量分析系统405可以通过通讯模块组成通讯网络，把本机的数据及时传输到监控室的电脑401进行进一步处理。以安装的通讯模块是ZigBee模块为例，焊接质量分析系统405可以通过两种方式接入ZigBee网络。一种是焊接质量分析系统405通过ZigBee路由节点404再连接到ZigBee网关402，另一种是焊接质量分析系统405直接连接到ZigBee网关402。
如图5所示焊接质量分析方法示意图，焊接过程参数记录和焊接质量分析系统对焊接参数501、工件速度502、环境温度503进行高速数据采集504，然后CPU比对用户设定的工艺参数并处理分析焊接数据505，再通过液晶屏显示过程数据及分析结果508，或者是通过通讯模块传给上位机PC进行进一步处理507，并通过SD卡记录过程数据及分析结果509。其中用户可以通过液晶屏设定本次焊接的工艺参数508。
图6是本发明实施例的示意图。其中高速A/D转换选用的是AD7689芯片，微处理器选用的是Cortex-M4处理器，继电器选用的是欧姆龙的固态继电器，电压检测电路采用差分输入并把零点抬高0.33V，电压调整功能由608LDO电路完成。
焊接质量分析的过程是：数据采集板电路607中的差分电压输入电路602采集焊机201的焊接电压、焊接电流、保护气体流量等数据，传给AD7689芯片604进行A/D转换；走丝速度传感器601采集焊丝速度，并转成4-20mA信号，通过I/V转换电路603转成电压值再传给AD7689芯片604进行A/D转换；二极管温度检测电路606采集环境温度值并转成电压信号传给AD7689芯片604进行A/D转换。AD7689芯片604把转换后的数字量送给数据分析处理板卡102中的Cortex-M4处理器609进行数据处理和分析，得出焊接质量相关数据，暂存到随机储存器610中，并通过液晶显示模块105显示并记录到SDHC外部储存模块103中，或者是通过通讯模块104传给上位机进行进一步处理，同时Cortex-M4处理器609通过比对采集到的数据和用户设定的工艺参数，如果达到报警上下限，则发出控制信号，并通过欧姆龙固态继电器605采取必要的控制手段，如控制焊机201或者是LED灯柱203等，LDO稳压器608给Cortex-M4处理器609供电。
Claims (7)
1.一种焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，其特征在于，包括数据采集板卡、数据分析处理板卡、外部储存模块、通讯模块、液晶显示模块，数据采集板卡包括电压检测电路、走丝速度传感器、电流检测电路、高速A/D转换电路、环境温度测量电路、固态继电器输出电路、数字量输入电路，其中电压检测电路采集焊机在焊接过程中的焊接电压值和焊接电流值并送入高速A/D转换电路转成数字量后传给数据分析处理板卡进行后期处理；走丝速度传感器采集焊丝移动速度并转成4-20mA信号传输给电流检测电路，再送入高速A/D转换电路转成数字量后传给数据分析处理板卡进行后期处理；环境温度测量电路直接采集环境温度，并送入高速A/D转换电路转成数字量后传给数据分析处理板卡进行后期处理；数字量输入电路检测工件的移动速度，再传给数据分析处理板卡进行后期处理；固态继电器输出电路接收数据分析处理板卡的控制信号，并输出控制焊机的启停与LED灯柱的指示灯，数据分析处理板卡分析后的数据通过液晶显示模块显示并储存到外部储存模块，或通过通讯模块传输给上位机PC进行后期处理。
2.根据权利要求1所述焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，其特征在于，所述数据分析处理板卡包括微处理器、RAM芯片与电源调整电路，微处理器接收来自数据采集板卡的数据并进行处理和分析。
3.根据权利要求2所述焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，其特征在于，所述微处理器选用Cortex-M4处理器进行数据处理和分析，得出焊接数据，并通过液晶显示模块显示并记录到SDHC外部储存模块中，或者是通过通讯模块传给上位机进行进一步处理，同时Cortex-M4处理器通过比对采集到的数据和用户设定的工艺参数，如果达到报警上下限，则发出控制信号。
4.根据权利要求1所述焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，其特征在于，所述通讯模块为可扩展模块，可配置USB、以太网、RS232/485、WIFI无线模块、ZigBee无线模块。
5.根据权利要求4所述焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，其特征在于，所述通讯模块可通过路由节点再连接到网关上，或直接连接到网关上。
6.根据权利要求1所述焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，其特征在于，所述电压检测电路可为差分电压输入电路，高速A/D转换电路选用AD7689芯片。
7.根据权利要求1所述焊接过程参数记录和焊接质量分析系统，其特征在于，所述环境温度测量电路可为二极管温度检测电路，采集环境温度值并转成电压信号传给AD7689芯片进行A/D转换。
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 200233 No. 103, Xuhui District, Shanghai, Caobao Road Patentee after: SHANGHAI INSTITUTE OF PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Address before: 200233 No. 103, Xuhui District, Shanghai, Caobao Road Patentee before: SHANGHAI INSTITUTE OF PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |