CN110899933A - 一种无线检测焊接参数的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线检测焊接参数的装置及方法，涉及焊接技术领域。该装置及方法首先通过电流、电压传感器采集焊接工作时的电流电压信号；把采集到的电信号通过信号调理电路去除工业干扰波，通过单片机进行A/D转换，把模拟信号转换成数字信号；转换的数字信号通过无线传输模块送至上位机，在上位机存储数据并显示数据波形图等信息。同时，上位机内存储焊接参数范围，当检测到的数据与给定参数范围不同时，上位机实现自动提示、报警等反馈功能。本发明将无线通信技术应用于焊接检测过程中，有效的解决了焊接车间环境复杂，有线检测方法存在布线麻烦、扩展性差、成本高、线路故障难以检查等问题，便于及时发现错误及时调整，从而提高焊接质量。

Description

一种无线检测焊接参数的装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种无线检测焊接参数的装置及方法。

背景技术

在焊接过程中，焊接工艺参数直接影响焊接质量的好坏，因此要在焊接过程中保证焊接工艺参数的正确性。针对不同焊接设备，焊接方法以及被焊工件的不同，要保证焊接工艺参数在其特定的范围内，这就需要对焊接参数进行实时检测，以便控制焊接质量。因此，焊接工作中工作参数的实时监控与检测是提高焊接质量的重要保证。

目前传统检测焊接质量的方法通常为离线检测，即在焊接工作完成后检测焊件的质量，但这种检测方法有一定的延后性，不能及时的发现焊接缺陷，有缺陷的工件只能返修或报废。这样不但增加了成本还降低了生产效率，为解决离线检测延后性的问题，众多研究人员对焊接质量检测方法进行了改型和创新研究。有学者在焊接车间通过有线传输的方式检测焊接参数信号，有学者将串口通信技术应用于多台焊机集散控制系统的设计。有学者把CAN总线技术应用在焊接参数检测中。有学者等人将以太网应用于电焊机控制系统中，使得电焊机工作参数的远程监控成为可能。有学者将短距离无线通信技术应用在焊接生产中，有学者把Wi Fi无线网络应用于CRH380高速动车组转向架焊接生产线，能够对动车组焊接过程的参数变化进行实时的监控。有学者把Zig Bee技术应用在焊接电源的监测系统，实时监测焊接电源工作状态，查询焊接电源历史工作信息，从而实现对焊接电源工作参数采集、传输和存储。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种无线检测焊接参数的装置及方法，通过无线方式实现对焊接参数的检测。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一方面，本发明提供一种无线检测焊接参数的装置，包括TIG焊机、TIG焊枪、电压采集装置、电流采集装置、无线传输装置、主控制器及上位机；所述TIG焊枪与TIG焊机相连对待焊接工件进行焊接；所述电压采集装置正极接至工件，负极接至TIG焊枪的端子，采集焊接过程中TIG焊枪两端的电压；所述电流采集装置与TIG焊机相连，采集焊接过程中TIG焊机输出电流；所述电压采集装置和电流采集装置与主控制器相连，主控制器对接收的电压信号和电流信号经过模数转换后通过无线通信模块传输到远程的上位机；上位机对接收到的信号进行判断，并将判断结果返回给主控制器。

优选地，所述电压采集装置采用霍尔电压传感器，并在霍尔电压传感器的输出端连接一个电阻，把输出的电流转换成电压信号，电压检测范围为0～100V；电流采集装置采用霍尔电流传感器，焊接电流检测范围为0～600A。

优选地，所述霍尔电压传感器与TIG焊机的地线相连，并通过专有夹头夹紧地线；所述专有夹头为在霍尔电压传感器穿孔四周安装可调节扇状片，使四个扇状片交于穿孔中心，确保TIG焊机地线置于霍尔电压传感器穿孔中心处；若TIG焊机地线直径变化，扇状片也随之调节并加紧地线，始终确保TIG焊机输出电流通过霍尔电压传感器的穿孔中心处。

优选地，所述主控制器采用单片机，通过单片机的A/D单元接收来自霍尔电流传感器、霍尔电压传感器的检测信号，并将模拟信号值转换为上位机能够接收的数字信号。

优选地，所述装置还包括与主控制器相连接的去除工业干扰波的信号调理电路以及用于显示报警的显示屏和警示灯；所述信号调理电路为在靠近单片机引脚内的正负电源之间跨接C1、C2两只电容，以及与C2串联的电感线圈L1；C1为用于滤除电源纹波电解电容；C2为用于滤除电源上的毛刺干扰瓷片电容；L1是一个电感线圈，在交流电流里起电阻作用，用于稳定电流，其和两个电容组成电路用于对电源滤波。

优选地，所述上位机内置程序用于存储接收的检测数据，并通过图形化的形式进行显示并判定接收的检测数据是否在设定的参数范围，当采集到的电流值和电压值均在设置的参数范围内时向主控制器传输显示指令，主控制器接收指令，并将采集的实时电流电压数据通过显示屏显示给用户；若采集到的电流值或电压值超出或低于设置的参数范围时，上位机向主控制器发出报警指令，主控制器接收指令，控制警示灯亮起，报警提示用户参数错误，并把错误信息通过显示屏反馈给用户。

优选地，所述无线传输模块采用Wifi、4G或GPRS无线传输方式进行数据传输。

另一方面，本发明还提供一种无线检测焊接参数的方法，包括以下步骤：

步骤1：根据焊接工件的材质、板厚或壁厚以及焊接速度要求，选择TIG焊接工艺参数；所述焊接工艺参数包括焊接电流、电弧电压、保护气流量、钨极直径及端部形状、钨极端部与工件的距离；

步骤2：将TIG焊机的正负极分别接至待焊接焊接工件和TIG焊枪，TIG焊枪垂直于工件；将霍尔电压传感器正极接至工件，负极接至TIG焊枪；将TIG焊机地线正向穿过霍尔电流传感器，并通过专有夹头夹紧地线；打开TIG焊机电源，电流调至直流形式，并设置电流值，开始起弧焊接；焊接时，TIG焊枪不动，工件运动；

步骤3：将电压采集装置和电流采集装置采集到的模拟信号通过主控制器转换为数字信号，由无线模块传输至上位机，上位机对接收的数据进行存储，并通过图像化的形式进行实时显示；

步骤4：上位机通过内置程序对接收的检测数据进行判断，当采集到的电流值和电压值均在设置的参数范围内时向主控制器传输显示指令，主控制器接收指令，并将将采集的实时电流和电压数据通过显示屏显示给用户；若采集到的电流和电压值超出或低于设置的参数范围时，上位机向主控制器发出报警指令，主控制器接收指令，控制警示灯亮起，报警提示用户参数错误，并把错误信息通过显示屏反馈给用户。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种无线检测焊接参数的装置及方法，将无线通信技术应用于焊接检测过程中，有效的解决了焊接车间环境复杂，有线检测方法存在布线麻烦、扩展性差、成本高、线路故障难以检查等问题。同时，采用无线检测技术不仅可以降低生产成本、提高生产效率，而且技术人员还可以远程监测焊接工作过程情况。无线通信模块与蓝牙技术和Zigbee技术相比，不需要繁杂的通信协议，同类产品能够自由的通讯。利用远程上位机将采集的数据存储，将数据通过图形进行显示，能够更直观清晰地观察数据变化。并当检测到的数据超出或低于设定参数范围时，系统实现自动提示、报警等功能反馈给用户。此外本装置成本低、体积小，使用方便。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种无线检测焊接参数的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的与单片机相连的信号调理电路的电路连接图；

图3为本发明实施例提供的一种无线检测焊接参数的方法的流程图。

图中，1、TIG焊机；2、TIG焊枪；3、待焊接工件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例中，一种无线检测焊接参数的装置，如图1所示，包括TIG(TungstenInert Gas，即钨极氩弧焊)焊机1、TIG焊枪2、电压采集装置、电流采集装置、无线传输装置、主控制器及上位机；所述TIG焊枪2与TIG焊机1相连对待焊接工件3进行焊接；所述电压采集装置正极接至工件，负极接至TIG焊枪2的端子，采集焊接过程中TIG焊枪2两端的电压；所述电流采集装置与TIG焊机1相连，采集焊接过程中TIG焊机1输出电流；所述电压采集装置和电流采集装置与主控制器相连，主控制器对接收的电压信号和电流信号经过模数转换后通过无线通信模块传输到远程的上位机；上位机对接收到的信号进行判断，并将判断结果返回给主控制器。所述装置还包括与主控制器相连接的去除工业干扰波的信号调理电路以及用于显示报警的显示屏和警示灯；所述信号调理电路如图2所示，在靠近单片机引脚内的正负电源之间跨接C1、C2两只电容，以及与C2串联的电感线圈L1；C1为用于滤除电源纹波电解电容；C2为用于滤除电源上的毛刺干扰瓷片电容；L1是一个电感线圈，在交流电流里起电阻作用，用于稳定电流，其和两个电容组成电路用于对电源滤波。所述电压采集装置采用霍尔电压传感器，并在霍尔电压传感器的输出端连接一个电阻，把输出的电流转换成电压信号，电压检测范围为0～100V；电流采集装置采用霍尔电流传感器，焊接电流检测范围为0～600A。本实施例中，霍尔电流传感器采用型号为CDL-HE-600A，电压传感器型号为VSM025A系列。所述霍尔电压传感器与TIG焊机1的地线相连，并通过专有夹头夹紧地线；所述专有夹头为在霍尔电压传感器穿孔四周安装可调节扇状片，使四个扇状片交于穿孔中心，确保TIG焊机1地线置于霍尔电压传感器穿孔中心处；若TIG焊机1地线直径变化，扇状片也随之调节并加紧地线，始终确保TIG焊机1输出电流通过霍尔电压传感器的穿孔中心处。

所述主控制器采用单片机，通过单片机的A/D单元接收来自霍尔电流传感器、霍尔电压传感器的检测信号，并将模拟信号值转换为上位机能够接收的数字信号。本实施例中，单片机选用的型号为MEGA328P。

所述上位机内置程序用于存储接收的检测数据，并通过图形化的形式进行显示并判定接收的检测数据是否在设定的参数范围，当采集到的电流值和电压值均在设置的参数范围内时向主控制器传输显示指令，主控制器接收指令，并将采集的实时电流电压数据通过显示屏显示给用户；若采集到的电流值或电压值超出或低于设置的参数范围时，上位机向主控制器发出报警指令，主控制器接收指令，控制警示灯亮起，报警提示用户参数错误，并把错误信息通过显示屏反馈给用户。

所述无线传输模块采用Wifi、4G或GPRS无线传输方式进行数据传输。本实施例中，无线收发模块是通过将微控制器、存储器、A/D转换器、需要的接口电路和无线数据通讯收发芯片集成到一个十分小的芯片上实现的。无线模块工作频段：433Mhz，GFSK调制方式，接收灵敏度达-120dBm，传输距离1000-2000米。

一种无线检测焊接参数的方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：根据焊接工件的材质、板厚或壁厚以及焊接速度要求，选择TIG焊接工艺参数；所述焊接工艺参数包括焊接电流、电弧电压、保护气(氩气)流量、钨极直径及端部形状、钨极端部与工件的距离；

步骤2：将TIG焊机1的正负极分别接至待焊接焊接工件3和TIG焊枪2，TIG焊枪2垂直于工件；将霍尔电压传感器正极接至工件，负极接至TIG焊枪2；将TIG焊机1地线正向穿过霍尔电流传感器，并通过专有夹头夹紧地线；打开TIG焊机1电源，电流调至直流形式，并设置电流值，开始起弧焊接；焊接时，焊枪不动，工件运动；

步骤3：将霍尔电压传感器和霍尔电流传感器采集到的模拟信号通过单片机转换为数字信号，由无线模块传输至上位机，上位机对接收的数据进行存储，并通过图像化的形式进行实时显示；

本实施例中，单片机将采集到的数据通过串口传输到无线收发模块，要将采集到的数据在PC机端显示，无线接收模块与上位机采用USB-TTL方式进行数据传输。

步骤4：上位机通过内置程序对接收的检测数据进行判断，当采集到的电流值和电压值均在设置的参数范围内时向主控制器传输显示指令，主控制器接收指令，并将将采集的实时电流和电压数据通过显示屏显示给用户；若采集到的电流和电压值超出或低于设置的参数范围时，上位机向主控制器发出报警指令，主控制器接收指令，控制警示灯亮起，报警提示用户参数错误，并把错误信息通过显示屏反馈给用户。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种无线检测焊接参数的装置，其特征在于：包括TIG焊机、TIG焊枪、电压采集装置、电流采集装置、无线传输装置、主控制器及上位机；所述TIG焊枪与TIG焊机相连对待焊接工件进行焊接；所述电压采集装置正极接至工件，负极接至TIG焊枪的端子，采集焊接过程中TIG焊枪两端的电压；所述电流采集装置与TIG焊机相连，采集焊接过程中TIG焊机输出电流；所述电压采集装置和电流采集装置与主控制器相连，主控制器对接收的电压信号和电流信号经过模数转换后通过无线通信模块传输到远程的上位机；上位机对接收到的信号进行判断，并将判断结果返回给主控制器。

2.根据权利要求1所述的一种无线检测焊接参数的装置，其特征在于：所述电压采集装置采用霍尔电压传感器，并在霍尔电压传感器的输出端连接一个电阻，把输出的电流转换成电压信号，电压检测范围为0～100V；电流采集装置采用霍尔电流传感器，焊接电流检测范围为0～600A。

3.根据权利要求2所述的一种无线检测焊接参数的装置，其特征在于：所述霍尔电压传感器与TIG焊机的地线相连，并通过专有夹头夹紧地线；所述专有夹头为在霍尔电压传感器穿孔四周安装可调节扇状片，使四个扇状片交于穿孔中心，确保TIG焊机地线置于霍尔电压传感器穿孔中心处；若TIG焊机地线直径变化，扇状片也随之调节并加紧地线，始终确保TIG焊机输出电流通过霍尔电压传感器的穿孔中心处。

4.根据权利要求3所述的一种无线检测焊接参数的装置，其特征在于：所述主控制器采用单片机，通过单片机的A/D单元接收来自霍尔电流传感器、霍尔电压传感器的检测信号，并将模拟信号值转换为上位机能够接收的数字信号。

5.根据权利要求4所述的一种无线检测焊接参数的装置，其特征在于：所述装置还包括与主控制器相连接的去除工业干扰波的信号调理电路以及用于显示报警的显示屏和警示灯；所述信号调理电路为在靠近单片机引脚内的正负电源之间跨接C1、C2两只电容，以及与C2串联的电感线圈L1；C1为用于滤除电源纹波电解电容；C2为用于滤除电源上的毛刺干扰瓷片电容；L1是一个电感线圈，在交流电流里起电阻作用，用于稳定电流，其和两个电容组成电路用于对电源滤波。

6.根据权利要求1所述的一种无线检测焊接参数的装置，其特征在于：所述上位机内置程序用于存储接收的检测数据，并通过图形化的形式进行显示并判定接收的检测数据是否在设定的参数范围，当采集到的电流值和电压值均在设置的参数范围内时向主控制器传输显示指令，主控制器接收指令，并将采集的实时电流电压数据通过显示屏显示给用户；若采集到的电流值或电压值超出或低于设置的参数范围时，上位机向主控制器发出报警指令，主控制器接收指令，控制警示灯亮起，报警提示用户参数错误，并把错误信息通过显示屏反馈给用户。

7.根据权利要求1所述的一种无线检测焊接参数的装置，其特征在于：所述无线传输模块采用Wifi、4G或GPRS无线传输方式进行数据传输。

8.一种无线检测焊接参数的方法，采用权利要求5所述装置进行焊接参数的检测，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据焊接工件的材质、板厚或壁厚以及焊接速度要求，选择TIG焊接工艺参数；所述焊接工艺参数包括焊接电流、电弧电压、保护气流量、钨极直径及端部形状、钨极端部与工件的距离；

步骤2：将钨极氩弧焊机的正负极分别接至焊接工件和焊枪，焊枪垂直于工件；将霍尔电压传感器正极接至工件，负极接至焊枪；将钨极氩弧焊机地线正向穿过霍尔电流传感器，并通过专有夹头夹紧地线；打开钨极氩弧焊机电源，电流调至直流形式，并设置电流值，开始起弧焊接；焊接时，焊枪不动，工件运动；

步骤3：将电压采集装置和电流采集装置采集到的模拟信号通过主控制器转换为数字信号，由无线模块传输至上位机，上位机对接收的数据进行存储，并通过图像化的形式进行实时显示；

步骤4：上位机通过内置程序对接收的检测数据进行判断，当采集到的电流值和电压值均在设置的参数范围内时向主控制器传输显示指令，主控制器接收指令，并将将采集的实时电流和电压数据通过显示屏显示给用户；若采集到的电流和电压值超出或低于设置的参数范围时，上位机向主控制器发出报警指令，主控制器接收指令，控制警示灯亮起，报警提示用户参数错误，并把错误信息通过显示屏反馈给用户。

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