CN111299787A - 一种电阻焊钳自身数据自动采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是针对现有电阻焊钳数据采集装置仅对焊接参数进行采集，控制装置无法针对电阻焊钳自身状态进行自适应调整的不足，提供一种电阻焊钳自身数据自动采集系统，包括数据检测单元和采集器，数据检测单元包括变压器温度传感器、次级电压和电流传感器以及压力传感器；采集器包括数据采集模块、焊接触发模块、采集信号转换模块、采集器控制模块、数据存储模块、数据输出模块，当采集参数达到焊接触发模块的门限值时数据采集模块采集数据；变压器温度传感器检测变压器的温度，采集器输出变压器的温度；次级电压、电流传感器分别采集变压器侧的电压和电极帽的电流；压力传感器采集的信息反映电焊状态下两电极帽间的压力。

Description

一种电阻焊钳自身数据自动采集系统

技术领域

本发明涉及电焊设备技术领域,特别涉及电阻焊钳自身数据自动采集系统。

背景技术

现有的电阻焊机，随着电焊技术的发展，对焊接质量要求越来越高，对焊接质量的可控制性需求日益增加，使得各产品设计者对于焊接质量控制越来越精细化，对于焊接过程对焊接质量的影响间的的分析越来越重视，常需要对焊机特别是电阻焊钳的工作参数和工作环境参数进行采集监视，以便服务于焊接质量的控制及焊接过程的分析。目前的电焊枪数据采集装置仅对电阻焊钳的电流、电压及工作环境温度、湿度及环境磁场强度参数等进行采集，并在数据采集完成后保存在存储模块中，比如，申请号为200810198647.4的中国发明专利其公开号为CN101364106A公开了一种电阻焊焊接质量控制系统及方法，在其系统中设置有对电流值、电压值、压力值、压陷值、压陷速度值、压力变化值和电流密度值进行采集的传感器，将上述传感器所采集的参数值与所设定的标准参数进行比较来判断电阻焊设备是否处于正常的工作状态，当某些参数超过其设定的标准值时对设备进行干预，从而控制电焊质量，在其采集过程中通过电流密度的变化情况结合电流、电压和压力情况来判断电极的磨损情况，采用此种控制系统未对焊钳进水流量、回水流量、进水压力、回水压力及各支回路水温度进行数据采集，使得水的各项指标对焊枪的影响成为未知数，由于系统没有对水的温度情况和压力情况进行检测，因此当焊枪的负载较大时，进入焊枪的冷却水无法随负载的增加而增加流量，因此无法满足变压器和电极帽的冷却需求，从而造成焊接质量不良，生产现场无法第一时间通过此数据系统确定出现焊接质量问题的真正原因；无法准确地判断电极帽的受损情况，无法对电阻焊钳臂及电极帽进行自适应调整，智能化程度低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术电阻焊钳数据采集装置仅对其焊接参数数值进行采集，不能准确了解电阻焊钳自身状态变化，使得电阻焊钳控制装置无法针对电阻焊钳自身状态对电阻焊钳进行自适应调整的不足，提供一种电阻焊钳自身数据自动采集系统。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

电阻焊钳自身数据自动采集系统，包括数据检测单元和采集器，数据检测单元包括变压器检测单元和钳臂压力检测单元，在变压器检测单元中设置有作为检测装置的变压器温度传感器、次级电压传感器和次级电流传感器，所述钳臂压力检测单元包括作为检测装置的动臂压力传感器和/或静臂压力传感器；采集器包括数据采集模块、焊接触发模块、采集器控制模块、数据存储模块、数据输出模块，数据检测单元的各检测装置均分别与焊接触发模块的输入端电信号连接，焊接触发模块的输出端与采集器控制模块的输入端电信号连接，采集器控制模块的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出端连接数据存储模块的输入端，数据存储模块的输出端连接数据输出模块的输入端，采集器控制模块的输出端还分别连接数据输出模块和数据存储模块的输入端，在所述的焊接触发模块设置有所采集参数的预设的门限值，当所采集的任何一项参数达到所述预设的门限值时所述采集器控制模块控制所述的数据采集模块进行数据采集；所述变压器温度传感器检测所述变压器的温度并存储在所述采集器内，由采集器输出所述变压器的温度；由所述次级电压传感器和次级电流传感器采集变压器侧的电压和电极帽的电流；由所述动臂压力传感器采集驱动动臂移动的电缸的输出压力和/或动臂实际受到的压力，由所述静臂压力传感器采集电极帽的压力，和/或当焊接时由动臂压力传感器或静臂压力传感器采集电焊状态下两电极帽间的压力。

优选的，所述的数据检测单元还包括检测动臂电极位移量的电极位移检测单元，所述电极位移检测单元包括电极位移传感器，所述电极位移传感器与所述焊接触发模块的输入端电信号连接。

优选的，所述数据检测单元还包括钳臂压力检测单元，钳臂压力检测单元的检测装置与所述焊接触发模块的输入端电信号连接，由钳臂压力检测单元检测动臂和/或静臂的压力。

优选的，所述的钳臂压力检测单元包括检测驱动动臂位移的电缸的实际输出扭矩的动臂压力传感器和/或检测静臂电极帽压力的静臂压力传感器，所述动臂压力传感器和静臂压力传感器分别与所述焊接触发模块的输入端电信号连接。

优选的，所述的动臂压力传感器和所述静臂压力传感器为压电陶瓷传感器、磁致收缩传感器和薄膜压力应变片之一。

优选的，所述的数据检测单元还包括水流参数检测单元，所述水流参数检测单元包括水流量检测装置、水压检测装置和水温检测装置，水流量检测装置、水压检测装置和水温检测装置均和采集器的数据采集模块的输入端电信号连接，由水温检测装置对冷却水水温进行检测，由水流检测装置对冷却水水流量进行检测，由水压检测装置对冷却水的压力进行检测。

优选的，所述水温检测装置包括水温传感器，在冷却水的总进水位置和总回水位置设置水温传感器，和/或在冷却水支路的进水位置和回水位置分别设置水温传感器，和/或在变压器水支路的进水和回水位置分别设置水温传感器，和/或在动臂和静臂水芯的进水和回水位置分别设置水温传感器；和/或在靠近电极帽端设置水温传感器；所述水流量检测装置包括水流量传感器，在冷却水的总进水和总回水位置设置水流传感器，和/或在动臂和静臂的支路上设置水流量传感器，和/或在变压器水回路的进水端和出水端分别设置水流量传感器；所述水压检测装置包括水压力传感器，在在总进水处和总回水处分别设置水压力传感器。

优选的，设置汇流排电压检测装置检测汇流排电压，和/或设置汇流排电流传感器检测汇流排电流。

优选的，所述采集器固定设置在所述焊钳的本体上。

优选的，所述电极位移传感器为光栅尺、磁尺传感器、激光测距传感器之一。

采用本发明系统，通过采集器采集电阻焊钳工作时的自身状态数据，可以对电阻焊钳的自身完好状态进行了解，采集焊枪上的有用数据，进行实时存储，为焊枪状态预警及后续问题的分析提供数据依据，为焊接系统提供闭环控制所需的参数，为焊接参数的自适应调整、电阻焊钳的状态修复提供数据基础，是电阻焊钳智能化的必备模块。

附图说明

图1是本发明电阻焊钳自身数据采集系统采集器原理图示意图；

图2是发明电阻焊钳自身数据采集系统采集器原理图示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述：

如图1和图2所示，采用本发明结构的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其电阻焊钳均包括焊钳本体，焊钳动臂、焊钳静臂、变压器、驱动动臂移动的电缸。特别适用于C型焊钳和X型焊钳。焊钳本体均包括两侧板，焊钳动臂、焊钳静臂均设置在焊钳本体的一侧侧板上，变压器和驱动动臂的电缸均设置在焊钳本体的两侧板间。

本发明的电阻焊钳自身数据自动采集系统包括数据检测单元和采集器，数据检测单元包括变压器检测单元，钳臂压力检测单元。采集器包括数据采集模块、焊接触发模块、采集信号转换模块、采集器控制模块、数据存储模块、数据输出模块，数据检测单元的各检测装置均分别与焊接触发模块的输入端电信号连接，焊接触发模块的输出端与采集器控制模块的输入端电信号连接，采集器控制模块的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出端连接数据存储模块的输入端，数据存储模块的输出端连接数据输出模块的输入端，采集器控制模块的输出端还分别连接数据输出模块和数据存储模块的输入端。在焊接触发模块内设置有预设的门限值，当数据检测单元检测到的任何数据达到所对应的预设的门限值时，采集器被触发，采集器控制模块控制数据采集模块对检测到的数据进行数据采集，所采集到的数据存入到数据存储模块内，由数据输出模块将采集到的数据发出。当采集到的信号为模拟量时，由采集信号转换模块将模拟量信号转换成数字量信号，还可以设置 显示模块，显示所采集到的数据，当传感器采集到的任何信号达到或超过设定的区间值也就是预设的门限值时，由采集器控制模块控制数据存储模块记录和存储据采集模块采集到的参数值，当引起触发的物理量值低于预设的门限值采集器控制模块控制数据采集模块停止采集。数据存储模块最好采用非易失性存储芯片NOR FLASH。比如非工作状态下电流传感器读数为0，当电流＞0时说明 采集器开始工作，采集器对数据进行采集，再比如压力传感器，正常状态下可能在10~20范围波动，只有当压力传感器检测到的压力值超过200N时，说明焊钳投入工作，采集器才会对所检测到的数据进行采集。采集器控制模块可采用STM32F429VET6型微控制器。采用运放AD620/LM124构成电压比较器、积分器、微分器、加法器、减法器、乘法器、数据采集模块。

变压器检测单元包括检测变压器温度的变压器温度检测装置、检测变压器次级回路电压和电流指标的次级电压传感器和次级电流传感器。变压器温度检测装置包括变压器温度传感器，变压器温度传感器固定在变压器的外壳上，检测变压器的外部温度，还可以在靠近变压器二极管的位置设置第二变压器温度传感器，监视变压器内部二极管的温度，从而了解整个变压器工作状态，还可以据此检测二级管所能承受的最高温度。为管理设备作出依据。次级电压较小，在几百mv，由采集器直接从变压器次级侧正负极连线采集，无需另行设置专门的传感器。这样测量最直接并准确。

次级电流传感器可以采用罗氏线圈、分流器或霍尔电流传感器，当采用罗氏线圈传感器作为次级电流传感器时，需在采集器内设置积分电路，通过积分电路对罗氏线圈感应的电压进行积分转换，罗氏线圈可固定在钳体的任何位置，比如罗氏线圈可以套在动臂上或者套在静臂上或者套在导电桥上，当采用霍尔电流传感器作为次级电流传感器时，传感器设置在钳体上，线圈套在动臂上或者套在静臂上或者套在导电桥上均可，当采用分流器时，可将其连接在由导电桥、汇流排和连接钳臂与导电桥的连接块组成的次级电流回路中。

若采用传感器采集次级电压，可将霍尔电压传感器连接在次级回路的任何导电器件上，比如设置在导电桥上，汇流排或连接块上。

本发明中，对次级电压和电流进行检测和采集，通过采集到的次级电压和电流指标可以了解电极帽上铜铁相的结合量，也就是电极帽上粘附的铁的量，或电极帽上铜的失去量，对电极帽的完好情况进行初步判定，也给系统提供自动调整静臂位置的参考数据。

钳臂压力检测单元包括检测驱动动臂位移的电缸的实际输出压力或动臂受到实际压力的动臂压力传感器和/或检测静臂电极帽压力的静臂压力传感器，由动臂压力传感器检测电缸的实际输出压力，由静臂压力传感器检测电极帽实际发生的压力，电极帽实际发生的压力又称为末端实际发生压力，方便控制系统据二者的压力差判断需补偿的压力，从而控制电缸输出更大的扭矩而使焊接压力达到实际设计的压力。比如，对于每把焊钳，焊每个点时，要求有一个焊接压力，假设该焊点需要3500N的压力，系统据此压力设计电机的输出扭矩为3500N，但由于系统误差等原因，电极帽受到的压力小于此设计压力，焊接控制系统据二者间的压差指示电缸电机增加输出扭矩，从而使输出的扭矩满足焊接需要的压力。

无论X型焊钳还是C型焊钳均可设置以下3类压力传感器进行压力检测，第一种传感器为薄膜压力应变片，应变片贴在焊钳臂的靠近电极帽的侧边位置，上，第二种选用压电陶瓷传感器，第三种选用磁致收缩压力传感器；压电陶瓷传感器和磁致收缩传感器工作原理类似，对于C型焊枪可以装到动臂的端部与电缸活塞杆的顶端之间，它的一端连接动臂或静臂的根部端面，另一端连接电缸的输出杆的端面，或者装到握杆的底部端面与钳臂的顶部端面之间，还可以将传感器设置电缸内检测电缸的输出压力比如将应变片设置在丝杆轴承座外面或与轴承外面，将陶瓷传感器设置在轴承与轴承座间，X枪可以装到握杆的底部端面与钳臂的顶部端面之间，测量焊钳压力的目的：1、用于对焊接压力的闭环控制，根据检测的实际压力值，调整动臂电缸电机的输出值，加大电缸输出行程；2、加电流前，根据钳臂的受压情况，判断焊枪与工件之间是否在电机输出压力前已经形成预压，如果此时已经有了预压力，则证明工件和钳臂间发生了干涉，产生了预压力，压力传感器感知到此预压力，则说明机器人的姿态或机械手的位置出现异常，由于此预压力会对钳臂的寿命产生较大影响，控制系统可以据此预压力控制机器人调整焊枪的位置，也就是根据此预压力对焊枪位置进行补偿，使焊枪相对于工件一直处于悬浮状态。可以仅对动臂或静臂的压力进行检测，也可以对动臂和静臂的压力同时进行检测，同时对动臂和静臂压力进行检测的好处在于：设置动臂压力传感器和静臂压力传感器对焊枪动臂和静臂的压力进行分别检测，可分别获知动臂和静臂在焊接时的压力，可以辅助判断电极帽的磨损情况，防止因动臂和静臂上的电极帽的不对称磨损造成的动臂或静臂在焊接时其中一个臂先接触、先施加压力，使该臂承受的压力大，另一个臂承受的压力小，使工件被顶向压力小的一侧，产生偏置力，造成其中一个臂因承受的压力大而损坏，也防止焊点偏离设定的位置。

还可包括用于检测动臂电极位移量的电极位移检测单元包括电极位移传感器，电极位移传感器可以是光栅尺、磁尺传感器、激光测距传感器，磁尺安装在电缸的内部，感应丝杠螺母的实时位置获得电极的位移距离，将传感器设置在缸体内部使焊枪整体结构较为紧凑。采用光栅作为传感器时光栅尺沿电缸丝杆的长度方向设置在钳体上，在电缸移动部件外部设置感应元件来检测电缸的实时位置，比如，将光栅尺设置在钳体侧板上，在缸体的输出杆上设置感应磁性元件，感应缸体输出杆的位移位置。采用激光测距传感器时，激光测距传感器可固定设置在焊钳侧板上，在电缸的丝杆上设置挡板，二者位置相互对应，通过检测动臂电极的位移量来检测电极帽的磨损程度及损耗状态。

为得到更客观的焊钳的工作状态参数，还可设置水流参数检测单元检测冷却水的流量、温度和压力，水流参数检测单元包括水流量检测装置、水压检测装置和水温检测装置，水流量检测装置、水压检测装置和水温检测装置均和采集器的数据采集模块的输入端电信号连接，由水温检测装置对水温进行检测，采用热敏电阻水温传感器进行检测，温度越低阻值越高，温度越高阻值越低，水温传感器直接与数据采集器的输入端连接，将电压信号反馈至数据采集盒中。最好在多点设置水温传感器，对多个位置的水温进行检测，比如在总进水位置也就是水流分配器的进水端设置水温传感器检测总进水温度，检测进水温度是否符合生产工艺要求，在总回水位置也就是水流分配器的回水管上设置水温传感器检测总回水温度，总进水温度和总回水温度相结合可判断冷却水指标是否满足焊枪当前负荷的需求，也可做为变压器和电极是否处于良好状态的参考，正常情况下，冷却水的总进水温度和总回水温度都是比较稳定的，一般总进水为常温水，或水温低于常温5-6底，总回水温度比总进水温度高10±2度，当总回水温度与总进水温度的差值超过此差值时，则说明设备出现供水异常，需查找原因，在各个支水路的进水位置和回水位置分别设置水温传感器，对各个支水路的进水和回水水温进行检测，了解各支路的水温情况，为查找故障提供数据，比如变压器水支路的进水和回水位置，比如动臂和静臂水芯的进水和回水位置处；最好在电极握杆上靠近电极帽端设置水温传感器，实时检测电极帽处水温的变化情况，检测整个焊接过程与水温变化的关系，验证当前进回水流量及水压力对电极帽的实际影响；采用水流量传感器对冷却水的流量进行检测，可以在水流分配器的进水端和回水端分别设置水流量传感器，一则用来确认水流量是否满足使用要求，二则用来确认焊枪是否漏水，正常情况下总的进回水流量相等，如果进水流量和回水流量相差很多，则说明焊枪内部水管有漏水之处，还可以在动臂和静臂的支路上增设水流量传感器，检测每个钳臂的水流情况，判断每个钳臂的水流量是否充足，是否存在堵塞、漏水的异常情况，还可以在变压器水回路上设置水流传感器。通常采用叶轮霍尔水流量传感器进行水流量检测。通过水压力传感器检测冷却水的压力，在总进水处和总回水处分别设置水压力传感器，用于监测进水和回水压差，判断冷却水压力是否满足使用要求。采用水温检测装置、水流量检测装置和水压力检测装置相结合，可综合判断设备的完好情况，比如，当水温出现异常时，首先判断水流量和水压是否异常，当水流量和水压均正常而水温异常时，可判断焊钳或变压器出现了问题。或变压器温度正常，则可判断焊钳出现异常，随时了解焊钳的工况和自身状态。

最好对汇流排的电压进行采集，对汇流排的良好状况进行监视，在汇流排上设置电压检测装置，检测汇流排的电压。当次级电压为mV级电压时，可通过采集线直接连线采集，采集线的端子连接在汇流排两端与导电桥连接的位置，还可通过感应式电压传感器进行采集，比如互感式电压传感器，互感式电压传感器固定设置在侧板上，其检测探头套在汇流排上。由于汇流排和普通导电桥不一样，汇流排是运动原件，由多层铜箔组成，运动一段时间以后，汇流排会从内部一层一层折断，等折断到一定程度后，汇流排需要进行更换，汇流排折断一部分以后，电阻会增大，焊接控制器为了获取所需电流，电压会升高，可依此电压的升高程度，判断汇流排的折断情况，比如说当检测到电压超过其正常值的40%时，可以及时安排对汇流排进行更换，在不使用汇流排电压采集时，现场工人只能凭经验去更换会汇流排，一旦因为汇流排损坏未更换导致焊接质量问题，会对主机厂产生停机的影响。

本发明中，还可以将采集器集成在焊钳上，作为焊钳的一部分，例如，将采集器固定设置在焊钳侧板上，采集器与焊钳一起移动。最好，采用铸铝结构的金属盒做为采集器的盒体。也可采用非金属盒体，或者部分为非金属盒体。

本发明的电阻焊钳自身数据自动采集系统，可按实际需求进行组合集成，获取焊钳变压器、电极、电极帽自身的状况以及焊钳的工作环境状况，为焊接参数的自适应调整、电阻焊钳的状态修复提供数据基础，是电阻焊钳智能化的必备模块。

Claims (10)

1.电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，包括数据检测单元和采集器，数据检测单元包括变压器检测单元和钳臂压力检测单元，在变压器检测单元中设置有作为检测装置的变压器温度传感器和次级电流传感器，所述钳臂压力检测单元包括作为检测装置的动臂压力传感器和/或静臂压力传感器；

采集器包括数据采集模块、焊接触发模块、采集器控制模块、数据存储模块、数据输出模块，数据检测单元的各检测装置均分别与焊接触发模块的输入端电信号连接，焊接触发模块的输出端与采集器控制模块的输入端电信号连接，采集器控制模块的输出端连接数据采集模块的输入端，数据采集模块的输出端连接数据存储模块的输入端，数据存储模块的输出端连接数据输出模块的输入端，采集器控制模块的输出端还分别连接数据输出模块和数据存储模块的输入端，在所述的焊接触发模块设置有所采集参数的预设的门限值，当所采集的任何一项参数达到所述预设的门限值时所述采集器控制模块控制所述的数据采集模块进行数据采集；

所述变压器温度传感器检测所述变压器的温度并存储在所述采集器内，由采集器输出所述变压器的温度；

由所述次级电压传感器和次级电流传感器采集变压器侧的电压和电极帽的电流；

由所述动臂压力传感器采集驱动动臂移动的电缸的输出压力和/或动臂实际受到的压力，由所述静臂压力传感器采集电极帽的压力，和/或当焊接时由动臂压力传感器或静臂压力传感器采集电焊状态下两电极帽间的压力。

2.如权利要求1所述的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，所述的数据检测单元还包括检测动臂电极位移量的电极位移检测单元，所述电极位移检测单元包括电极位移传感器，所述电极位移传感器与所述焊接触发模块的输入端电信号连接。

3.如权利要求1所述的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，所述数据检测单元还包括钳臂压力检测单元，钳臂压力检测单元的检测装置与所述焊接触发模块的输入端电信号连接，由钳臂压力检测单元检测动臂和/或静臂的压力。

4.如权利要求3所述的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，所述的钳臂压力检测单元包括检测驱动动臂位移的电缸的实际输出扭矩的动臂压力传感器和/或检测静臂电极帽压力的静臂压力传感器，所述动臂压力传感器和静臂压力传感器分别与所述焊接触发模块的输入端电信号连接。

5.如权利要求4所述的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，所述的动臂压力传感器和所述静臂压力传感器为压电陶瓷传感器、磁致收缩传感器或薄膜压力应变片之一。

6.如权利要求1所述的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，所述的数据检测单元还包括水流参数检测单元，所述水流参数检测单元包括水流量检测装置、水压检测装置和水温检测装置，水流量检测装置、水压检测装置和水温检测装置均和采集器的数据采集模块的输入端电信号连接，由水温检测装置对冷却水水温进行检测，由水流检测装置对冷却水水流量进行检测，由水压检测装置对冷却水的压力进行检测，所述的数据检测单元还包括次级电压传感器，所述次级电压传感器与焊接触发模块的输入端电信号连接。

7.如权利要求6所述的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，所述水温检测装置包括水温传感器，在冷却水的总进水位置和总回水位置设置水温传感器，和/或在冷却水支路的进水位置和回水位置分别设置水温传感器，和/或在变压器水支路的进水和回水位置分别设置水温传感器，和/或在动臂和静臂水芯的进水和回水位置分别设置水温传感器；和/或在靠近电极帽端设置水温传感器；

所述水流量检测装置包括水流量传感器，在冷却水的总进水和总回水位置设置水流传感器，和/或在动臂和静臂的支路上设置水流量传感器，和/或在变压器水回路的进水端和出水端分别设置水流量传感器；

所述水压检测装置包括水压力传感器，在在总进水处和总回水处分别设置水压力传感器。

8.如权利要求1所述的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，设置汇流排电压检测装置检测汇流排电压，和/或设置汇流排电流传感器检测汇流排电流。

9.如权利要求1所述的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，所述采集器固定设置在所述焊钳的本体上。

10.如权利要求2所述的电阻焊钳自身数据自动采集系统，其特征在于，所述电极位移传感器为光栅尺、磁尺传感器、激光测距传感器之一。

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