CN2850798Y - 一种电阻点焊质量控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种电阻点焊质量控制装置，属于电阻焊过程信息检测与质量控制技术领域，包括变压器、反并联晶闸管、电流传感器、触发信号放大电路、网压同步电路、电流有效值检测电路、电流过零检测电路、电极位移传感器、单片机控制系统，本实用新型具有控制性能好，控制精度高，可适用于各种材料的电阻点焊等特点。

Description

一种电阻点焊质量控制装置
技术领域
本实用新型属于电阻焊过程信息检测与质量控制技术领域，特别涉及一种基于多传感器信息融合的电阻点焊质量控制装置。
背景技术
电阻焊是利用焊接工件通电时产生的电阻热加热工件，在压力作用下完成焊接的一种焊接方法。在汽车、摩托车、工程机械以及航空航天等工业领域得到广泛应用。目前电阻焊存在的主要问题是表征焊接质量的熔核尺寸无法直接测量。专利ZL98102944.2是通过功率因数角计算动态电阻，根据动态电阻曲线估算熔核尺寸，该方法的不足之处是对某些材料(如铝合金、不锈钢等)动态电阻不明显，不适于不同材料的点焊质量控制。专利ZL03130440.0提出了一种点焊熔核面积在线检测方法，它是通过检测电流、电压、电极位移及声音信号，建立基于数据融合的神经网络模型，由特征量和实际测到的熔核面积对神经网络模型进行训练，直到达到误差要求为止。其核心是焊接质量的在线监测，对不符合要求的焊点不能进行反馈控制。由于对熔核面积的影响因素除了以上四个特征量以外，还有材质、板厚、点距等因素对焊接质量也有很大影响，该方法只能对特定条件的焊接质量进行有效判断，然而要保证模型精度需要大量训练样本。导致该方法应用范围和使用环境受到限制。
现有的电阻焊质量监控方法，检测参数的数量多为单个或两个。检测信息少，反映焊点熔核的变化不够全面。在焊接过程中，当出现干扰如网压波动、分流、电极磨损、焊机回路阻抗变化等时，焊接质量容易出现较大波动。
焊接质量与焊接过程中的参数之间存在着一定关系。为了更好地控制焊接质量，应尽可能多的检测到那些与点焊质量有关系的参数，如电流、电压、动态电阻、电极位移、电极压力、点焊时间以及材质、板厚、材料表面状况、点距、电极材料及其几何尺寸等等。但是，对这些参数全部进行检测是不现实的。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，适应电阻点焊质量控制方法改革的要求，本实用新型提供一种电阻点焊质量控制装置。
本实用新型的原理是基于电阻点焊电流、动态电阻(以动态功率因子ctgβ替代)和电极位移信号与熔核直径的线性对应关系，采用无铁心空心环形线圈即电流传感器、同步及过零检测电路、电极位移传感器(由电极位移传感器探头及电极位移传感装置组成)，通过A/D转换将电流、动态电阻、电极位移信号送入单片机控制系统，单片机采用80C31，在单片机中计算电流、动态电阻、电极位移的加热强度特征量和时间特征量，建立以这些特征量和熔核直径为输入输出关系的信息融合模型，根据融合算法，得出融合结果，进行点焊过程的热量和时间调节，从而实现点焊质量的控制。
本实用新型装置包括变压器、反并联晶闸管、电流传感器、触发信号放大电路、网压同步电路、电流有效值检测电路、电流过零检测电路、电极位移传感器、单片机控制系统，其中单片机控制系统包括特征信息提取单元、信息融合中心、专家知识库和FUZZY-PID调节器；
其联接是：图2中的连接器2CON1的1、2脚分别与图1中的L1、L2相连；图2中的连接器2CON2的1脚与图4中的连接器4CON2的1脚相连，图2中的连接器2CON2的2、3脚与图1中的单片机控制系统的P1.0、P1.1脚相连，图2中的连接器2CON2的4脚与图4中的连接器4CON2的3脚相连；图3中的连接器3CON2分别与附图1中的SCR1、SCR2的门极和阴极相连；图3中的连接器3CON1的1脚为稳压电源地，4脚为+12V，5脚为+24V，2脚与单片机控制系统中的FUZZY-PID调节器的输出相连；图4中的连接器4CON1与附图1中的SCR1、SCR2的阴极和阳极相连；图4中的连接器4CON2的2脚与图1中的单片机控制系统的外部中断 INT0相连；图5中的连接器5CON1与图1中的电流传感器相连；图5中的连接器5CON2的1脚与图1中的单片机控制系统的外部中断 INT1相连；图5中的连接器5CON2的2脚与图1中的单片机控制系统的P1.3脚相连。
由图2可知，网压同步电路的输入是单相380VAC，经控制变压器降压、整流、与非门构成的变换电路后，输出与网压同步的50Hz、100Hz脉冲信号，同时输出稳定电压+12V。
由图3可知，来自单片机控制系统中FUZZY-PID调节器输出的触发信号，送入触发信号放大电路，经信号放大和脉冲变压器后，变为两路信号去触发晶闸管SCR1和SCR2。
由图4可知，电路的输入接至晶闸管SCR1和SCR2的两端，经光电隔离和比较电路后送入单片机控制系统的外部中断 INT0，目的是检测电流过零信号。
由图5可知，电流传感器输出信号，经积分、放大、叠加电路和精密整流、微分、比较电路后得到电流峰值信号，该信号送入单片机控制系统的外部中断 INT1。该电路的功能是检测电流有效值。
本实用新型装置的电流传感器和电极位移传感器将检测到的电信号通过网压同步电路、电流有效值检测电路、电流过零检测电路处理后送到单片机控制系统，单片机控制系统将该信号转换成可以处理的数字信号后送入特征信息提取单元，将提取的特征信息送入信息融合中心，经过融合处理的数据与专家知识库提供的设定参量进行比较，将比较的结果(即偏差)送入FUZZY-PID调节器，并设定一个偏差阈值，通过对偏差和偏差阈值的比较确定采用模糊控制FUZZY还是PID控制规律，调节器输出信号经触发信号放大电路后控制晶闸管，来调节点焊过程的热量和时间，最终实现对点焊质量的控制。
本实用新型具有控制性能好、控制精度高，可适用于各种材料的电阻点焊。
附图说明
图1为本实用新型的结构组成方框图；
图2为网压同步电路原理图；
图3为触发信号放大电路原理图；
图4为电流过零检测电路原理图；
图5为电流有效值检测电路原理图；
图6为基于多信息融合的FUZZY-PID控制系统示意图。
图1中：1变压器，2反并联晶闸管，3电流传感器，4触发信号放大电路，5网压同步电路，6电流有效值检测电路，7电极位移传感器探头，8电流过零检测电路，9电极位移传感装置，10单片机控制系统。
具体实施方式
如图1所示，电阻焊控制装置包括变压器1、反并联晶闸管2、电流传感器3、触发信号放大电路4、网压同步电路5、电流有效值检测电路6、电极位移传感器探头7、电流过零检测电路8、电极位移传感器9、单片机控制系统10。该装置输入电压采用单相380V工频交流电，输出接焊接工件。
其联接是：网压同步电路中的连接器2CON1的1、2脚分别与变压器(1)的L1、L2相连；网压同步电路中的连接器2CON2的1脚与电流过零检测电路的连接器4CON2的1脚相连，网压同步电路中的连接器2CON2的2、3脚与单片机控制系统的P1.0、P1.1脚相连，网压同步电路中的连接器2CON2的4脚与电流过零检测电路的连接器4CON2的3脚相连；触发信号放大电路中的连接器3CON2分别与晶闸管SCR1、SCR2的门极和阴极相连；触发信号放大电路中的连接器3CON1的1脚为稳压电源地，4脚为+12V，5脚为+24V，2脚与单片机控制系统中的FUZZY-PID调节器的输出相连；电流过零检测电路中的连接器4CON1与晶闸管SCR1、SCR2的阴极和阳极相连；电流过零检测电路中的连接器4CON2的2脚与单片机控制系统的外部中断 INT0相连；电流有效值检测电路中的连接器5CON1与电流传感器3相连；电流有效值检测电路中的连接器5CON2的1脚与单片机控制系统的外部中断 INT1相连；电流有效值检测电路的连接器5CON2的2脚与单片机控制系统的P1.3脚相连。电流传感器和电极位移传感器将检测到的电信号通过网压同步电路、电流有效值检测电路、电流过零检测电路处理后送到单片机控制系统，单片机控制系统将该信号转换成可以处理的数字信号后送入特征信息提取单元，将提取的特征信息送入信息融合中心，经过融合处理的数据与专家知识库提供的设定参量进行比较，将比较的结果(即偏差)送入FUZZY-PID调节器，并设定一个偏差阈值，通过对偏差和偏差阈值的比较确定采用模糊控制FUZZY还是PID控制规律，调节器输出信号经触发信号放大电路后控制晶闸管，来调节点焊过程的热量和时间，最终实现对点焊质量的控制。

Claims (2)

1、一种电阻点焊质量控制装置，其特征在于包括变压器、反并联晶闸管、电流传感器、触发信号放大电路、网压同步电路、电流有效值检测电路、电流过零检测电路、电极位移传感器、单片机控制系统，其联接是网压同步电路中的连接器2CON1的1、2脚分别与变压器(1)的L1、L2相连；网压同步电路中的连接器2CON2的1脚与电流过零检测电路的连接器4CON2的1脚相连，网压同步电路中的连接器2CON2的2、3脚与单片机控制系统的P1.0、P1.1脚相连，网压同步电路中的连接器2CON2的4脚与电流过零检测电路的连接器4CON2的3脚相连；触发信号放大电路中的连接器3CON2分别与晶闸管SCR1、SCR2的门极和阴极相连；触发信号放大电路中的连接器3CON1的1脚为稳压电源地，4脚为+12V，5脚为+24V，2脚与单片机控制系统中的FUZZY-PID调节器的输出相连；电流过零检测电路中的连接器4CON1与晶闸管SCR1、SCR2的阴极和阳极相连；电流过零检测电路中的连接器4CON2的2脚与单片机控制系统的外部中断INT0相连；电流有效值检测电路中的连接器5CON1与电流传感器(3)相连；电流有效值检测电路中的连接器5CON2的1脚与单片机控制系统的外部中断INT1相连；电流有效值检测电路的连接器5CON2的2脚与单片机控制系统的P1.3脚相连，电流传感器和电极位移传感器将检测到的电信号通过网压同步电路、电流有效值检测电路、电流过零检测电路处理后送到单片机控制系统，单片机控制系统将该信号转换成可以处理的数字信号后送入特征信息提取单元，将提取的特征信息送入信息融合中心，经过融合处理的数据与专家知识库提供的设定参量进行比较，将比较的结果即偏差送入FUZZY-PID调节器，并设定一个偏差阈值，通过对偏差和偏差阈值的比较确定采用模糊控制FUZZY还是PID控制规律，调节器输出信号经触发信号放大电路后控制晶闸管，来调节点焊过程的热量和时间，最终实现对点焊质量的控制。
2、如权利要求1所述的电阻点焊质量控制装置，其特征在于所述单片机控制系统包括：特征信息提取单元、信息融合中心、专家知识库和FUZZY-PID调节器。
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CN102380701A (zh) * 2010-09-01 2012-03-21 天津市天大北洋化工设备有限公司 紫铜工频脉冲电阻点焊机
CN102458752A (zh) * 2009-04-07 2012-05-16 罗伯特·博世有限公司 用于监测电阻焊钳的焊点质量的、包括输出报警信息的方法和控制装置
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CN105710521A (zh) * 2016-05-06 2016-06-29 广州市精源电子设备有限公司 电阻点焊位移控制方法和装置

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