逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子電路與測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電阻點(diǎn)焊是一種廣泛應(yīng)用于汽車車身制造的焊接方法，一臺(tái)轎車的車身上大約有 4000-6000個(gè)焊點(diǎn)，占其焊接總量的95%，其質(zhì)量好壞直接影響整車的使用壽命。由于汽車 車身點(diǎn)焊的特殊性，焊后難以補(bǔ)救，常規(guī)的焊后抽檢已無(wú)法滿足用戶對(duì)車身質(zhì)量的要求。因 此，迫切需要尋找一種可靠的監(jiān)控方法，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的車身點(diǎn)焊質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)控，了解產(chǎn) 品的生產(chǎn)質(zhì)量。
[0003] 動(dòng)態(tài)電阻是常用的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控信號(hào)。工件在加熱和熔化過(guò)程中電阻發(fā)生變 化，因此可通過(guò)測(cè)量點(diǎn)焊過(guò)程中的動(dòng)態(tài)電阻來(lái)了解熔核生長(zhǎng)情況。目前提出的動(dòng)態(tài)電阻測(cè) 量方法主要針對(duì)交流點(diǎn)焊機(jī)，通過(guò)測(cè)量原邊電流、原邊電壓、功率因數(shù)角等信號(hào)并計(jì)算從而 獲得動(dòng)態(tài)電阻。然而，逆變直流點(diǎn)焊機(jī)的特殊電路結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其原副邊電流、電壓等信號(hào)差異 較大，上述動(dòng)態(tài)電阻測(cè)量方案均不再適用。目前國(guó)外進(jìn)口控制器均通過(guò)測(cè)量次級(jí)電流和次 級(jí)電壓信號(hào)并計(jì)算有效值從而獲得逆變直流點(diǎn)焊過(guò)程的動(dòng)態(tài)電阻，然而該方法存在一些問 題：（1)如果在焊機(jī)電極端部安裝夾持分壓裝置測(cè)量次級(jí)電壓，測(cè)量結(jié)果雖然準(zhǔn)確，但是夾 持裝置體積較大，引線過(guò)長(zhǎng)，不利于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施；（2)如果在變壓器次級(jí)測(cè)量次級(jí)電壓，雖然 便于安裝實(shí)施，但是由于次級(jí)回路中存在電感，測(cè)量結(jié)果存在感性分量，有效值計(jì)算方法并 不準(zhǔn)確。在一些交流電阻點(diǎn)焊控制器中，采用測(cè)量電流峰值點(diǎn)處電壓的方法，消除了感性分 量的影響，但是這一方法無(wú)法直接在逆變直流點(diǎn)焊中使用。隨著"工業(yè)4. 0"和"智能制造 2025"戰(zhàn)略的提出，越來(lái)越多的機(jī)器人逆變點(diǎn)焊設(shè)備將在汽車車身制造中得到應(yīng)用，為此， 亟需一種準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)測(cè)量逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻的裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻測(cè)量技術(shù)準(zhǔn)確性與實(shí)施性無(wú)法兼 容的問題，本發(fā)明提供了一種逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
[0005] 逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，它包括羅氏線圈、積分還原電路、差分放大 電路、次級(jí)電壓同步電路和嵌入式微處理器；
[0006] 所述的羅氏線圈套在逆變直流點(diǎn)焊機(jī)的次級(jí)回路上，羅氏線圈的兩個(gè)信號(hào)輸出端 分別連接積分還原電路的兩個(gè)信號(hào)輸入端，積分還原電路的電壓信號(hào)輸出端連接嵌入式微 處理器的第一模擬信號(hào)輸入端，
[0007] 差分放大電路的兩個(gè)電壓信號(hào)輸入端分別連接逆變直流點(diǎn)焊機(jī)的變壓器次級(jí)抽 頭的兩端，差分放大電路的電壓信號(hào)輸出端同時(shí)連接嵌入式微處理器的第二模擬信號(hào)輸入 端和次級(jí)電壓同步電路的電壓信號(hào)輸入端，次級(jí)電壓同步電路的電壓信號(hào)輸出端連接嵌入 式微處理器的定時(shí)信號(hào)輸入端。
[0008] 采用所述的逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量方法， 該方法的具體過(guò)程為：
[0009] 步驟一：逆變直流點(diǎn)焊機(jī)通電后，進(jìn)行通電焊接，利用嵌入式微處理器定時(shí)捕獲逆 變直流點(diǎn)焊機(jī)的次級(jí)回路上的次級(jí)電壓信號(hào)的上升沿作為時(shí)序基準(zhǔn)，且時(shí)序基準(zhǔn)即為零時(shí) 刻；
[0010] 步驟二：嵌入式微處理器具有多個(gè)緩存，從零時(shí)刻開始通過(guò)嵌入式微處理器對(duì)逆 變直流點(diǎn)焊機(jī)的次級(jí)回路的次級(jí)電流和次級(jí)電壓信號(hào)進(jìn)行同步自動(dòng)采集，并將采集的數(shù)據(jù) 存入嵌入式微處理器的第一個(gè)緩存中，同時(shí)利用平均值算法計(jì)算第二個(gè)緩存中的次級(jí)電壓 信號(hào)數(shù)據(jù)平均值和次級(jí)電流信號(hào)數(shù)據(jù)平均值，再將第二個(gè)緩存中的次級(jí)電壓信號(hào)數(shù)據(jù)平均 值除以次級(jí)電流信號(hào)數(shù)據(jù)平均值獲得第二個(gè)緩存中動(dòng)態(tài)電阻阻值，
[0011] 步驟三：嵌入式微處理器捕獲到下一個(gè)時(shí)序基準(zhǔn)時(shí)，嵌入式微處理器繼續(xù)進(jìn)行同 步采集逆變直流點(diǎn)焊機(jī)的次級(jí)回路的次級(jí)電流信號(hào)與次級(jí)電壓信號(hào)，并將采集的數(shù)據(jù)存入 嵌入式微處理器的第二個(gè)緩存中，同時(shí)利用平均值算法計(jì)算第一個(gè)緩存中的次級(jí)電壓信號(hào) 數(shù)據(jù)平均值和次級(jí)電流信號(hào)數(shù)據(jù)平均值，再將第一個(gè)緩存中的次級(jí)電壓信號(hào)數(shù)據(jù)平均值除 以次級(jí)電流信號(hào)數(shù)據(jù)平均值獲得第一個(gè)緩存中動(dòng)態(tài)電阻阻值；
[0012] 步驟四：重復(fù)步驟一至三，直到焊接結(jié)束，即可實(shí)時(shí)獲得點(diǎn)焊過(guò)程中的動(dòng)態(tài)電阻信 號(hào)。
[0013] 本發(fā)明帶來(lái)的有益效果是，本發(fā)明所述的逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置及 測(cè)量方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變直流點(diǎn)焊過(guò)程中動(dòng)態(tài)電阻的準(zhǔn)確與快速測(cè)量，同時(shí)兼顧安裝實(shí)施 性。通過(guò)羅氏線圈提取次級(jí)電流信號(hào)、從變壓器次級(jí)抽頭提取次級(jí)電壓信號(hào)，提高了現(xiàn)場(chǎng)安 裝實(shí)施性；利用平均值算法有效減少了次級(jí)電壓中的感性分量，獲得了真正的次級(jí)動(dòng)態(tài)電 阻，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；利用嵌入式微處理器的高速采樣與計(jì)算功能，獲得采樣率為 焊機(jī)逆變頻率兩倍的動(dòng)態(tài)電阻信號(hào)，提高了測(cè)量結(jié)果的實(shí)時(shí)性；最后可對(duì)動(dòng)態(tài)電阻測(cè)量數(shù) 據(jù)進(jìn)行本地記錄或通訊上傳，提高了測(cè)量裝置的可擴(kuò)展性。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明所述的逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的原理示意圖；
[0015] 圖2為【具體實(shí)施方式】四所述的積分還原電路的電路圖；
[0016] 圖3為【具體實(shí)施方式】五所述的差分放大電路的電路圖；
[0017] 圖4為【具體實(shí)施方式】六所述的開關(guān)S21的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖5為【具體實(shí)施方式】七所述的開關(guān)S21的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖6為【具體實(shí)施方式】九所述的逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量方法的流程圖；
[0020] 圖7為次級(jí)電壓信號(hào)的波形圖；
[0021 ] 圖8為次級(jí)電流信號(hào)的波形圖；
[0022] 圖9為次級(jí)電壓信號(hào)的有效值隨通電時(shí)間的變化波形圖；
[0023] 圖10為次級(jí)電壓信號(hào)的平均值隨通電時(shí)間的變化波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]
【具體實(shí)施方式】一：參見圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的逆變直流點(diǎn)焊動(dòng) 態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，它包括羅氏線圈1、積分還原電路2、差分放大電路3、次級(jí)電壓同步 電路4和嵌入式微處理器5 ;
[0025] 所述的羅氏線圈1套在逆變直流點(diǎn)焊機(jī)的次級(jí)回路8上，羅氏線圈1的兩個(gè)信號(hào) 輸出端分別連接積分還原電路2的兩個(gè)信號(hào)輸入端，積分還原電路2的電壓信號(hào)輸出端連 接嵌入式微處理器5的第一模擬信號(hào)輸入端，
[0026] 差分放大電路3的兩個(gè)電壓信號(hào)輸入端分別連接逆變直流點(diǎn)焊機(jī)的變壓器9次級(jí) 抽頭的兩端，差分放大電路3的電壓信號(hào)輸出端同時(shí)連接嵌入式微處理器5的第二模擬信 號(hào)輸入端和次級(jí)電壓同步電路4的電壓信號(hào)輸入端，次級(jí)電壓同步電路4的電壓信號(hào)輸出 端連接嵌入式微處理器5的定時(shí)信號(hào)輸入端。
[0027] 本實(shí)施方式中，嵌入式微處理器5具有兩路或兩路以上的ADC模塊，一路或一路以 上的定時(shí)器，以及SPI (串行外設(shè)接口）、CAN總線、USART (通用同步/異步串行收發(fā)器）等 通訊接口。
[0028] 通電焊接后，嵌入式微處理器5的定時(shí)器檢測(cè)電壓同步信號(hào)的上升沿并將其作為 時(shí)序基準(zhǔn)，記為零時(shí)刻。嵌入式微處理器5的ADC模塊從零時(shí)刻開始，在一個(gè)電壓同步信號(hào) 的周期內(nèi)，采集焊接電流和電壓的瞬時(shí)值，并利用平均值算法計(jì)算一個(gè)周期內(nèi)的次級(jí)電流 和次級(jí)電壓平均值，獲得一個(gè)電阻值。如此反復(fù)，在整個(gè)焊接通電時(shí)間內(nèi)，獲得采樣率為2匕 的動(dòng)態(tài)電阻信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】 [0029] 二：參見圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與一所述 的逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的區(qū)別在于，它還包括通訊接口電路6,通訊接口電 路6的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端與嵌入式微處理器5的第一數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接。
[0030] 本實(shí)施方式，通訊接口電路6用于本發(fā)明所述裝置同其他設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
【具體實(shí)施方式】 [0031] 三：參見圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與一所述 的逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的區(qū)別在于，它還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路7,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電 路7的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端與嵌入式微處理器5的第二數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接。
[0032] 本實(shí)施方式，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路7用于電流電壓等測(cè)量數(shù)據(jù)的本地記錄。
【具體實(shí)施方式】 [0033] 四：參見圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與一所 述的逆變直流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的區(qū)別在于，，所述的積分還原電路2包括電 阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻R24、電容C21、開關(guān)S21、運(yùn)算放大器0P21和運(yùn)算放大器 0P22 ；
[0034] 所述的電阻R21的兩端分別與羅氏線圈1的兩個(gè)信號(hào)輸出端連接，且電阻R21的 一端接電源地，
[0035] 電阻R21的另一端與電阻R22的一端連接，電阻R22的另一端同時(shí)與電阻R23的 一端、電容C21的一端、開關(guān)S21的一端和運(yùn)算放大器0P21的反相輸入端連接，電阻R23的 另一端、電容C21的另一端、開關(guān)S21的另一端、運(yùn)算放大器0P21的信號(hào)輸出端和運(yùn)算放大 器0P22的同相信號(hào)輸入端連接，運(yùn)算放大器0P22的反相信號(hào)輸入端與其信號(hào)輸出端連接， 運(yùn)算放大器0P22的信號(hào)輸出端作為積分還原電路2的電壓信號(hào)輸出端連接嵌入式微處理 器5的第一模擬信號(hào)輸入端，
[0036] 電阻R24的一端接電源地，電阻