电阻焊数据采集分析系统研究
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摘要
传统上，焊接质量是通过稳定焊接工艺参数和焊后检验来保证的。由于焊接过
程存在大量随机影响因素，仅通过稳定工艺参数无法完全避免焊接缺陷的产生；焊
后检验作为质量保证体系虽必不可少，但其不具实时性，不能及时发现焊接缺陷，
有缺陷的接头只能返修或报废。特别对于大量使用电阻焊的场合，亟待解决点焊缺
陷在线识别或质量分类，取代或减少目前采用的焊后探伤和破坏性抽检，提高生产
率、降低成本。对于电阻焊过程，影响焊接质量的各种随机因素，均直接或间接地
蕴涵在焊接电流、电压、电极位移等信号的动态变化之中。因此，本课题以上述信
号作为研究对象，进行了电阻焊数据采集分析系统研究，围绕以下三方面展开工作。
研制了以AduC812单片机为核心的数据采集分析系统。采用Rogowski大电流
传感器解决次级电流信号的传感，利用差动变压器位移传感器对电极位移进行检
测：利用USB速度快、安装方便、高带宽、易扩展等特点，进行系统与计算机之
间的交互通讯。设计出高速、高精度、大容量的焊接电压、电流、电极位移信号的
同步数据采集系统。关于故障预警、质量分类及在线监控功能的实现依赖于进一步
探索信号与质量之间的映射关系，因此处于实验阶段，所搭建的硬件平台为寻求信
号与质量的映射关系、实现焊接质量的在线监控作准备。
为辅助系统的完成，实验初期以AC6115采集板卡进行数据采集。开发支持
WINDOWS操作系统下的数据通讯、波形显示、图形编辑、频谱分析等软件。进一
步探索电阻点焊信号与焊接质量的映射关系。
利用时域、频域、小波等多种方法对电流、电压等信号进行分析，研究信号特
征及其与电阻点焊过程的相关性。初步分析认为，电流、电压信号波形以及接头动
态电阻、加热功率的变化与熔核形态密切相关，可用于电阻点焊接头质量的在线监
控。从信号分析角度丰富对焊接过程的认识，为焊接缺陷在线识别和质量分类奠定
基础。
In traditional, the quality of welding is guaranted through stabilizing parameter of weld's arts and crafts and the test after welding. Due to a plenty of random influence factor, can not avoid completely producing welding defect only through stabilizing parameter of arts and crafts; it is necessary that we carry the test after welding, but it hasn't the character of real time, can not discover welding defect in time, some tie-in of defect can but remedying or rejecting. Especially when we using resistance spot welding, it is desiderate to solving identify on-line or quality classify, replaced or reduced crack detection after welding and devastating spot test, improved productivity and reduced cost.
All sorts of random influence factor for welding quality is contained in the change of current, voltage, electrode displacement, etc.signals. Take this signal as researching object, the following works had been done in this thesis.
A data collection and analyse system based on AduC812 MCU was developed with the designed current transducer and differential transformer displacement transducer for resistance spot welding, by which the current and displacement signals were acquired. We use great capacitance memory 16M byte data and expert data-base of the relation between signals of resistance spot welding and the quality of welding on NN. Designed the circuit of resistance spot welding on-line control.
Developed a data collection system based on AC6115 with designed data communication, waveform showing and frequency spectrum analysis based on WINDOWS operation system by taking current, voltage, electrode pressure, displacement, etc.signals as research objects. It provide for explore the mapped relation of the signals of resistance spot welding and the quality of welding.
Time-domain, frequency-domain and wavelet were used to analysis current, voltage, electrode pressure, displacement signals in this thesis, researched the relativity between the character of signals and the process of resistance spot welding. It is conclude that the wave form of current, voltage signals and the transformation of dynamic resistance, power of tie-in and nugget form is correlation osculation, so they can used on on-line control of tie-in quality of resistance spot welding. Enriched the comprehend of the the process of welding by the point of view signal analysis, established the basic for welding defect on-line identify and quality classifying.
程存在大量随机影响因素，仅通过稳定工艺参数无法完全避免焊接缺陷的产生；焊
后检验作为质量保证体系虽必不可少，但其不具实时性，不能及时发现焊接缺陷，
有缺陷的接头只能返修或报废。特别对于大量使用电阻焊的场合，亟待解决点焊缺
陷在线识别或质量分类，取代或减少目前采用的焊后探伤和破坏性抽检，提高生产
率、降低成本。对于电阻焊过程，影响焊接质量的各种随机因素，均直接或间接地
蕴涵在焊接电流、电压、电极位移等信号的动态变化之中。因此，本课题以上述信
号作为研究对象，进行了电阻焊数据采集分析系统研究，围绕以下三方面展开工作。
研制了以AduC812单片机为核心的数据采集分析系统。采用Rogowski大电流
传感器解决次级电流信号的传感，利用差动变压器位移传感器对电极位移进行检
测：利用USB速度快、安装方便、高带宽、易扩展等特点，进行系统与计算机之
间的交互通讯。设计出高速、高精度、大容量的焊接电压、电流、电极位移信号的
同步数据采集系统。关于故障预警、质量分类及在线监控功能的实现依赖于进一步
探索信号与质量之间的映射关系，因此处于实验阶段，所搭建的硬件平台为寻求信
号与质量的映射关系、实现焊接质量的在线监控作准备。
为辅助系统的完成，实验初期以AC6115采集板卡进行数据采集。开发支持
WINDOWS操作系统下的数据通讯、波形显示、图形编辑、频谱分析等软件。进一
步探索电阻点焊信号与焊接质量的映射关系。
利用时域、频域、小波等多种方法对电流、电压等信号进行分析，研究信号特
征及其与电阻点焊过程的相关性。初步分析认为，电流、电压信号波形以及接头动
态电阻、加热功率的变化与熔核形态密切相关，可用于电阻点焊接头质量的在线监
控。从信号分析角度丰富对焊接过程的认识，为焊接缺陷在线识别和质量分类奠定
基础。
In traditional, the quality of welding is guaranted through stabilizing parameter of weld's arts and crafts and the test after welding. Due to a plenty of random influence factor, can not avoid completely producing welding defect only through stabilizing parameter of arts and crafts; it is necessary that we carry the test after welding, but it hasn't the character of real time, can not discover welding defect in time, some tie-in of defect can but remedying or rejecting. Especially when we using resistance spot welding, it is desiderate to solving identify on-line or quality classify, replaced or reduced crack detection after welding and devastating spot test, improved productivity and reduced cost.
All sorts of random influence factor for welding quality is contained in the change of current, voltage, electrode displacement, etc.signals. Take this signal as researching object, the following works had been done in this thesis.
A data collection and analyse system based on AduC812 MCU was developed with the designed current transducer and differential transformer displacement transducer for resistance spot welding, by which the current and displacement signals were acquired. We use great capacitance memory 16M byte data and expert data-base of the relation between signals of resistance spot welding and the quality of welding on NN. Designed the circuit of resistance spot welding on-line control.
Developed a data collection system based on AC6115 with designed data communication, waveform showing and frequency spectrum analysis based on WINDOWS operation system by taking current, voltage, electrode pressure, displacement, etc.signals as research objects. It provide for explore the mapped relation of the signals of resistance spot welding and the quality of welding.
Time-domain, frequency-domain and wavelet were used to analysis current, voltage, electrode pressure, displacement signals in this thesis, researched the relativity between the character of signals and the process of resistance spot welding. It is conclude that the wave form of current, voltage signals and the transformation of dynamic resistance, power of tie-in and nugget form is correlation osculation, so they can used on on-line control of tie-in quality of resistance spot welding. Enriched the comprehend of the the process of welding by the point of view signal analysis, established the basic for welding defect on-line identify and quality classifying.
引文
1． A.GLivshits. Universal Quality Assurance Method for Resistance Spot Welding Based on Dynamic Resistance. Welding Journal,1997． 76(5) :383s-390s
2． Jorn Burmeister et al. Automated Quality Assessment in Alternating Current Resistance Spot Welding by Fuzzy Classification. S.&S. 1994． (6) :E103-E106
3． 中国机械工程学会焊接学会电阻焊(Ⅲ)专业委员会．电阻焊理论与实践． 北京：机械工业出版社，1994：319-398
4． 吴林，陈善本．智能化焊接技术．国防工业出版社，2001． 5：149-191
5． 潘际銮．焊接方法及设备(焊接手册第一卷)．北京机械工业出版社，1992
6． 方婉莹．电阻焊理论与实践．机械工业出版社，1994． 1：291-397
7． 刘森．特种焊接工基本技术．金盾出版社，1998． 9：135-142
8． 耿正，高洪明．电阻焊设备及控制的研究进展．北京：第八次全国焊接会议 论文集(1) ．北京：机械工业出版社，1997：169-175
9． 李树槐．点焊质量动态电阻阈值法自适应控制的研究．第六届全国焊接学 术会议论文集．西安：1990． H-Ⅲ b-014-90：139-143
10． 张旭明等．点焊恒流控制中电流检测系统的研究．点焊机，2001． (5) ：15-17
11． 王笑川．电阻点焊临界电极电压法质量监控器的研究．焊接技术，1994． (1) ： 22-24
12． 马凯等．动态电阻点焊监控系统多参数分时段的监控算法．接学报，2002． (1) ：63-64
13． 黄德智等.利用点焊过程中的动态电阻检测车身焊点质量．焊接，2003． (3) ： 9-13
14． Robert W.Messler,etc .An intelligent control system for resistance spot welding using a neural network and fuzzy logic.1995． 1757-1763
15． 常云龙、黄石生等．热膨胀电极位移法用于机器人点焊过程的研究．机器人， 1999． (2) ：134-138
16． 胡德安等．电阻点焊热膨胀电极位移微机检测系统．电子与自动化，1997． (1) ：10-13
17． 曹彪等．点焊过程热膨胀变形分析．焊接学报，1995． (6) ：94-99
18． 刘效方．点焊质量电极位移法检测模型的设计．电焊机，1987． (3) ：11-14
19． 姜以宏等．光栅测热膨胀位移点焊质量实时控制装置研制．全国焊接年会论 文集(7) ，1990：37-41
20． 黄明泰．铝合金点焊脉冲超声检测的研究．焊接研究与生产，1994，4(3) ：1-5
21． MansourTM，吴明复译．薄板钢点焊超声波检测．无损探伤，1992． (5) ：28-34
22． 杨思乾等．LY12铝合金焊点射线检测时的环形影象与熔核直径及热影响区 组织的关系．无损探伤，1994． (1) ：17-19
23． 邓云生等.LY12铝合金点焊区合金成分对X射线透照图象的影响．无损检 测，1991． 18(1) ：1-5
24． 顾春艳等．一种采用恒压法的电阻点焊控制器．北方交通大学，2000． (1) ： 102-105
25． 尹孝辉等．点焊质量监控技术的发展与现状．焊接，2002． (2) ：5-10
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29． C.L.Tsai,O.A.Jammal,J.C.Papritan and D.W.Dickinson. Modeling of Resistance Spot Weld Nugget Growth.Weld.J., 1992． 66(2) :47S-53S
30． R.J.Bowers,C.D.Somensen and T.W.Eagar.Electrode Geometry in Resistance Spot Welding.J.Weld.Res., 1990． 45s-51s
31． H.A.Nied.The Finite Element Modeling of the Resistance Welding Process.Weld.J.,1984． 63(4) :123S-132S
32． Z.Han.T.Orozco,J.E.Indacochea and C.H.Chen,1989． Resistance Spot Weldling:A Heat Transfer Study.J.Weld.Res.,363s-371s
33． W.V.Alcini.Experimental Measurement if Liquid Nugget Heat Convection in Spot Welding.J.Weld.Res., 1990． 178s-180s
34． H.S.Chang and H.S.Cho.A Study on the Shunt Effect in Resistance Spot Welding.J.Weld,Res., 1990． 308s-317s
35． T.Natale and B.Irving. Automakers Set the Pace for Spot Welding the New Galvanized Steels.Weld.J., 1992． 48(3) :47-52
36． S.Howes. Improving Resistance Welding of Coated Steels.Australasian Weld.J, 1992． 4th Quarter,32-34
37． J.A.Wist,C.L.White. Metallurgical Aspects of Electrode Wear during Resistance Welding of Zinc Coated Steels.WRC Progress Report, 1990． XLV(9/10) :30-43
38． H.S.Ferguson.Programmed Constant-total Weld Pulse Current control. Unpublished Technical Report, 1992
39． 张贵锋等．点焊控制方法的发展与动向．点焊机，1999． (12) ：1-6
40． 仲田周次．电阻焊质量控制(先进焊接技术讲习班讲义)．哈尔滨工业大学焊 接教研室编译，哈尔滨工业大学，1986． 8：2-164
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42． 李刚．AduC8XX系列单片机原理与应用技术．北京航空航天大学出版社， 2002． 1，2-19
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44． 郭晓华，叶妙元，徐雁，朱明钧，张庆，廖京生，胡爱华．用于110Kv变压 器的空心线圈电流传感器研究．高压电器，2002． 6(3) ：23-25
45． 王锡凡．电力工程基础．西安：西安交通大学出版社，1998
46． 邹积岩．罗哥夫斯基线圈测量电流的仿真计算及实验研究．电工技术学报，2 001． 16(1) ：81-84
47． 翟小社，王颖，林莘．基于Rogowski线圈电流传感器的研制．高压电器， 2002． 6(3) ：19-20
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51． 王福瑞．单片微机测控系统设计大全．北京：北京航空航天大学出版社，1999
52． 马明建，周长城．数据采集与处理技术．2000． 2：234-258
53． 提兆旭，陈赤配．电力系统计算机调度自动化．上海：上海交通大学出版社，1 995
54． 盛寿麟．电力系统远动原理．北京：水利电力出版社，1992
55． 叶世勋．CDT循环远动规约．电力部，1999
56． 张宏林，陆华，王思学．Visual Basic编程疑难详解．人民邮电出版社，2000． 7
57． Robert W．Stewart著．冯建华，于志宏，郑海声译．Visual Basic图形程序设计． 清华大学出版社，1995． 10
58． 李鸿吉．Visual Basic 6． 0中文版编程方法详解．科学出版社，2001． 6
59． [美]Wagne Freeze 著．冯硕，贾志博等译．Visual Basic数据库编程宝典(Visual Basic Database Programming Bible)．电子工业出版社，2001
60． John W．fronckowiak，David J．Helda著．全刚，杨领峰，申耀军，张涛译．Visual Basic6数据库编程大全．电子工业出版社，1999． 6
61． [美]Robert W．Stewart著，冯建华等译．Visual Basic图形程序设计．清华大学 出版社，1995
62． 范逸之．Visual Basic与分布式监控系统--RS-232/485串行通信．清华大学 出版社，2002． 6
63． [美]Rod Stephens著．钟显宏，李林山，虞里平译．Visual Basic高级技术 (Advanced Visual Basic Techniques)．电子工业出版社，1998
64． 刘炳文．Visual Basic图形与多媒体程序设计．清华大学出版社，2002． 8
65． 刘志俭，潘献飞，连军想．Matlab外部程序接口(6． X)．科学出版社，2002． 4
66． 曹青，邱李华，郭志强．Visual Basic程序设计教程．机械工业出版社，2002
67． 何强，何英．Matlab扩展编程．清华大学出版社，2002． 6
68． 廖肇弘，翁铭鑫．Visual Basic多媒体程序设计．清华大学出版社，1995
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