基于STM32与LabVIEW的链条电阻对焊监测器的开发
发布时间：2021-06-08 05:27
链条作为一种基础机械部件,在轮船、冶金矿山、农业机械等领域都得到了广泛应用。由于各个链环间环环相扣,只要有一个链环焊接质量不达标,就会导致整条链报废,因此保证链环焊接质量十分重要。然而影响电阻对焊焊接质量的因素众多,如电流、电压、顶锻量等,而破坏性拉伸实验无法判断出焊接不合格的具体原因。因此,本文的目标为建立监测系统,采集并存档链条焊接信号,然后对信号进行分析,为焊后诊断提供依据。本文针对电阻对焊的监测需求,设计了系统的总体架构,将系统分为单片机采集部分、Lab VIEW上位机和Python离线分析三部分。监测系统所采集的信号包括电信号（电流、电压、微分）与机械量信号（电极位移、主轴转角）。分析以上信号的特点后,设计了相应的传感方案,并在单片机上配置相应的传感器接口。采集部分采用STM32H7作为工作核心,配合外围的模拟量处理和TCP通信模块,完成信号采集与传输任务。Lab VIEW上位机接收、显示信号并存档到My SQL数据库中,供后续焊后离线分析调用。系统的模拟量信号经过隔离、放大、失调调整和滤波后才连接到单片机AD上;开关量信号均通过光耦进行隔离,保证系统安全性。电路增益、基准压...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
链条电阻对焊过程[9]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-功率因数角是工频交流焊机工作时十分重要的参数，然而由于负载的变化，功率因数也具有时变性，难以直接在线测量。香港科技大学Zhou等[18]建立解析模型，可直接由触发角、电流等信号在线计算出功率因数。该功率因数计算方法与文献[16]相比更加方便，因为它不用建立离线数据库来进行神经网络训练。焊接电流信号是计算动态电阻的依据，并且直接影响焊接加热功率大小，故准确的测量焊接电流是电阻焊监测的关键步骤[19]。学者们已提出了基于多种传感方式的高精度测量方法，其中包括霍尔传感器、电流互感器和罗氏线圈[20]。对于幅值较大电流信号测量，常采用罗氏线圈提取电流微分信号，再通过高精度的积分电路还原电流信号。哈工大夏裕俊[20,21]考虑了长时间脉冲积分下电容漏电对积分器的影响，设计了高精度的积分电路来获取电阻焊电流。所设计的系统将反馈加法电路与原始积分器相结合，利用PID算法对电容泄漏误差进行实时补偿。Zhou等[22]通过进一步研究，得出了焊接电流有效值的解析数学描述。由于数学描述非常复杂，计算占用大量CPU时间，因此其采用了简单的神经网络来代替算法中的一部分。具体算法如图1-2所示。图1-2利用功率因数角计算电流有效值[22]电阻焊过程中动态电阻的变化能反映焊接质量[23]，动态电阻的测量也一直是电阻焊质量监测领域的研究热点。Gong等[24]首先测量信号周期的功率因数，然后离线神经网络训练的方法来间接计算动态电阻。图1-3动态电阻信号滤波[25]Wang等[25]利用Hilbert变换计算了交流电阻焊过程的次级阻抗，阻抗表达
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-功率因数角是工频交流焊机工作时十分重要的参数，然而由于负载的变化，功率因数也具有时变性，难以直接在线测量。香港科技大学Zhou等[18]建立解析模型，可直接由触发角、电流等信号在线计算出功率因数。该功率因数计算方法与文献[16]相比更加方便，因为它不用建立离线数据库来进行神经网络训练。焊接电流信号是计算动态电阻的依据，并且直接影响焊接加热功率大小，故准确的测量焊接电流是电阻焊监测的关键步骤[19]。学者们已提出了基于多种传感方式的高精度测量方法，其中包括霍尔传感器、电流互感器和罗氏线圈[20]。对于幅值较大电流信号测量，常采用罗氏线圈提取电流微分信号，再通过高精度的积分电路还原电流信号。哈工大夏裕俊[20,21]考虑了长时间脉冲积分下电容漏电对积分器的影响，设计了高精度的积分电路来获取电阻焊电流。所设计的系统将反馈加法电路与原始积分器相结合，利用PID算法对电容泄漏误差进行实时补偿。Zhou等[22]通过进一步研究，得出了焊接电流有效值的解析数学描述。由于数学描述非常复杂，计算占用大量CPU时间，因此其采用了简单的神经网络来代替算法中的一部分。具体算法如图1-2所示。图1-2利用功率因数角计算电流有效值[22]电阻焊过程中动态电阻的变化能反映焊接质量[23]，动态电阻的测量也一直是电阻焊质量监测领域的研究热点。Gong等[24]首先测量信号周期的功率因数，然后离线神经网络训练的方法来间接计算动态电阻。图1-3动态电阻信号滤波[25]Wang等[25]利用Hilbert变换计算了交流电阻焊过程的次级阻抗，阻抗表达
【参考文献】：
期刊论文
[1]电阻点焊质量监控技术研究进展与分析[J]. 夏裕俊,李永兵,楼铭,雷海洋. 中国机械工程. 2020(01)
[2]基于无差拍控制的中频电阻点焊逆变器的研究[J]. 孙枫,王艳,李茂. 电气传动. 2019(07)
[3]基于动态时空规整的系泊链闪光焊接在线质量评估[J]. 李俏,苏世杰,陈赟,王海荣,唐文献. 焊接学报. 2019(03)
[4]电阻点焊焊接监测仪的设计[J]. 管景凯,杨凯,吴敏,曾家铨,曹彪. 电焊机. 2018(10)
[5]B87MnQL盘条电阻对焊接头性能及缺陷分析[J]. 李铭锋,朱政强,周生根,李海洲,潘东. 兵器材料科学与工程. 2019(01)
[6]电阻点焊应变式压力传感器弹性体的设计及应用[J]. 翁福娟,张勇,叶武,周昀芸,滕辉. 电焊机. 2017(09)
[7]博世UIR技术在汽车高强钢电阻点焊上的应用[J]. 刘东阳,张正林,徐洋,王阳. 电焊机. 2017(03)
[8]采用中频逆变电阻焊和闪光对焊焊接圆环链的对比研究[J]. 许祥平,李恒,王锡岭,陈恒强. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2015(03)
[9]20Mn2制链用钢电阻对焊失效原因分析[J]. 权淑丽,李霞. 浙江冶金. 2013(04)
[10]货车用Φ16mm以上规格链条电阻对焊焊不透问题研究[J]. 郑志海. 农机使用与维修. 2012(03)
硕士论文
[1]海工系泊锚链闪光焊接质量评估系统研究[D]. 李俏.江苏科技大学 2019
[2]多工业机器人圆环链生产线开发及轨迹规划与仿真研究[D]. 李鹏.西安理工大学 2017
[3]汽车车身中频电阻点焊过程稳定性在线评价[D]. 夏裕俊.哈尔滨工业大学 2016
[4]T（8）级起重用短环链编链与焊链技术研究[D]. 李浩.河北农业大学 2015
本文编号：3217795
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
链条电阻对焊过程[9]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-功率因数角是工频交流焊机工作时十分重要的参数，然而由于负载的变化，功率因数也具有时变性，难以直接在线测量。香港科技大学Zhou等[18]建立解析模型，可直接由触发角、电流等信号在线计算出功率因数。该功率因数计算方法与文献[16]相比更加方便，因为它不用建立离线数据库来进行神经网络训练。焊接电流信号是计算动态电阻的依据，并且直接影响焊接加热功率大小，故准确的测量焊接电流是电阻焊监测的关键步骤[19]。学者们已提出了基于多种传感方式的高精度测量方法，其中包括霍尔传感器、电流互感器和罗氏线圈[20]。对于幅值较大电流信号测量，常采用罗氏线圈提取电流微分信号，再通过高精度的积分电路还原电流信号。哈工大夏裕俊[20,21]考虑了长时间脉冲积分下电容漏电对积分器的影响，设计了高精度的积分电路来获取电阻焊电流。所设计的系统将反馈加法电路与原始积分器相结合，利用PID算法对电容泄漏误差进行实时补偿。Zhou等[22]通过进一步研究，得出了焊接电流有效值的解析数学描述。由于数学描述非常复杂，计算占用大量CPU时间，因此其采用了简单的神经网络来代替算法中的一部分。具体算法如图1-2所示。图1-2利用功率因数角计算电流有效值[22]电阻焊过程中动态电阻的变化能反映焊接质量[23]，动态电阻的测量也一直是电阻焊质量监测领域的研究热点。Gong等[24]首先测量信号周期的功率因数，然后离线神经网络训练的方法来间接计算动态电阻。图1-3动态电阻信号滤波[25]Wang等[25]利用Hilbert变换计算了交流电阻焊过程的次级阻抗，阻抗表达
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-功率因数角是工频交流焊机工作时十分重要的参数，然而由于负载的变化，功率因数也具有时变性，难以直接在线测量。香港科技大学Zhou等[18]建立解析模型，可直接由触发角、电流等信号在线计算出功率因数。该功率因数计算方法与文献[16]相比更加方便，因为它不用建立离线数据库来进行神经网络训练。焊接电流信号是计算动态电阻的依据，并且直接影响焊接加热功率大小，故准确的测量焊接电流是电阻焊监测的关键步骤[19]。学者们已提出了基于多种传感方式的高精度测量方法，其中包括霍尔传感器、电流互感器和罗氏线圈[20]。对于幅值较大电流信号测量，常采用罗氏线圈提取电流微分信号，再通过高精度的积分电路还原电流信号。哈工大夏裕俊[20,21]考虑了长时间脉冲积分下电容漏电对积分器的影响，设计了高精度的积分电路来获取电阻焊电流。所设计的系统将反馈加法电路与原始积分器相结合，利用PID算法对电容泄漏误差进行实时补偿。Zhou等[22]通过进一步研究，得出了焊接电流有效值的解析数学描述。由于数学描述非常复杂，计算占用大量CPU时间，因此其采用了简单的神经网络来代替算法中的一部分。具体算法如图1-2所示。图1-2利用功率因数角计算电流有效值[22]电阻焊过程中动态电阻的变化能反映焊接质量[23]，动态电阻的测量也一直是电阻焊质量监测领域的研究热点。Gong等[24]首先测量信号周期的功率因数，然后离线神经网络训练的方法来间接计算动态电阻。图1-3动态电阻信号滤波[25]Wang等[25]利用Hilbert变换计算了交流电阻焊过程的次级阻抗，阻抗表达
【参考文献】：
期刊论文
[1]电阻点焊质量监控技术研究进展与分析[J]. 夏裕俊,李永兵,楼铭,雷海洋. 中国机械工程. 2020(01)
[2]基于无差拍控制的中频电阻点焊逆变器的研究[J]. 孙枫,王艳,李茂. 电气传动. 2019(07)
[3]基于动态时空规整的系泊链闪光焊接在线质量评估[J]. 李俏,苏世杰,陈赟,王海荣,唐文献. 焊接学报. 2019(03)
[4]电阻点焊焊接监测仪的设计[J]. 管景凯,杨凯,吴敏,曾家铨,曹彪. 电焊机. 2018(10)
[5]B87MnQL盘条电阻对焊接头性能及缺陷分析[J]. 李铭锋,朱政强,周生根,李海洲,潘东. 兵器材料科学与工程. 2019(01)
[6]电阻点焊应变式压力传感器弹性体的设计及应用[J]. 翁福娟,张勇,叶武,周昀芸,滕辉. 电焊机. 2017(09)
[7]博世UIR技术在汽车高强钢电阻点焊上的应用[J]. 刘东阳,张正林,徐洋,王阳. 电焊机. 2017(03)
[8]采用中频逆变电阻焊和闪光对焊焊接圆环链的对比研究[J]. 许祥平,李恒,王锡岭,陈恒强. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2015(03)
[9]20Mn2制链用钢电阻对焊失效原因分析[J]. 权淑丽,李霞. 浙江冶金. 2013(04)
[10]货车用Φ16mm以上规格链条电阻对焊焊不透问题研究[J]. 郑志海. 农机使用与维修. 2012(03)
硕士论文
[1]海工系泊锚链闪光焊接质量评估系统研究[D]. 李俏.江苏科技大学 2019
[2]多工业机器人圆环链生产线开发及轨迹规划与仿真研究[D]. 李鹏.西安理工大学 2017
[3]汽车车身中频电阻点焊过程稳定性在线评价[D]. 夏裕俊.哈尔滨工业大学 2016
[4]T（8）级起重用短环链编链与焊链技术研究[D]. 李浩.河北农业大学 2015
本文编号：3217795
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