專(zhuān)利名稱(chēng)：用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種焊接技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備，特別是一種用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器。
背景技術(shù)：
轎車(chē)車(chē)體的制造是由數(shù)百個(gè)形狀與大小不一的、沖壓好的薄板結(jié)構(gòu)件焊接而成，而焊接采用的是焊接工藝中的電阻點(diǎn)焊形式。由于結(jié)構(gòu)的特殊性及近年來(lái)追求車(chē)身輕量化而多使用較薄的板材，這就使得設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證車(chē)體質(zhì)量，將焊接件的焊點(diǎn)布置的較密?？墒牵诠ぜ?，由于焊點(diǎn)與焊點(diǎn)之間的距離較近，常常造成了點(diǎn)焊機(jī)的電流分流，其結(jié)果是焊點(diǎn)熔核變小、強(qiáng)度不夠，存在部分的焊點(diǎn)質(zhì)量不合格，另外，生產(chǎn)中也常常會(huì)因電極頭磨損及材料表面狀態(tài)的變化造成電流分流而產(chǎn)生不良結(jié)果。生產(chǎn)中，通常使用的是氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)，其控制器主要由主控板、觸發(fā)板、I/O板組成，其中，主控板是核心，主要工作都由它來(lái)完成，包括調(diào)節(jié)焊接電流，焊接時(shí)間，顯示面板的參數(shù)調(diào)整，焊接閥的選擇，焊接程序的選擇等，其控制方法是恒流控制；而觸發(fā)板則是將主控板和大功率晶閘管電路隔離開(kāi)來(lái)，一方面將主控板發(fā)送來(lái)的觸發(fā)信號(hào)放大調(diào)理為晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)晶閘管的可靠觸發(fā)，同時(shí)又將實(shí)時(shí)采集的電流值反饋至主控板，作為恒流控制的依據(jù)，它還有一個(gè)工作就是將電網(wǎng)電壓和主控板的節(jié)奏統(tǒng)一起來(lái)，即提供同步信號(hào)；I/O板主要用來(lái)和外部焊接閥，啟動(dòng)控制器，故障報(bào)警等部分結(jié)合，給主控板提供信號(hào)。這類(lèi)恒電流控制僅是把焊接變壓器次級(jí)回路中焊接電流有效值穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，它對(duì)影響次級(jí)回路的電流參數(shù)的因素如電源電壓波動(dòng)、板材厚度變化等次級(jí)回路中阻抗比較敏感，能夠給予補(bǔ)償，并在下一個(gè)焊點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，所以，氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)的恒流控制器不能控制焊點(diǎn)的當(dāng)前電流，如由于焊點(diǎn)過(guò)密造成的電流分流時(shí)的電流值減小，也不能消除電極頭磨損及材料表面狀態(tài)的變化等與變壓器次級(jí)回路中焊接電流無(wú)關(guān)的影響因素。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利(申請(qǐng))號(hào)為98102915.9，名稱(chēng)為用于電阻點(diǎn)焊的控制系統(tǒng)及其方法，此發(fā)明采用一個(gè)存儲(chǔ)有一組標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)電阻曲線的存儲(chǔ)器來(lái)控制電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的控制系統(tǒng)，特定的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)電阻曲線根據(jù)預(yù)定的焊接條件來(lái)定，該給定的焊接條件則由如被焊金屬板的厚度等這樣的焊接參數(shù)來(lái)決定，也就是說(shuō)，這種控制系統(tǒng)對(duì)被焊金屬板的厚度變化時(shí)，通過(guò)比較標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)電阻曲線來(lái)控制焊接電流，對(duì)由于焊點(diǎn)過(guò)密造成的電流分流、電極頭磨損、材料表面狀態(tài)的變化時(shí)的電流值變化是無(wú)法控制的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器。使其能有效地控制焊點(diǎn)過(guò)密造成的電流分流時(shí)的電流值及因電極頭磨損造成的電流分流及材料表面狀態(tài)的變化造成的電流分流時(shí)的電流值。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明控制器由兩套相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)組成，第一套控制系統(tǒng)是基于熱膨脹位移理論設(shè)計(jì)和基于PID控制算法點(diǎn)焊控制系統(tǒng)，由位移傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、系統(tǒng)接口模塊組成；第二套控制系統(tǒng)是常規(guī)控制系統(tǒng)，由主控板、觸發(fā)板、I/O板組成。
第一套控制系統(tǒng)是本發(fā)明控制器的核心部分，其中，位移傳感器模塊用于熱膨脹位移信號(hào)的采集。數(shù)據(jù)采集模塊用于將位移傳感器模塊傳來(lái)的模擬信號(hào)(電壓值)轉(zhuǎn)化為數(shù)字系統(tǒng)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)?？刂颇K用于根據(jù)預(yù)先確定的控制算法和實(shí)時(shí)采集到的熱膨脹位移數(shù)據(jù)，計(jì)算出需要的觸發(fā)角大小，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)時(shí)間，從而改變焊接電流，達(dá)到提高焊點(diǎn)質(zhì)量的目的。而系統(tǒng)接口模塊用于切換兩個(gè)系統(tǒng)的工作，從原系統(tǒng)截取信號(hào)，同時(shí)將兩個(gè)系統(tǒng)的同步信號(hào)統(tǒng)一起來(lái)，讓他們協(xié)調(diào)工作，即同一時(shí)間只有一個(gè)系統(tǒng)的控制信號(hào)在起作用。
兩套控制系統(tǒng)采用并行系統(tǒng)工作方式系統(tǒng)啟動(dòng)工作后，第二套常規(guī)控制系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，第一套控制系統(tǒng)發(fā)揮監(jiān)測(cè)的功能。如在焊點(diǎn)過(guò)密而發(fā)生分流時(shí)，第二套控制系統(tǒng)就會(huì)失去作用，系統(tǒng)自動(dòng)切換到第一套控制系統(tǒng)，此時(shí)，第一套控制系統(tǒng)就開(kāi)始起作用。
所述的數(shù)據(jù)采集模塊，由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、采樣保持器組成，單片機(jī)作為系統(tǒng)的運(yùn)算單元和控制單元通過(guò)鎖存器和外部擴(kuò)展連接，外部擴(kuò)展在系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)和中間運(yùn)算結(jié)果，單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器之間也通過(guò)了鎖存器，采集時(shí)將A/D轉(zhuǎn)換器看作幾個(gè)外部的RAM，從而直接進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的讀取，外部信號(hào)通過(guò)采樣保持器進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)的模擬信號(hào)的范圍是±5V，A/D轉(zhuǎn)換器的接法是雙極性10范圍的接法。
所述的控制模塊，由可控硅觸發(fā)脈沖屏蔽電路及觸發(fā)脈沖放大電路組成，其中作為接口電路中的可控硅觸發(fā)脈沖屏蔽電路，選用兩個(gè)繼電器TQ2 Form C實(shí)現(xiàn)全部四組信號(hào)的同時(shí)切換，兩個(gè)繼電器各自使用獨(dú)立的放大電路，它們的線圈分別由單片機(jī)的I/O口P1.0和P1.1控制；觸發(fā)脈沖放大電路由單片機(jī)P1.2和P1.3送出的兩路可控硅觸發(fā)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)10K電阻上拉后接入場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器TC4426中A、B兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸入端即引腳2、4，經(jīng)過(guò)功率放大后經(jīng)由TC4426輸出端即引腳7、5送出至后向的屏蔽電路；如果屏蔽電路切換到新系統(tǒng)，則該信號(hào)最終通過(guò)屏蔽電路到達(dá)可控硅觸發(fā)板用于觸發(fā)可控硅。
所述的控制模塊，是建立在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上的，在數(shù)據(jù)采集模塊將熱膨脹位移采集送到CPU中之后，由它先進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，然后將得到的結(jié)果輸入控制算法，如果測(cè)得的實(shí)時(shí)位移信號(hào)位于公差帶范圍內(nèi)則表征原第二套控制系統(tǒng)工作正常，第一套控制系統(tǒng)只是起到監(jiān)測(cè)的作用，而一旦實(shí)時(shí)位移超出公差帶范圍，則將位移量輸入到相應(yīng)的控制算法中，得到相應(yīng)的控制角，在下一個(gè)半波通過(guò)屏蔽電路切斷原系統(tǒng)的觸發(fā)脈沖，而轉(zhuǎn)由第一套控制系統(tǒng)在確定時(shí)刻發(fā)出觸發(fā)脈沖，然后通過(guò)脈沖放大電路將信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力加強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)觸發(fā)板上的MOSFET功率管，從而驅(qū)動(dòng)晶閘管，進(jìn)行焊接。
所述的系統(tǒng)接口模塊，包括同步電路和串口通訊電路，同步電路也稱(chēng)之為同步中斷信號(hào)生成電路，其主要是將表征關(guān)鍵控制時(shí)刻的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換并送給單片機(jī)的外部中斷，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與可控硅的工作同步和控制時(shí)序匹配；串口通訊電路實(shí)現(xiàn)以單片機(jī)為核心的第一套控制系統(tǒng)和工控機(jī)的串口交互通訊。
本發(fā)明能有效地控制當(dāng)焊點(diǎn)過(guò)密造成的電流分流時(shí)的電流值，能有效地控制因電極頭磨損造成的電流分流及材料表面狀態(tài)的變化造成的電流分流時(shí)的電流值，從而改變氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)的性能。使其用于轎車(chē)車(chē)身焊接時(shí)，解決了因車(chē)身焊點(diǎn)與焊點(diǎn)之間的距離較近而造成的點(diǎn)焊機(jī)的電流分流，從而造成焊點(diǎn)熔核變小、強(qiáng)度不夠的焊點(diǎn)質(zhì)量不合格問(wèn)題；解決了因電極頭磨損造成的電流分流及材料表面狀態(tài)的變化造成的電流分流時(shí)而產(chǎn)生的焊點(diǎn)熔核變小、強(qiáng)度不夠的焊點(diǎn)質(zhì)量不合格問(wèn)題，使用本發(fā)明，對(duì)現(xiàn)有的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)改造，不影響生產(chǎn)，可節(jié)約成本。


圖1本發(fā)明控制器結(jié)構(gòu)框2本發(fā)明數(shù)據(jù)采集模塊結(jié)構(gòu)框3本發(fā)明控制模塊中的屏蔽電路原理4本發(fā)明控制模塊中的觸發(fā)脈沖放大電路5本發(fā)明系統(tǒng)接口模塊中的8路模擬開(kāi)關(guān)CD4051的邏輯框6本發(fā)明系統(tǒng)接口模塊中的同步中斷信號(hào)生成電路原理7本發(fā)明系統(tǒng)接口模塊中的MAX232電路連接8本發(fā)明系統(tǒng)接口模塊中的通訊電路連接圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明控制器由兩套相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)組成，第一套控制系統(tǒng)是基于熱膨脹位移理論設(shè)計(jì)和基于PID控制算法點(diǎn)焊控制系統(tǒng)，由位移傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、系統(tǒng)接口模塊組成；第二套控制系統(tǒng)是常規(guī)控制系統(tǒng)，由主控板、觸發(fā)板、I/O板組成。
第一套控制系統(tǒng)是本發(fā)明的核心，其中，位移傳感器模塊采集熱膨脹位移信號(hào)并傳給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊將位移傳感器模塊傳來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字系統(tǒng)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)并傳給控制模塊，控制模塊根據(jù)預(yù)先確定的控制算法和實(shí)時(shí)采集到的熱膨脹位移數(shù)據(jù)，計(jì)算出需要的觸發(fā)角大小，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)時(shí)間，從而改變焊接電流，并將處理的結(jié)果傳給系統(tǒng)接口模塊，系統(tǒng)接口模塊將信號(hào)傳送到第二套常規(guī)控制系統(tǒng)，用于切換兩個(gè)系統(tǒng)的工作，從原系統(tǒng)截取信號(hào)，同時(shí)將兩個(gè)系統(tǒng)的同步信號(hào)統(tǒng)一起來(lái)，協(xié)調(diào)工作，即同一時(shí)間只有一個(gè)系統(tǒng)的控制信號(hào)在起作用，兩套控制系統(tǒng)之間的時(shí)序匹配由系統(tǒng)接口模塊完成。
兩套控制系統(tǒng)采用并行系統(tǒng)工作方式，系統(tǒng)啟動(dòng)工作后，第二套常規(guī)控制系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，第一套控制系統(tǒng)發(fā)揮監(jiān)測(cè)的功能。如在焊點(diǎn)過(guò)密或而發(fā)生分流時(shí)，第二套控制系統(tǒng)就會(huì)失去作用，系統(tǒng)自動(dòng)切換到第一套控制系統(tǒng)，此時(shí)，第一套控制系統(tǒng)就開(kāi)始起作用。
(1)位移傳感器模塊位移傳感器模塊由位移傳感器組成，位移傳感器采集熱膨脹位移信號(hào)。本發(fā)明選用的是日本OMRON公司ZX-LD30V傳感器；其響應(yīng)時(shí)間＜1ms(half cycle＝10ms)，測(cè)量精度≤1um(總位移量為100微米左右)，易裝拆，電磁屏蔽。
(2)數(shù)據(jù)采集模塊如圖2所示，數(shù)據(jù)采集模塊由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、采樣保持器組成，單片機(jī)作為系統(tǒng)的運(yùn)算單元和控制單元通過(guò)鎖存器和外部擴(kuò)展連接，因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身的內(nèi)部128個(gè)字節(jié)RAM容量不夠，而采集的數(shù)據(jù)量又比較大，外部擴(kuò)展在系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)和中間運(yùn)算結(jié)果。而且單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器之間也通過(guò)了鎖存器，采集時(shí)可以將A/D轉(zhuǎn)換器看作幾個(gè)外部的RAM，從而直接進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的讀取。外部信號(hào)通過(guò)采樣保持器進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣可以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換的速度和精度。本系統(tǒng)的模擬信號(hào)的范圍是±5V，所以A/D轉(zhuǎn)換器的接法也是雙極性10范圍的接法。
單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89c51單片機(jī)，其速度1MPS，配合12MH的晶振；具有4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)、6個(gè)中斷源、4個(gè)8位I/O，具有串口通訊能力全雙工增強(qiáng)型UART。
A/D轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)模擬器件公司(Analog Devices Inc)的AD574A型快速12位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部由雙片雙極型電路組成的28腳標(biāo)準(zhǔn)封裝，無(wú)需外接元器件就可獨(dú)立完成A/D轉(zhuǎn)換功能，內(nèi)部設(shè)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，具體技術(shù)參數(shù)非線性誤差小于±1/2LBS或±1LBS；一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為25微秒；電源供給為±12V和+5；AD574A之輸入模擬量量程范圍有0-+10v，0-+20v，-5v-+5V以及-10V-+10V四種。
采樣保持器采用LF398集成電路芯片式采樣/保持電路，保證在轉(zhuǎn)換期間采集位移數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，能夠在6us內(nèi)穩(wěn)定保持輸入信號(hào)，是反饋型采樣/保持電路，采用雙極型—結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工藝。
(3)控制模塊控制模塊由可控硅觸發(fā)脈沖屏蔽電路及觸發(fā)脈沖放大電路組成，其中如圖3所示，作為接口電路中的可控硅觸發(fā)脈沖屏蔽電路，由于可控硅觸發(fā)板上需要四組脈沖觸發(fā)信號(hào)，故屏蔽電路中選用兩個(gè)繼電器TQ2 Form C實(shí)現(xiàn)全部四組信號(hào)的同時(shí)切換，為可靠起見(jiàn)，兩個(gè)繼電器各自使用獨(dú)立的放大電路，它們的線圈分別由單片機(jī)的I/O口P1.0和P1.1控制。
如圖4所示，觸發(fā)脈沖放大電路由單片機(jī)P1.2和P1.3送出的兩路可控硅觸發(fā)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)10K電阻上拉后接入場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器(MOSFET DRIVER)TC4426中A、B兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸入端(引腳2，4)。經(jīng)過(guò)功率放大后經(jīng)由TC4426輸出端(引腳7，5)送出至后向的屏蔽電路。如果屏蔽電路切換到新系統(tǒng)，則該信號(hào)最終通過(guò)屏蔽電路到達(dá)可控硅觸發(fā)板用于觸發(fā)可控硅。
控制模塊是建立在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上的，在采集模塊將熱膨脹位移采集送到CPU中之后，由它先進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，如軟件濾波等等，然后將得到的結(jié)果輸入控制算法，如果測(cè)得的實(shí)時(shí)位移信號(hào)位于公差帶范圍內(nèi)則表征第二套控制系統(tǒng)工作正常，不需要控制，第一套控制系統(tǒng)只是起到監(jiān)測(cè)的作用，而一旦實(shí)時(shí)位移超出公差帶范圍，則將位移量輸入到相應(yīng)的控制算法中，得到相應(yīng)的控制角，在下一個(gè)半波通過(guò)屏蔽電路切斷原系統(tǒng)的觸發(fā)脈沖，而轉(zhuǎn)由第一套控制系統(tǒng)在確定時(shí)刻發(fā)出觸發(fā)脈沖，然后通過(guò)脈沖放大電路將信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力加強(qiáng)，這樣可以驅(qū)動(dòng)觸發(fā)板上的MOSFET功率管，從而驅(qū)動(dòng)晶閘管，進(jìn)行焊接。
(4)系統(tǒng)接口模塊具體的控制參數(shù)就是直接決定了焊接電流大小的可控硅觸發(fā)角，而為了將實(shí)時(shí)采集的位移信息直觀的顯示在操作工人面前又需要將信息實(shí)時(shí)的傳遞給一個(gè)具有顯示功能的裝置，同時(shí)還要通過(guò)該裝置將當(dāng)前恒流系統(tǒng)的工作參數(shù)傳送給單片機(jī)系統(tǒng)，所以，本發(fā)明所控制的整個(gè)焊接系統(tǒng)裝有具有實(shí)時(shí)信息顯示功能的工控機(jī)。這其中，由于單片機(jī)系統(tǒng)和點(diǎn)焊機(jī)的可控硅觸發(fā)電路不是同一個(gè)類(lèi)型的電路，所以必須要有一個(gè)中間電路負(fù)責(zé)這兩個(gè)電路各方面的協(xié)調(diào)工作，以保證單片機(jī)的控制信號(hào)能順利地傳送到可控硅的觸發(fā)電路板來(lái)控制可控硅，同時(shí)可控硅觸發(fā)板上的相關(guān)反饋信號(hào)也能順利的被單片機(jī)識(shí)別，而單片機(jī)系統(tǒng)也需要和工控機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交流，這部分工作由系統(tǒng)接口模塊來(lái)完成。綜上所述，系統(tǒng)接口模塊必須要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)功能，時(shí)序匹配和通訊功能。根據(jù)以上的功能要求，將系統(tǒng)接口模塊分成兩個(gè)更小的模塊。分別是同步電路和串口通訊電路，其中①同步電路也稱(chēng)之為同步中斷信號(hào)生成電路，其主要是將表征關(guān)鍵控制時(shí)刻的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換并送給單片機(jī)的外部中斷，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與可控硅的工作同步和控制時(shí)序匹配。具體如圖5本發(fā)明系統(tǒng)接口模塊中同步電路的8路模擬開(kāi)關(guān)CD4051邏輯框圖所示，解決了同步電路中的同步方波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)兩次觸發(fā)中斷的問(wèn)題，具體是中斷口對(duì)信號(hào)A、B的切換選擇工作是由8路模擬開(kāi)關(guān)CD4051完成的，由圖可見(jiàn)，CD4051可以有8個(gè)輸入通道，但只有一個(gè)輸出通道，8個(gè)輸入通道的選擇是由A、B、C這三位的編碼經(jīng)過(guò)譯碼后決定的。
如圖6所示，單片機(jī)接口電路中的同步中斷信號(hào)生成電路的最終原理，用于同步通電時(shí)間的第二套控制系統(tǒng)可控硅高頻觸發(fā)脈沖信號(hào)無(wú)須經(jīng)過(guò)格式變化直接接入單片機(jī)的一個(gè)外部中斷口(INTO)，故在圖中未標(biāo)出。與焊接工頻交流信號(hào)同步的方波信號(hào)(圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽“3”)首先經(jīng)過(guò)5V穩(wěn)壓二極管的第一級(jí)穩(wěn)壓后接入電壓比較器LM139的“+”端(引腳5)。經(jīng)過(guò)兩個(gè)15K電阻分壓得到的2.5V電壓接入電壓比較器的“-”端(引腳6)。電壓比較器輸出的TTL電平由引腳2輸出，其中分出一路信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器74HC04的移相。兩組互補(bǔ)信號(hào)分別進(jìn)入8路模擬開(kāi)關(guān)CD4051的輸入通道0和1(引腳13和14)，CD4051的通道選擇編碼位B、C和INHIBIT端(引腳10、9、6)接地，單片機(jī)的P1.6口接入通道選擇編碼位A(引腳11)來(lái)控制通道0和1的切換。處理完畢的中斷信號(hào)最終由8路模擬CD4051的輸出端(引腳3)送入單片機(jī)的第二個(gè)外部中斷口(INT1)，得以實(shí)現(xiàn)焊接半波的同步。
②串口通訊電路串口通訊電路主要功能是實(shí)現(xiàn)以單片機(jī)為核心的新系統(tǒng)和工控機(jī)的串口交互通訊，因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身具有串口通訊功能。設(shè)計(jì)中主要需要考慮的問(wèn)題是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。因?yàn)辄c(diǎn)焊的時(shí)間很短，一個(gè)焊點(diǎn)需要的時(shí)間大約為200ms左右，因此要在這么短的時(shí)間內(nèi)將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的發(fā)送到工控機(jī)端，要求單片機(jī)的處理速度相對(duì)較高，設(shè)計(jì)中給單片機(jī)配了12MH的晶振，這樣單片機(jī)的指令執(zhí)行速度可以達(dá)到1MPS，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
串口通訊時(shí)，工控機(jī)的串行口采用的是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C接口，由于單片機(jī)的串行口電平是TTL電平，但是TTL電平特性與RS232的電氣特性不匹配，因此為了使單片機(jī)的串口能與RS-232C接口通信，必須將串行口的輸入/輸出電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為此，選擇了MAXIM公司的集成電路塊MAX232，如圖7本發(fā)明系統(tǒng)接口模塊中的MAX232電路連接圖所示，單片機(jī)的P3.0口和P3.1口分別同MAX232芯片的12口和O4口連接，O2口和I4口對(duì)應(yīng)串口通訊的RXD，TXD線。其他元件連接如圖所示，構(gòu)成單片機(jī)的232口輸出接口。
以集成芯片MAX232為核心構(gòu)成的通訊電路連接圖如圖8所示。采用3線制的通訊方式。
權(quán)利要求
1.一種用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，包括第二套控制系統(tǒng)，由主控板、觸發(fā)板、I/O板組成，其特征在于，還包括第一套控制系統(tǒng)，第一套控制系統(tǒng)由位移傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、接口模塊組成，位移傳感器模塊采集熱膨脹位移信號(hào)并傳給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊將位移傳感器模塊傳來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字系統(tǒng)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)并傳給控制模塊，控制模塊根據(jù)預(yù)先確定的控制算法和實(shí)時(shí)采集到的熱膨脹位移數(shù)據(jù)，計(jì)算出需要的觸發(fā)角大小，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)時(shí)間，從而改變焊接電流，并將處理的結(jié)果傳給系統(tǒng)接口模塊，系統(tǒng)接口模塊將信號(hào)傳送到第二套常規(guī)控制系統(tǒng)，用于切換兩個(gè)系統(tǒng)的工作，從原系統(tǒng)截取信號(hào)，同時(shí)將兩個(gè)系統(tǒng)的同步信號(hào)統(tǒng)一起來(lái)，協(xié)調(diào)工作，即同一時(shí)間只有一個(gè)系統(tǒng)的控制信號(hào)在起作用，兩套控制系統(tǒng)之間的時(shí)序匹配由系統(tǒng)接口模塊完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，其特征是，兩套控制系統(tǒng)采用并行系統(tǒng)工作方式系統(tǒng)啟動(dòng)工作后，第二套控制系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，第一套控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在焊點(diǎn)過(guò)密而發(fā)生分流時(shí)，第二套控制系統(tǒng)就會(huì)失去作用，系統(tǒng)自動(dòng)切換到第一套控制系統(tǒng)，此時(shí)，第一套控制系統(tǒng)就開(kāi)始起作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，其特征是，所述的位移傳感器模塊，由位移傳感器組成，位移傳感器采集熱膨脹位移信號(hào)并傳給數(shù)據(jù)采集模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，其特征是，所述的數(shù)據(jù)采集模塊，由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、采樣保持器組成，單片機(jī)作為系統(tǒng)的運(yùn)算單元和控制單元通過(guò)鎖存器和外部擴(kuò)展連接，外部擴(kuò)展在系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)和中間運(yùn)算結(jié)果，單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器之間也通過(guò)了鎖存器，采集時(shí)將A/D轉(zhuǎn)換器看作幾個(gè)外部的RAM，從而直接進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的讀取，外部信號(hào)通過(guò)采樣保持器進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，其特征是，所述的控制模塊，由可控硅觸發(fā)脈沖屏蔽電路及觸發(fā)脈沖放大電路組成，其中作為接口電路中的可控硅觸發(fā)脈沖屏蔽電路，選用兩個(gè)繼電器TQ2Form C實(shí)現(xiàn)全部四組信號(hào)的同時(shí)切換，兩個(gè)繼電器各自使用獨(dú)立的放大電路，它們的線圈分別由單片機(jī)的I/O口P1.0和P1.1控制；觸發(fā)脈沖放大電路由單片機(jī)P1.2和P1.3送出的兩路可控硅觸發(fā)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)10K電阻上拉后接入場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器TC4426中A、B兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸入端即引腳2、4，經(jīng)過(guò)功率放大后經(jīng)由TC4426輸出端即引腳7、5送出至后向的屏蔽電路；如果屏蔽電路切換到新系統(tǒng)，則該信號(hào)最終通過(guò)屏蔽電路到達(dá)可控硅觸發(fā)板用于觸發(fā)可控硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者5所述的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，其特征是，所述的控制模塊，是建立在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上的，在數(shù)據(jù)采集模塊將熱膨脹位移采集送到CPU中之后，由它先進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，然后將得到的結(jié)果輸入控制算法，如果測(cè)得的實(shí)時(shí)位移信號(hào)位于公差帶范圍內(nèi)則表征原第二套控制系統(tǒng)工作正常，第一套控制系統(tǒng)只是起到監(jiān)測(cè)的作用，而一旦實(shí)時(shí)位移超出公差帶范圍，則將位移量輸入到相應(yīng)的控制算法中，得到相應(yīng)的控制角，在下一個(gè)半波通過(guò)屏蔽電路切斷原系統(tǒng)的觸發(fā)脈沖，而轉(zhuǎn)由第一套控制系統(tǒng)在確定時(shí)刻發(fā)出觸發(fā)脈沖，然后通過(guò)脈沖放大電路將信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力加強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)觸發(fā)板上的MOSFET功率管，從而驅(qū)動(dòng)晶閘管，進(jìn)行焊接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，其特征是，所述的系統(tǒng)接口模塊，包括同步電路和串口通訊電路，同步電路也稱(chēng)之為同步中斷信號(hào)生成電路，其主要是將表征關(guān)鍵控制時(shí)刻的相關(guān)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換并送給單片機(jī)的外部中斷，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與可控硅的工作同步和控制時(shí)序匹配；串口通訊電路實(shí)現(xiàn)以單片機(jī)為核心的第一套控制系統(tǒng)和工控機(jī)的串口交互通訊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，其特征是，所述的同步中斷信號(hào)生成電路，采用8路模擬開(kāi)關(guān)CD4051邏輯電路進(jìn)行切換來(lái)解決同步電路中的同步方波信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)兩次觸發(fā)中斷的問(wèn)題，中斷口對(duì)信號(hào)A、B的切換選擇工作是由8路模擬開(kāi)關(guān)CD4051完成的，CD4051有8個(gè)輸入通道，但只有一個(gè)輸出通道，8個(gè)輸入通道的選擇是由A、B、C這三位的編碼經(jīng)過(guò)譯碼后決定的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，其特征是，所述的同步中斷信號(hào)生成電路，用于同步通電時(shí)間的第二套控制系統(tǒng)可控硅高頻觸發(fā)脈沖信號(hào)直接接入單片機(jī)的一個(gè)外部中斷口INT0，與焊接工頻交流信號(hào)同步的方波信號(hào)首先經(jīng)過(guò)5V穩(wěn)壓二極管的第一級(jí)穩(wěn)壓后接入電壓比較器LM139的“+”端即引腳5，經(jīng)過(guò)兩個(gè)15K電阻分壓得到的2.5V電壓接入電壓比較器的“-”端即引腳6，電壓比較器輸出的TTL電平由引腳2輸出，其中分出一路信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器74HC04的移相；兩組互補(bǔ)信號(hào)分別進(jìn)入8路模擬開(kāi)關(guān)CD4051的輸入通道0和1即引腳13和14，CD4051的通道選擇編碼位B、C和INHIBIT端即引腳10、9、6接地，單片機(jī)的P1.6口接入通道選擇編碼位A即引腳11來(lái)控制通道0和1的切換，處理完畢的中斷信號(hào)最終由CD4051的輸出端即引腳3送入單片機(jī)的第二個(gè)外部中斷口INT1，得以實(shí)現(xiàn)焊接半波的同步。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，其特征是，所述的串口通訊電路，選擇了MAXIM公司的集成電路塊MAX232，并采用3線制的通訊方式，將串行口的輸入/輸出電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而使單片機(jī)的串口能與RS-232C接口通信，單片機(jī)的P3.0口和P3.1口分別同MAX232芯片的12口和O4口連接，O2口和I4口對(duì)應(yīng)串口通訊的RXD、TXD線。
全文摘要
一種汽車(chē)制造技術(shù)領(lǐng)域的用于轎車(chē)車(chē)身焊接的氣動(dòng)懸掛式點(diǎn)焊機(jī)控制器，由兩套相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)組成，第一套控制系統(tǒng)，由位移傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、系統(tǒng)接口模塊組成；第二套控制系統(tǒng)是常規(guī)控制系統(tǒng)，由主控板、觸發(fā)板、I/O板組成。位移傳感器模塊采集熱膨脹位移信號(hào)并傳給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊將位移傳感器模塊傳來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字系統(tǒng)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)并傳給控制模塊，控制模塊根據(jù)預(yù)先確定的控制算法和實(shí)時(shí)采集到的熱膨脹位移數(shù)據(jù)，改變焊接電流，并將處理的結(jié)果傳給系統(tǒng)接口模塊，系統(tǒng)接口模塊將信號(hào)傳送到第二套常規(guī)控制系統(tǒng)。本發(fā)明能有效地控制電流分流時(shí)的電流值，不影響生產(chǎn)，可節(jié)約成本。
文檔編號(hào)B23K11/11GK1743122SQ200510029650
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者林忠欽, 陳關(guān)龍, 李永兵, 張延松, 許君 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)