逆变直流点焊动态电阻实时测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子电路与测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 电阻点焊是一种广泛应用于汽车车身制造的焊接方法，一台轿车的车身上大约有 4000-6000个焊点，占其焊接总量的95%，其质量好坏直接影响整车的使用寿命。由于汽车 车身点焊的特殊性，焊后难以补救，常规的焊后抽检已无法满足用户对车身质量的要求。因 此，迫切需要寻找一种可靠的监控方法，对生产现场的车身点焊质量进行在线监控，了解产 品的生产质量。
[0003] 动态电阻是常用的电阻点焊质量监控信号。工件在加热和熔化过程中电阻发生变 化，因此可通过测量点焊过程中的动态电阻来了解熔核生长情况。目前提出的动态电阻测 量方法主要针对交流点焊机，通过测量原边电流、原边电压、功率因数角等信号并计算从而 获得动态电阻。然而，逆变直流点焊机的特殊电路结构导致其原副边电流、电压等信号差异 较大，上述动态电阻测量方案均不再适用。目前国外进口控制器均通过测量次级电流和次 级电压信号并计算有效值从而获得逆变直流点焊过程的动态电阻，然而该方法存在一些问 题：（1)如果在焊机电极端部安装夹持分压装置测量次级电压，测量结果虽然准确，但是夹 持装置体积较大，引线过长，不利于现场实施；（2)如果在变压器次级测量次级电压，虽然 便于安装实施，但是由于次级回路中存在电感，测量结果存在感性分量，有效值计算方法并 不准确。在一些交流电阻点焊控制器中，采用测量电流峰值点处电压的方法，消除了感性分 量的影响，但是这一方法无法直接在逆变直流点焊中使用。随着"工业4. 0"和"智能制造 2025"战略的提出，越来越多的机器人逆变点焊设备将在汽车车身制造中得到应用，为此， 亟需一种准确、实时测量逆变直流点焊动态电阻的装置和方法。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决现有逆变直流点焊动态电阻测量技术准确性与实施性无法兼 容的问题，本发明提供了一种逆变直流点焊动态电阻实时测量装置及测量方法。
[0005] 逆变直流点焊动态电阻实时测量装置，它包括罗氏线圈、积分还原电路、差分放大 电路、次级电压同步电路和嵌入式微处理器；
[0006] 所述的罗氏线圈套在逆变直流点焊机的次级回路上，罗氏线圈的两个信号输出端 分别连接积分还原电路的两个信号输入端，积分还原电路的电压信号输出端连接嵌入式微 处理器的第一模拟信号输入端，
[0007] 差分放大电路的两个电压信号输入端分别连接逆变直流点焊机的变压器次级抽 头的两端，差分放大电路的电压信号输出端同时连接嵌入式微处理器的第二模拟信号输入 端和次级电压同步电路的电压信号输入端，次级电压同步电路的电压信号输出端连接嵌入 式微处理器的定时信号输入端。
[0008] 采用所述的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置实现的动态电阻实时测量方法， 该方法的具体过程为：
[0009] 步骤一：逆变直流点焊机通电后，进行通电焊接，利用嵌入式微处理器定时捕获逆 变直流点焊机的次级回路上的次级电压信号的上升沿作为时序基准，且时序基准即为零时 刻；
[0010] 步骤二：嵌入式微处理器具有多个缓存，从零时刻开始通过嵌入式微处理器对逆 变直流点焊机的次级回路的次级电流和次级电压信号进行同步自动采集，并将采集的数据 存入嵌入式微处理器的第一个缓存中，同时利用平均值算法计算第二个缓存中的次级电压 信号数据平均值和次级电流信号数据平均值，再将第二个缓存中的次级电压信号数据平均 值除以次级电流信号数据平均值获得第二个缓存中动态电阻阻值，
[0011] 步骤三：嵌入式微处理器捕获到下一个时序基准时，嵌入式微处理器继续进行同 步采集逆变直流点焊机的次级回路的次级电流信号与次级电压信号，并将采集的数据存入 嵌入式微处理器的第二个缓存中，同时利用平均值算法计算第一个缓存中的次级电压信号 数据平均值和次级电流信号数据平均值，再将第一个缓存中的次级电压信号数据平均值除 以次级电流信号数据平均值获得第一个缓存中动态电阻阻值；
[0012] 步骤四：重复步骤一至三，直到焊接结束，即可实时获得点焊过程中的动态电阻信 号。
[0013] 本发明带来的有益效果是，本发明所述的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置及 测量方法，可实现对逆变直流点焊过程中动态电阻的准确与快速测量，同时兼顾安装实施 性。通过罗氏线圈提取次级电流信号、从变压器次级抽头提取次级电压信号，提高了现场安 装实施性；利用平均值算法有效减少了次级电压中的感性分量，获得了真正的次级动态电 阻，提高了测量结果的准确性；利用嵌入式微处理器的高速采样与计算功能，获得采样率为 焊机逆变频率两倍的动态电阻信号，提高了测量结果的实时性；最后可对动态电阻测量数 据进行本地记录或通讯上传，提高了测量装置的可扩展性。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明所述的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置的原理示意图；
[0015] 图2为【具体实施方式】四所述的积分还原电路的电路图；
[0016] 图3为【具体实施方式】五所述的差分放大电路的电路图；
[0017] 图4为【具体实施方式】六所述的开关S21的内部结构示意图；
[0018] 图5为【具体实施方式】七所述的开关S21的内部结构示意图；
[0019] 图6为【具体实施方式】九所述的逆变直流点焊动态电阻实时测量方法的流程图；
[0020] 图7为次级电压信号的波形图；
[0021 ] 图8为次级电流信号的波形图；
[0022] 图9为次级电压信号的有效值随通电时间的变化波形图；
[0023] 图10为次级电压信号的平均值随通电时间的变化波形图。
【具体实施方式】
[0024]
【具体实施方式】一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的逆变直流点焊动 态电阻实时测量装置，它包括罗氏线圈1、积分还原电路2、差分放大电路3、次级电压同步 电路4和嵌入式微处理器5 ;
[0025] 所述的罗氏线圈1套在逆变直流点焊机的次级回路8上，罗氏线圈1的两个信号 输出端分别连接积分还原电路2的两个信号输入端，积分还原电路2的电压信号输出端连 接嵌入式微处理器5的第一模拟信号输入端，
[0026] 差分放大电路3的两个电压信号输入端分别连接逆变直流点焊机的变压器9次级 抽头的两端，差分放大电路3的电压信号输出端同时连接嵌入式微处理器5的第二模拟信 号输入端和次级电压同步电路4的电压信号输入端，次级电压同步电路4的电压信号输出 端连接嵌入式微处理器5的定时信号输入端。
[0027] 本实施方式中，嵌入式微处理器5具有两路或两路以上的ADC模块，一路或一路以 上的定时器，以及SPI (串行外设接口）、CAN总线、USART (通用同步/异步串行收发器）等 通讯接口。
[0028] 通电焊接后，嵌入式微处理器5的定时器检测电压同步信号的上升沿并将其作为 时序基准，记为零时刻。嵌入式微处理器5的ADC模块从零时刻开始，在一个电压同步信号 的周期内，采集焊接电流和电压的瞬时值，并利用平均值算法计算一个周期内的次级电流 和次级电压平均值，获得一个电阻值。如此反复，在整个焊接通电时间内，获得采样率为2匕 的动态电阻信号。
【具体实施方式】 [0029] 二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与一所述 的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置的区别在于，它还包括通讯接口电路6,通讯接口电 路6的数据信号输入端与嵌入式微处理器5的第一数据信号输出端连接。
[0030] 本实施方式，通讯接口电路6用于本发明所述装置同其他设备间进行数据交互。
【具体实施方式】 [0031] 三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与一所述 的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置的区别在于，它还包括数据存储电路7,数据存储电 路7的数据信号输入端与嵌入式微处理器5的第二数据信号输出端连接。
[0032] 本实施方式，数据存储电路7用于电流电压等测量数据的本地记录。
【具体实施方式】 [0033] 四：参见图2说明本实施方式，本实施方式与一所 述的逆变直流点焊动态电阻实时测量装置的区别在于，，所述的积分还原电路2包括电 阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C21、开关S21、运算放大器0P21和运算放大器 0P22 ；
[0034] 所述的电阻R21的两端分别与罗氏线圈1的两个信号输出端连接，且电阻R21的 一端接电源地，
[0035] 电阻R21的另一端与电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端同时与电阻R23的 一端、电容C21的一端、开关S21的一端和运算放大器0P21的反相输入端连接，电阻R23的 另一端、电容C21的另一端、开关S21的另一端、运算放大器0P21的信号输出端和运算放大 器0P22的同相信号输入端连接，运算放大器0P22的反相信号输入端与其信号输出端连接， 运算放大器0P22的信号输出端作为积分还原电路2的电压信号输出端连接嵌入式微处理 器5的第一模拟信号输入端，
[0036] 电阻R24的一端接电源地，电阻