一种焊接过程检测设备及焊接参数采集方法技术

本发明专利技术一种焊接过程检测设备及焊接参数采集方法，所述检测设备包括焊机、采集系统和上位机，其中，焊机和采集系统分别与上位机相连接。所述参数采集方法包含5个步骤。采用本发明专利技术后，能实时的采集和存储焊接过程中的电信号与温度场信号，并能在‑200℃至1300℃宽范围的采集温度，能承受3000v的TIG高压起弧而不损坏。采用本发明专利技术获取的数据可在电脑的上位机软件中分析，焊接电压、电流的分析包括平均电压、平均电流、电压波形图、电流波形图、电压电流波形图，电压密度分布曲线，电流密度分布曲线。温度场的信号分析包括8通道温度场曲线、每通道的最高温度、最低温度、平均温度、温度变化的速度、T85时间、T83时间。

A testing equipment for welding process and method of collecting welding parameters

The invention relates to a welding process detection device and a welding parameter acquisition method. The detection device comprises a welding machine, a collecting system and a host computer, wherein the welding machine and the acquisition system are respectively connected with the upper computer. The parameter acquisition method includes 5 steps. By using the invention, can process the signal with the temperature signal acquisition and storage of the welding, and can at 200 DEG to 1300 DEG wide range collection temperature, TIG pressure can withstand 3000V arc without damage. The data can be analyzed in the software of PC computer, the welding voltage and current analysis including the average voltage, average current, voltage waveform, current waveform, voltage and current waveforms of voltage, current density distribution curve, density distribution curve. The signal analysis of the temperature field includes 8 channel temperature field curve, the highest temperature per channel, the lowest temperature, the average temperature, the speed of temperature change, the T85 time and the T83 time.

【技术实现步骤摘要】
一种焊接过程检测设备及焊接参数采集方法
本专利技术涉及一种焊接
，尤其涉及一种适用于焊接过程中同步采集焊接电压、电流、温度场信号的设备与技术，具体为一种焊接过程检测设备及焊接参数采集方法。
技术介绍
在以往的焊接工艺评定过程中，往往只是关注焊后接头的成型、组织、金相、力学性能等数据，焊接过程中的电信号与温度场信号基本不关注。这就导致出现一些工艺性能差的接头无法找出原因。电信号是焊接过程中焊机最直接的能量输出方式，此信号可以反映焊机的工作性能及所采用的焊接方法。在同样的热输入量下，不同的电信号波形会对接头的成形、组织、金相、力学性能产生明显的影响。接头的成型就是在高温下熔化然后冷却成型，温度场信号能最直接的反映工件的受热状态。因此我们专利技术出能将焊接过程中的电压、电流、温度场信号同步采集的系统。有了这些数据，我们可以找出某个接头的焊接电信号的波形和温度场的热循环曲线，利用这些数据可以从不同的角度分析接头的成型、组织、金相、力学性能，并且不同角度的分析结果应该是相互佐证的。这样的分析方法相比以往的方法会更科学、更全面、更准确、更容易找到问题所在，对现代焊接工艺评定的发展有重大促进作用。
技术实现思路
本专利技术所提供的设备，能实时的采集和存储焊接过程中的电信号与温度场信号，并能-200℃至1300℃宽范围的采集温度，能承受3000v的TIG高压起弧而不损坏。采用本专利技术获取的数据可在电脑的上位机软件中分析，焊接电压、电流的分析包括平均电压、平均电流、电压波形图、电流波形图、电压电流波形图，电压密度分布曲线，电流密度分布曲线。温度场的信号分析包括8通道温度场曲线、每通道的最高温度、最低温度、平均温度、温度变化的速度、T85时间、T83时间。本专利技术具体如下：一种焊接设备，包括焊机、采集系统和上位机，其中，焊机和采集系统分别与上位机相连接，同步采集系统包括电压采集单元、电流采集单元、温度场采集单元。其中，所述电压采集单元负责采集焊接的电压信号，将±200v的电压信号调理到±10v。并且能承受TIG的3000v高压起弧不被损坏。所述电流采集单元负责采集焊接的电流信号，将±1000A的电流信号调理到±10v。所述温度场采集单元负责采集工件的温度，测温范围是-200℃至1300℃。进一步说，温度场采集单元由热电偶子模块1、第一信号调理子模块2、第一ARM芯片3、第二ARM芯片4、触摸屏5、按键子模块6、第二信号调理子模块7、AD转换模块8和SD卡模块9。其中，热电偶子模块1经过第一信号调理子模块2与第一ARM芯片3相连接。第二信号调理子模块7的输出端与AD转换模块8的输入端相连接。第一ARM芯片3、触摸屏5、AD转换模块8和SD卡模块9分别与第二ARM芯片4连接，并双向数据通信。按键子模块6与第二ARM芯片4连接，并单向数据通信。采用本专利技术所述的一种焊接设备的焊接控制方法，按照如下步骤进行：步骤1：用钻头在待焊接的板材上打孔。随后，将热电偶插入孔中。然后将焊丝塞入插有热电偶的孔中，从而将热电偶固定好。步骤2：将电压采集线的正负极接到待焊接的板材的对应正负极输出上。步骤3：将地线按电流方向穿过霍尔电流传感器。步骤4：完成以上接线工作后，开机并按如下函数式拟合温度：y＝ax+b，其中，a取值范围在0.010至0.500之间，b的取值范围在0.800至400.1000之间。步骤5：将上述拟合温度存储到SD卡并显示到7寸液晶屏上。步骤6：用上位机软件分析SD卡的电信号与温度场数据，评价焊接工艺。有益的技术效果传统的热电偶温度采集电路有的使用模拟电路来完成的，也有使用专用的芯片来实现的。前者存在电路复杂，误差大，测温范围窄的不足，后者存在价格贵，测温范围窄的缺陷。而本专利技术能够克服焊接过程中的电磁的干扰，工作环境恶劣的问题。本专利技术的测温范围特别宽-200℃-1000℃。当有焊后表面冷却的工艺时会有负温度的情况。本专利技术克服传统方法(以上两种方案)难以满足使用需求的问题。本专利技术可以直接采集各种焊机的电信号。电信号的采样可达8通道，每通道采样率可到200KHZ。可以承受TIG的高压高频引弧。温度场可以测-200℃～1300℃的温度。所有数据可以实时保存。所有数据可以在上位机的软件上自动分析。此外，本专利技术还具有如下特点：1.测温范围宽-200℃-1300℃。2.抗干扰性能好，可以采集各种焊接设备的温度信号。3.电路简单，数字化的温度采集。4.温度数据传输便捷，可以是can、无线或其他方式。5.本专利技术的控制芯片采用高性价比ARM芯片-STM32F429VGT6,其内置1MB闪存和256KBSRAM这样的超大存储空间可以满足使用UCOS-III的实时操作系统来完成所有控制与采集任务，同时所有的数据会显示在7寸液晶屏上，液晶屏通过FSMC总线连接到ARM芯片，图形界面显示使用基于STemWin图形界面系统来开发。所有的数据存储到SD卡中，SD卡通过SDIO接口连接到ARM上，对SD卡的操作使用了FatFS文件系统。STM32F429系列采用最新的180MHz的ARMCortex-M4处理器内核其速度可以满足我们高速数据采集的要求。采集的数据也可以通过无线或者网口向其他设备传送。无线的通信协议采用MODBUS协议，网口的通信协议使用lwip协议栈实现。6.焊接的电信号大多数都在±200v/±1000A范围内，为了采集电信号我们将其调理到±10v的范围内，然后接到AD7606模数转换芯片，该芯片通过INTER8086接口连接到ARM芯片上。AD7606的数据采样率可达8通道，每通道200KHZ。7.温度是用热电偶来采集的，温差引起的电势经过调理后接到STM32F373的ADC接口上。使用该芯片的16位sigma-deltaADC可以实现高精度温度测量。使用k型热电偶时测温范围能到-200℃--1300℃。STM32F373作为温度场采集模块可以独立使用。该温度数据可以通过无线或CAN通信传送到STM32F429VGT6芯片，然后存储到SD卡中。8.SD卡中的数据可以在电脑的上位机软件进行数据分析，温度场的数据可以看到热循环曲线，每个通道的最高问题，高温持续时间，以及温度变化率等。电信号的可以看到电信号的波形，电信号的平均値、标准差、变异系数，电信号的瞬时功率等。综上所述，本专利技术为焊接领域专门研发，可以承受焊接时的高压高频引弧干扰。当焊接速度确定时，该系统还可以测量焊接时的线能量。电信号的通道可达8路，可以测量各种复合焊的电源。温度可以测量到-200℃。焊接的电信号、温度场与焊后接头的工艺性能有密切关系，可以从多个角度分析问题。该系统已在多个场合使用，体积小巧，使用便捷，系统稳定性。附图说明图1是本专利技术的结构框图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。一种焊接过程检测设备，包括焊机、采集系统和上位机，其中，焊机和采集系统分别与上位机相连接，其特征在于：同步采集系统包括电压采集单元、电流采集单元、温度场采集单元。其中，所述电压采集单元负责采集焊接的电压信号，将±200v的电压信号调理到±10v。并且能承受TIG的3000v高压起弧不被损坏。所述电流采集单元负责采集焊接的电流信号，将±1000A的电流信号调理到+10v。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接过程检测设备，包括焊机、采集系统和上位机，其中，焊机和采集系统分别与上位机相连接，其特征在于：同步采集系统包括电压采集单元、电流采集单元、温度场采集单元；其中，所述电压采集单元负责采集焊接的电压信号，将±200v的电压信号调理到±10v，并且能承受TIG的3000v高压起弧不被损坏；所述电流采集单元负责采集焊接的电流信号，将±1000A的电流信号调理到±10v；所述温度场采集单元负责采集工件的温度，测温范围是‑200℃至1300℃。

【技术特征摘要】
1.一种焊接过程检测设备，包括焊机、采集系统和上位机，其中，焊机和采集系统分别与上位机相连接，其特征在于：同步采集系统包括电压采集单元、电流采集单元、温度场采集单元；其中，所述电压采集单元负责采集焊接的电压信号，将±200v的电压信号调理到±10v，并且能承受TIG的3000v高压起弧不被损坏；所述电流采集单元负责采集焊接的电流信号，将±1000A的电流信号调理到±10v；所述温度场采集单元负责采集工件的温度，测温范围是-200℃至1300℃。2.根据权利要求1所述的一种焊接过程检测设备，其特征在于：温度场采集单元含有8通道热电偶，检测-200℃至1300℃环境温度；电压采集单元的采样电压范围在-200V至200V之间；电流采集单元的采样电流范围在-1000A至1000A之间。3.根据权利要求1所述的一种焊接过程检测设备，其特征在于：温度场采集单元由热电偶子模块(1)、第一信号调理子模块(2)、第一ARM芯片(3)、第二ARM芯片(4)、触摸屏(5)、按键子模块(6)、第二信号调理子模块(7)、AD转换模块(8)和SD卡模块(9)；其中，热电偶子模块(1)经过第一信号调理子模块(2)与第一ARM芯片(3)相连接；第二信号调理子模块(7)的输出端与AD转换模块(8)的输入端相连接；第一ARM芯片(3)、触摸屏(5)、AD转换模块(8)和SD卡模块(9)分别与第二ARM芯片(4)连接，并双向数据通信；按键子模块(6)与第二ARM芯片(4)连接，并单向数据通信。4.根据权利要求3所述的一种焊接过程检测设备，其特征在于：热电偶子模块(1)含有不少于8个的通道；热电偶子模块(1)为K型热电偶；热电偶子模块(1)的测温范围在-200℃至1300℃之间；第一ARM芯片(3)的型号为STM32F373；第二ARM芯片(4)的型号为STM32F429；第一信...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪殿龙，吴朝峰，梁志敏，佘亚东，李海川，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北,13