專利名稱：交流電阻點(diǎn)焊中實(shí)時(shí)獲得觸發(fā)角和熄滅角數(shù)值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接技術(shù)領(lǐng)域的焊接參數(shù)獲得的方法，具體地說，涉及的是一種
交流電阻點(diǎn)焊中實(shí)時(shí)獲得觸發(fā)角和熄滅角數(shù)值的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)《點(diǎn)焊質(zhì)量動(dòng)態(tài)電阻閥值法自適應(yīng)控制的研究》(李桂中，傅魁軍，李樹槐，等.[J]焊接，1991(12) :p6-10)在獲取電流信號(hào)相對于電壓信號(hào)的滯后角時(shí)，擬用8031芯片中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器對每半周波進(jìn)行量化(量化數(shù)為5X 103)，從而對觸發(fā)角或滯后角的獲得式計(jì)數(shù)時(shí)其精度可達(dá)到1/27度。由于點(diǎn)焊過程的瞬時(shí)性，使得采用一般的焊接電流數(shù)據(jù)采集頻率(例如5kHz或10kHz)無法滿足焊接過程中獲取觸發(fā)角和熄滅角的精度要求。 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN1206113，名稱為控制電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的裝置及其方法，該技術(shù)提供了一種計(jì)算動(dòng)態(tài)電阻的方法，即由初級(jí)回路的電流傳感裝置提供觸發(fā)角和熄滅角，并計(jì)算出導(dǎo)通角，再根據(jù)觸發(fā)角、導(dǎo)通角和功率因數(shù)角的關(guān)系獲得功率因數(shù)角，從而計(jì)算出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)電阻值。但該技術(shù)只定義了觸發(fā)角和熄滅角的起止位置，而沒有具體說明的它們的獲取方法。 還發(fā)現(xiàn)中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN86100547，名稱為點(diǎn)焊質(zhì)量的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通角控制方法，該技術(shù)所述的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通角，以及中國專利文獻(xiàn)號(hào)CN101149405，名稱為交流點(diǎn)焊動(dòng)態(tài)電阻實(shí)時(shí)測量裝置與方法，該技術(shù)所述的電流峰值角也都是通過電壓或電流檢測電路的過零信號(hào)來觸發(fā)定時(shí)器以獲取精確的導(dǎo)通角和電流峰值角。但該類方法中的定時(shí)與計(jì)數(shù)過程需要占用CPU的資源，使微機(jī)或處理器無法進(jìn)行其它參數(shù)的采集與操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種交流電阻點(diǎn)焊中實(shí)時(shí)獲得觸發(fā)角和熄滅角數(shù)值的方法。本發(fā)明在交流點(diǎn)焊試驗(yàn)中采集初級(jí)回路的焊接電流數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了采用分段樣條插值法來精確獲得焊接過程中的觸發(fā)角和熄滅角的技術(shù)，從而能夠快速計(jì)算出可靠的動(dòng)態(tài)電阻曲線。
本發(fā)明包括如下步驟 第一步，在交流點(diǎn)焊機(jī)的初級(jí)回路裝上霍爾電流傳感器，用以測量初級(jí)回路的焊接電流值； 第二步，啟動(dòng)焊接循環(huán)，電極壓緊被焊工件后，通過網(wǎng)壓同步電路檢測電壓上升沿，用來啟動(dòng)計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行焊接電流的數(shù)據(jù)采集，達(dá)到預(yù)定的焊接時(shí)間后關(guān)斷晶閘管，保壓一段時(shí)間后焊接結(jié)束； 第三步，對采集并存入計(jì)算機(jī)的焊接電流波形用分段樣條插值法來精確獲得觸發(fā)角和熄滅角； 第三步中所述的進(jìn)行分段樣條插值法，方法如下
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①對焊接電流值加絕對值，從而可以對每個(gè)半周波的焊接電流波形進(jìn)行分段樣條 插值，以獲取精確的觸發(fā)角和熄滅角。 ②由于焊接電流的采集是以網(wǎng)壓同步信號(hào)的上升沿開始，因此按照采樣序列可以 初步獲得每個(gè)半周波的觸發(fā)角和熄滅角的采樣序列位置。 所述的按照采樣序列，由于焊接電流中存在微小的噪聲信號(hào)，在獲得觸發(fā)角和熄 滅角的采樣序列位置時(shí)，以0. 3A的幅度值為標(biāo)準(zhǔn)來判斷 當(dāng)焊接電流采樣值首次大于0. 3時(shí)，其前一個(gè)點(diǎn)的序列號(hào)即為觸發(fā)角的采樣序列 位置； 當(dāng)焊接電流采樣值首次小于0. 3時(shí)，該點(diǎn)的序列號(hào)即為熄滅角的采樣序列位置。
③在觸發(fā)角的采樣序列位置后的1/4周波內(nèi)尋找電流最大值的采樣序列位置。
④以觸發(fā)角的采樣序列位置的后一個(gè)點(diǎn)至電流最大值的采樣序列的位置點(diǎn)之間 的曲線為樣條反向插值的第一段，以電流最大值的采樣序列的位置點(diǎn)至熄滅角的采樣序列 位置的前一個(gè)點(diǎn)之間的曲線為樣條反向插值的第二段。 ⑤以第一段曲線上的采樣電流值為X項(xiàng)，以其采樣序列號(hào)為Y項(xiàng)進(jìn)行樣條插值運(yùn)
算，并求得當(dāng)采樣電流值為O時(shí)的精確的相位點(diǎn)，即獲得精確的觸發(fā)角相位點(diǎn)。 ⑥用和步驟⑤相同的方法，由第二段曲線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)經(jīng)樣條插值獲得精確的熄滅
角的相位點(diǎn)。 第四步，用熄滅角減去觸發(fā)角獲得導(dǎo)通角，并用觸發(fā)角、導(dǎo)通角按公式(1)用數(shù)值 方法計(jì)算功率因數(shù)角； sin(a+A-e)-sin(a-e)e鄧-"tane = 0。 (1)
其中，a為觸發(fā)角，A是導(dǎo)通角，9是功率因素角。 第四步中所述的用觸發(fā)角、導(dǎo)通角按公式(1)用數(shù)值方法計(jì)算功率因數(shù)角，是指
用數(shù)值逼近求根方法獲取功率因數(shù)角。 第五步，用功率因數(shù)角按公式(2)求得動(dòng)態(tài)電阻， Rd邁=W*L*cot 9 m (2) 其中，Rdm為各半周波的動(dòng)態(tài)電阻，W為電網(wǎng)角頻率，L為電阻點(diǎn)焊裝置的電感，9 m 為各半周波的功率因素角。假定被焊工件的厚度是均勻的，則L為恒定數(shù)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用分段樣條插值法對按常規(guī)的頻率采集的焊接電流波 形計(jì)算出精確的觸發(fā)角和熄滅角；2、該技術(shù)能免除在用硬件的方法獲取觸發(fā)角和熄滅角時(shí) CPU的等待時(shí)間，從而進(jìn)行其它數(shù)據(jù)的采集與操作。


圖1為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采集的初級(jí)回路的焊接電流波形； 圖2為半周波焊接電流的分段樣條插值的示意圖； 圖3為用分段樣條插值法進(jìn)行正向插值與逆向插值的樣條曲線； 圖4為用采樣序列直接計(jì)算和用分段樣條插值法計(jì)算的動(dòng)態(tài)電阻對比圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 實(shí)施例 本實(shí)施例以lmm厚的低碳鋼焊接為例，在固定式交流點(diǎn)焊機(jī)上進(jìn)行搭接電阻焊， 焊接電流為8. 8kA，電極壓力為225kg，焊接時(shí)間為10周波。 如圖1所示，在交流點(diǎn)焊機(jī)的初級(jí)回路裝上霍爾電流傳感器，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
采用LabVIEW軟件進(jìn)行焊接過程的控制與焊接電流的采集，采樣頻率設(shè)置為5kHz。 啟動(dòng)焊接循環(huán)，電極壓緊被焊工件后，通過網(wǎng)壓同步電路檢測電壓上升沿，用來啟
動(dòng)計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行焊接電流的數(shù)據(jù)采集，達(dá)到
預(yù)定的焊接時(shí)間后關(guān)斷晶閘管，保壓一段時(shí)間后焊接結(jié)束，焊接系統(tǒng)采集的初級(jí)回路的焊
接電流波形，如圖l所示。 如圖2所示，本實(shí)施對采集并存入計(jì)算機(jī)的焊接電流波形用分段樣條插值法來精 確獲得觸發(fā)角和熄滅角，其具體方法如下 對焊接電流值加絕對值，從而可以對每個(gè)半周波的焊接電流波形進(jìn)行分段樣條插 值，以獲取精確的觸發(fā)角和熄滅角； 由于焊接電流的采集是以網(wǎng)壓同步信號(hào)的上升沿開始，因此按照采樣序列可以初 步獲得每個(gè)半周波的觸發(fā)角和熄滅角的采樣序列位置。 所述的按照采樣序列，由于焊接電流中存在微小的噪聲信號(hào)，在獲得觸發(fā)角和熄 滅角的采樣序列位置時(shí)，以0. 3A的幅度值為標(biāo)準(zhǔn)來判斷 當(dāng)半周波焊接電流在首次大于O. 3時(shí)，其采樣序列號(hào)為i，其前一個(gè)序列號(hào)為i-l， 即觸發(fā)角的采樣序列位置，并記為ahp(hcn)，其中hcn為半周波數(shù)； 兩個(gè)中間變量zjbl和zjb2分別為從i開始的1/4半周波內(nèi)焊接電流采樣值序列 的最大值和最大值的相對序列號(hào)，故最大值的絕對序列號(hào)為ah(hcn)+zjb2 ;
從i到ahp(hcn)+zjb2之間的曲線記為樣條插值的第I段，并以該段曲線上的采 樣電流值為X項(xiàng)，以其采樣序列號(hào)為Y項(xiàng)進(jìn)行樣條插值計(jì)算，求得當(dāng)采樣電流值為0時(shí)的精 確的相位點(diǎn)，即獲得精確的觸發(fā)角相位點(diǎn)； 當(dāng)半周波焊接電流首次小于0. 3時(shí)，其采樣序列號(hào)為i，即熄滅角的采樣序列位 置，并記為bhp(hcn); 同理，從ahp(hcn)+zjb2到i_l之間的曲線記為樣條插值的第II段，并對該段曲 線上的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行樣條插值計(jì)算，求得當(dāng)采樣電流值為O時(shí)的精確的相位點(diǎn)，即獲得 精確的熄滅角相位點(diǎn)。 如圖3所示，圖3a為對焊接樣本的第一個(gè)半周波焊接電流曲線的第I段以采樣序 列號(hào)為X項(xiàng)，以其采樣電流值為Y項(xiàng)計(jì)算的樣條插值曲線； 圖3b為對焊接樣本的第一個(gè)半周波焊接電流曲線的第I段以采樣電流值為X項(xiàng)， 以其采樣序列號(hào)為Y項(xiàng)計(jì)算的樣條插值曲線，從而可以計(jì)算出當(dāng)焊接電流值為0時(shí)精確的 采樣時(shí)間點(diǎn)，即獲得精確的觸發(fā)角相位點(diǎn)； 如圖4所示，在獲取精確的觸發(fā)角和熄滅角后，用熄滅角減去觸發(fā)角獲得導(dǎo)通角， 并用觸發(fā)角、導(dǎo)通角和功率因數(shù)角之間的關(guān)系式(1)用數(shù)值逼近求根方法獲取功率因數(shù) 角；
sin(a+A-e)-sin(a-e)e鄧-"tane = 0。 (1)
其中，a為觸發(fā)角，A是導(dǎo)通角，9是功率因素角。
由功率因數(shù)角按公式(2)求得動(dòng)態(tài)電阻，
Rdm = W*L*cot 9 m (2) 其中，Rdm為各半周波的動(dòng)態(tài)電阻，W為電網(wǎng)角頻率，L為電阻點(diǎn)焊裝置的電感，9 m 為各半周波的功率因素角。假定被焊工件的厚度是均勻的，則L為恒定數(shù)。由于這里只作 定性分析，設(shè)WL = l，計(jì)算的動(dòng)態(tài)電阻值的結(jié)果如圖4b所示。 如圖4a所示，觸發(fā)角和熄滅角的相位點(diǎn)是由5kHz的電流采樣值序列以0. 3的幅 值直接搜索獲取的，并按照以上方法計(jì)算出動(dòng)態(tài)電阻曲線，顯然該動(dòng)態(tài)電阻的計(jì)算精度不 能滿足實(shí)際的要求。 本實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)用 一個(gè)微機(jī)或處理器在恒流控制的同時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)電阻的"閾值 法"控制，即以同步電壓上升沿為起點(diǎn)，在前3/4個(gè)周波內(nèi)實(shí)現(xiàn)焊接電流的正半波采集，在后 1/4個(gè)周波內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒流控制和動(dòng)態(tài)電阻的"閾值法"控制，其中恒流控制用來調(diào)節(jié)焊接過程 中的焊接電流，保證焊接過程的穩(wěn)定，而動(dòng)態(tài)電阻的"閾值法"控制用來監(jiān)控動(dòng)態(tài)電阻達(dá)到 峰值后的下降程度，從而控制焊接過程的斷電時(shí)間，保證獲得合格的焊點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種交流電阻點(diǎn)焊中實(shí)時(shí)獲得觸發(fā)角和熄滅角數(shù)值的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，在交流點(diǎn)焊機(jī)的初級(jí)回路裝上霍爾電流傳感器，用以測量初級(jí)回路的焊接電流值；第二步，啟動(dòng)焊接循環(huán)，電極壓緊被焊工件后，通過網(wǎng)壓同步電路檢測電壓上升沿，用來啟動(dòng)計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行焊接電流的數(shù)據(jù)采集，達(dá)到預(yù)定的焊接時(shí)間后關(guān)斷晶閘管，保壓后焊接結(jié)束；第三步，對采集并存入計(jì)算機(jī)的焊接電流波形用分段樣條插值法來獲得觸發(fā)角和熄滅角；第四步，用熄滅角減去觸發(fā)角獲得導(dǎo)通角，并用觸發(fā)角、導(dǎo)通角按公式(1)用數(shù)值方法計(jì)算功率因數(shù)角；sin(α+λ-θ)-sin(α-θ)exp-λ/tanθ＝0(1)；其中，α為觸發(fā)角，λ是導(dǎo)通角，θ是功率因素角；第五步，用功率因數(shù)角按公式(2)求得動(dòng)態(tài)電阻，Rdm＝W*L*cotθm (2)；其中，Rdm為各半周波的動(dòng)態(tài)電阻，W為電網(wǎng)角頻率，L為電阻點(diǎn)焊裝置的電感，θm為各半周波的功率因素角。假定被焊工件的厚度是均勻的，則L為恒定數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電阻點(diǎn)焊中實(shí)時(shí)獲得觸發(fā)角和熄滅角數(shù)值的方法，其特征是，第三步中所述的進(jìn)行分段樣條插值法，方法如下① 對焊接電流值加絕對值，從而對每個(gè)半周波的焊接電流波形進(jìn)行分段樣條插值，以獲取精確的觸發(fā)角和熄滅角；② 由于焊接電流的采集是以網(wǎng)壓同步信號(hào)的上升沿開始，因此按照采樣序列初步獲得每個(gè)半周波的觸發(fā)角和熄滅角的采樣序列位置；③ 在觸發(fā)角的采樣序列位置后的1/4周波內(nèi)尋找電流最大值的采樣序列位置；④ 以觸發(fā)角的采樣序列位置的后一個(gè)點(diǎn)至電流最大值的采樣序列的位置點(diǎn)之間的曲線為樣條反向插值的第一段，以電流最大值的采樣序列的位置點(diǎn)至熄滅角的采樣序列位置的前一個(gè)點(diǎn)之間的曲線為樣條反向插值的第二段；⑤ 以第一段曲線上的采樣電流值為X項(xiàng)，以其采樣序列號(hào)為Y項(xiàng)進(jìn)行樣條插值運(yùn)算，并求得當(dāng)采樣電流值為0時(shí)的精確的相位點(diǎn)，即獲得精確的觸發(fā)角相位點(diǎn)；⑥ 用和步驟⑤相同的方法，由第二段曲線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)經(jīng)樣條插值獲得精確的熄滅角的相位點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流電阻點(diǎn)焊中實(shí)時(shí)獲得觸發(fā)角和熄滅角數(shù)值的方法，其特征是，步驟②中所述的按照采樣序列，由于焊接電流中存在微小的噪聲信號(hào)，在獲得觸發(fā)角和熄滅角的采樣序列位置時(shí)，以0. 3A的幅度值為標(biāo)準(zhǔn)來判斷當(dāng)焊接電流采樣值首次大于0.3時(shí)，其前一個(gè)點(diǎn)的序列號(hào)即為觸發(fā)角的采樣序列位置；當(dāng)焊接電流采樣值首次小于0. 3時(shí)，該點(diǎn)的序列號(hào)即為熄滅角的采樣序列位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電阻點(diǎn)焊中實(shí)時(shí)獲得觸發(fā)角和熄滅角數(shù)值的方法，其特征是，第四步中所述的用觸發(fā)角、導(dǎo)通角按公式(1)用數(shù)值方法計(jì)算功率因數(shù)角，是指用數(shù)值逼近求根方法獲取功率因數(shù)角,
全文摘要
本發(fā)明涉及一種焊接技術(shù)領(lǐng)域的交流電阻點(diǎn)焊中實(shí)時(shí)獲得觸發(fā)角和熄滅角數(shù)值的方法。包括以下步驟在交流點(diǎn)焊機(jī)的初級(jí)回路裝上霍爾電流傳感器，用以測量初級(jí)回路的焊接電流值；啟動(dòng)焊接循環(huán)，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行焊接電流的數(shù)據(jù)采集；對采集并存入計(jì)算機(jī)的焊接電流波形進(jìn)行分段樣條插值法來獲得觸發(fā)角和熄滅角；用熄滅角減去觸發(fā)角獲得導(dǎo)通角；用功率因數(shù)角求得動(dòng)態(tài)電阻。本發(fā)明能夠獲得精確的觸發(fā)角和熄滅角的相位值，從而獲得可靠的動(dòng)態(tài)電阻曲線，免除了在用硬件的方法獲取觸發(fā)角和熄滅角時(shí)CPU的等待時(shí)間，從而可以讓CPU進(jìn)行其它數(shù)據(jù)的采集與操作。
文檔編號(hào)G01R27/02GK101733540SQ200910310210
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者馮正進(jìn), 葉騫, 孟國香, 王先鋒, 謝文華 申請人:上海交通大學(xué)