專利名稱：用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器的制作方法
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車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器。
背景技術(shù)：
轎車車體的制造是由數(shù)百個形狀與大小不一的、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焊形式。由于結(jié)構(gòu)的特殊性及近年來追求車身輕量化而多使用較薄的板材，這就使得設(shè)計時，為了保證車體質(zhì)量，將焊接件的焊點布置的較密。可是，在工件上，由于焊點與焊點之間的距離較近，常常造成了點焊機的電流分流，其結(jié)果是焊點熔核變小、強度不夠，存在部分的焊點質(zhì)量不合格，另外，生產(chǎn)中也常常會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，通常使用的是氣動懸掛式點焊機，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，主要工作都由它來完成，包括調(diào)節(jié)焊接電流，焊接時間，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來，一方面將主控板發(fā)送來的觸發(fā)信號放大調(diào)理為晶閘管的觸發(fā)信號，實現(xiàn)晶閘管的可靠觸發(fā)，同時又將實時采集的電流值反饋至主控板，作為恒流控制的依據(jù)，它還有一個工作就是將電網(wǎng)電壓和主控板的節(jié)奏統(tǒng)一起來，即提供同步信號；I/O板主要用來和外部焊接閥，啟動控制器，故障報警等部分結(jié)合，給主控板提供信號。這類恒電流控制僅是把焊接變壓器次級回路中焊接電流有效值穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，它對影響次級回路的電流參數(shù)的因素如電源電壓波動、板材厚度變化等次級回路中阻抗比較敏感，能夠給予補償，并在下一個焊點實現(xiàn)，所以，氣動懸掛式點焊機的恒流控制器不能控制焊點的當前電流，如由于焊點過密造成的電流分流時的電流值減小，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回路中焊接電流無關(guān)的影響因素。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利(申請)號為98102915.9，名稱為用于電阻點焊的控制系統(tǒng)及其方法，此發(fā)明采用一個存儲有一組標準動態(tài)電阻曲線的存儲器來控制電阻點焊質(zhì)量的控制系統(tǒng)，特定的標準動態(tài)電阻曲線根據(jù)預(yù)定的焊接條件來定，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)來決定，也就是說，這種控制系統(tǒng)對被焊金屬板的厚度變化時，通過比較標準動態(tài)電阻曲線來控制焊接電流，對由于焊點過密造成的電流分流、電極頭磨損、材料表面狀態(tài)的變化時的電流值變化是無法控制的。

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，提出一種用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器。使其能有效地控制焊點過密造成的電流分流時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的電流值。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明控制器由兩套相對獨立的控制系統(tǒng)組成，第一套控制系統(tǒng)是基于熱膨脹位移理論設(shè)計和基于PID控制算法點焊控制系統(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的采集。數(shù)據(jù)采集模塊用于將位移傳感器模塊傳來的模擬信號(電壓值)轉(zhuǎn)化為數(shù)字系統(tǒng)可以識別的數(shù)字信號?？刂颇K用于根據(jù)預(yù)先確定的控制算法和實時采集到的熱膨脹位移數(shù)據(jù)，計算出需要的觸發(fā)角大小，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)時間，從而改變焊接電流，達到提高焊點質(zhì)量的目的。而系統(tǒng)接口模塊用于切換兩個系統(tǒng)的工作，從原系統(tǒng)截取信號，同時將兩個系統(tǒng)的同步信號統(tǒng)一起來，讓他們協(xié)調(diào)工作，即同一時間只有一個系統(tǒng)的控制信號在起作用。
兩套控制系統(tǒng)采用并行系統(tǒng)工作方式系統(tǒng)啟動工作后，第二套常規(guī)控制系統(tǒng)進入正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，第一套控制系統(tǒng)發(fā)揮監(jiān)測的功能。如在焊點過密而發(fā)生分流時，第二套控制系統(tǒng)就會失去作用，系統(tǒng)自動切換到第一套控制系統(tǒng)，此時，第一套控制系統(tǒng)就開始起作用。
所述的數(shù)據(jù)采集模塊，由單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、采樣保持器組成，單片機作為系統(tǒng)的運算單元和控制單元通過鎖存器和外部擴展連接，外部擴展在系統(tǒng)中主要負責存儲采集數(shù)據(jù)和中間運算結(jié)果，單片機和A/D轉(zhuǎn)換器之間也通過了鎖存器，采集時將A/D轉(zhuǎn)換器看作幾個外部的RAM，從而直接進行AD轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的讀取，外部信號通過采樣保持器進入A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)的模擬信號的范圍是±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，選用兩個繼電器TQ2 Form C實現(xiàn)全部四組信號的同時切換，兩個繼電器各自使用獨立的放大電路，它們的線圈分別由單片機的I/O口P1.0和P1.1控制；觸發(fā)脈沖放大電路由單片機P1.2和P1.3送出的兩路可控硅觸發(fā)脈沖信號經(jīng)過10K電阻上拉后接入場效應(yīng)管驅(qū)動器TC4426中A、B兩個驅(qū)動器的輸入端即引腳2、4，經(jīng)過功率放大后經(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)，則該信號最終通過屏蔽電路到達可控硅觸發(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，由它先進行數(shù)學處理，然后將得到的結(jié)果輸入控制算法，如果測得的實時位移信號位于公差帶范圍內(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)測的作用，而一旦實時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，在下一個半波通過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)在確定時刻發(fā)出觸發(fā)脈沖，然后通過脈沖放大電路將信號驅(qū)動能力加強，驅(qū)動觸發(fā)板上的MOSFET功率管，從而驅(qū)動晶閘管，進行焊接。
所述的系統(tǒng)接口模塊，包括同步電路和串口通訊電路，同步電路也稱之為同步中斷信號生成電路，其主要是將表征關(guān)鍵控制時刻的相關(guān)信號進行電平轉(zhuǎn)換并送給單片機的外部中斷，從而實現(xiàn)單片機與可控硅的工作同步和控制時序匹配；串口通訊電路實現(xiàn)以單片機為核心的第一套控制系統(tǒng)和工控機的串口交互通訊。
本發(fā)明能有效地控制當焊點過密造成的電流分流時的電流值，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的電流值，從而改變氣動懸掛式點焊機的性能。使其用于轎車車身焊接時，解決了因車身焊點與焊點之間的距離較近而造成的點焊機的電流分流，從而造成焊點熔核變小、強度不夠的焊點質(zhì)量不合格問題；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而產(chǎn)生的焊點熔核變小、強度不夠的焊點質(zhì)量不合格問題，使用本發(fā)明，對現(xiàn)有的氣動懸掛式點焊機現(xiàn)場進行技術(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施方式
如圖1所示，本發(fā)明控制器由兩套相對獨立的控制系統(tǒng)組成，第一套控制系統(tǒng)是基于熱膨脹位移理論設(shè)計和基于PID控制算法點焊控制系統(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的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字系統(tǒng)能識別的數(shù)字信號并傳給控制模塊，控制模塊根據(jù)預(yù)先確定的控制算法和實時采集到的熱膨脹位移數(shù)據(jù)，計算出需要的觸發(fā)角大小，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)時間，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)接口模塊將信號傳送到第二套常規(guī)控制系統(tǒng)，用于切換兩個系統(tǒng)的工作，從原系統(tǒng)截取信號，同時將兩個系統(tǒng)的同步信號統(tǒng)一起來，協(xié)調(diào)工作，即同一時間只有一個系統(tǒng)的控制信號在起作用，兩套控制系統(tǒng)之間的時序匹配由系統(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)啟動工作后，第二套常規(guī)控制系統(tǒng)進入正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，第一套控制系統(tǒng)發(fā)揮監(jiān)測的功能。如在焊點過密或而發(fā)生分流時，第二套控制系統(tǒng)就會失去作用，系統(tǒng)自動切換到第一套控制系統(tǒng)，此時，第一套控制系統(tǒng)就開始起作用。
(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。本發(fā)明選用的是日本OMRON公司ZX-LD30V傳感器；其響應(yīng)時間＜1ms(half cycle＝10ms)，測量精度≤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、A/D轉(zhuǎn)換器、采樣保持器組成，單片機作為系統(tǒng)的運算單元和控制單元通過鎖存器和外部擴展連接，因為單片機本身的內(nèi)部128個字節(jié)RAM容量不夠，而采集的數(shù)據(jù)量又比較大，外部擴展在系統(tǒng)中主要負責存儲采集數(shù)據(jù)和中間運算結(jié)果。而且單片機和A/D轉(zhuǎn)換器之間也通過了鎖存器，采集時可以將A/D轉(zhuǎn)換器看作幾個外部的RAM，從而直接進行AD轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的讀取。外部信號通過采樣保持器進入A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這樣可以進一步提高轉(zhuǎn)換的速度和精度。本系統(tǒng)的模擬信號的范圍是±5V，所以A/D轉(zhuǎn)換器的接法也是雙極性10范圍的接法。
單片機采用ATMEL公司的AT89c51單片機，其速度1MPS，配合12MH的晶振；具有4個中斷優(yōu)先級、6個中斷源、4個8位I/O，具有串口通訊能力全雙工增強型UART。
A/D轉(zhuǎn)換器采用美國模擬器件公司(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腳標準封裝，無需外接元器件就可獨立完成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，是反饋型采樣/保持電路，采用雙極型—結(jié)型場效應(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，故屏蔽電路中選用兩個繼電器TQ2 Form C實現(xiàn)全部四組信號的同時切換，為可靠起見，兩個繼電器各自使用獨立的放大電路，它們的線圈分別由單片機的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P1.2和P1.3送出的兩路可控硅觸發(fā)脈沖信號經(jīng)過10K電阻上拉后接入場效應(yīng)管驅(qū)動器(MOSFET DRIVER)TC4426中A、B兩個驅(qū)動器的輸入端(引腳2，4)。經(jīng)過功率放大后經(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)，則該信號最終通過屏蔽電路到達可控硅觸發(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，由它先進行數(shù)學處理，如軟件濾波等等，然后將得到的結(jié)果輸入控制算法，如果測得的實時位移信號位于公差帶范圍內(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)測的作用，而一旦實時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，在下一個半波通過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)在確定時刻發(fā)出觸發(fā)脈沖，然后通過脈沖放大電路將信號驅(qū)動能力加強，這樣可以驅(qū)動觸發(fā)板上的MOSFET功率管，從而驅(qū)動晶閘管，進行焊接。
(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，而為了將實時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時的傳遞給一個具有顯示功能的裝置，同時還要通過該裝置將當前恒流系統(tǒng)的工作參數(shù)傳送給單片機系統(tǒng)，所以，本發(fā)明所控制的整個焊接系統(tǒng)裝有具有實時信息顯示功能的工控機。這其中，由于單片機系統(tǒng)和點焊機的可控硅觸發(fā)電路不是同一個類型的電路，所以必須要有一個中間電路負責這兩個電路各方面的協(xié)調(diào)工作，以保證單片機的控制信號能順利地傳送到可控硅的觸發(fā)電路板來控制可控硅，同時可控硅觸發(fā)板上的相關(guān)反饋信號也能順利的被單片機識別，而單片機系統(tǒng)也需要和工控機系統(tǒng)進行信息交流，這部分工作由系統(tǒng)接口模塊來完成。綜上所述，系統(tǒng)接口模塊必須要實現(xiàn)以下兩個功能，時序匹配和通訊功能。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同步電路也稱之為同步中斷信號生成電路，其主要是將表征關(guān)鍵控制時刻的相關(guān)信號進行電平轉(zhuǎn)換并送給單片機的外部中斷，從而實現(xiàn)單片機與可控硅的工作同步和控制時序匹配。具體如圖5本發(fā)明系統(tǒng)接口模塊中同步電路的8路模擬開關(guān)CD4051邏輯框圖所示，解決了同步電路中的同步方波信號的一個周期內(nèi)兩次觸發(fā)中斷的問題，具體是中斷口對信號A、B的切換選擇工作是由8路模擬開關(guān)CD4051完成的，由圖可見，CD4051可以有8個輸入通道，但只有一個輸出通道，8個輸入通道的選擇是由A、B、C這三位的編碼經(jīng)過譯碼后決定的。
如圖6所示，單片機接口電路中的同步中斷信號生成電路的最終原理，用于同步通電時間的第二套控制系統(tǒng)可控硅高頻觸發(fā)脈沖信號無須經(jīng)過格式變化直接接入單片機的一個外部中斷口(INTO)，故在圖中未標出。與焊接工頻交流信號同步的方波信號(圖中網(wǎng)絡(luò)標簽“3”)首先經(jīng)過5V穩(wěn)壓二極管的第一級穩(wěn)壓后接入電壓比較器LM139的“+”端(引腳5)。經(jīng)過兩個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，其中分出一路信號經(jīng)過反相器74HC04的移相。兩組互補信號分別進入8路模擬開關(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，單片機的P1.6口接入通道選擇編碼位A(引腳11)來控制通道0和1的切換。處理完畢的中斷信號最終由8路模擬CD4051的輸出端(引腳3)送入單片機的第二個外部中斷口(INT1)，得以實現(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現(xiàn)以單片機為核心的新系統(tǒng)和工控機的串口交互通訊，因為單片機本身具有串口通訊功能。設(shè)計中主要需要考慮的問題是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。因為點焊的時間很短，一個焊點需要的時間大約為200ms左右，因此要在這么短的時間內(nèi)將采集的數(shù)據(jù)實時的發(fā)送到工控機端，要求單片機的處理速度相對較高，設(shè)計中給單片機配了12MH的晶振，這樣單片機的指令執(zhí)行速度可以達到1MPS，可以滿足系統(tǒng)的實時性要求。
串口通訊時，工控機的串行口采用的是標準的RS-232C接口，由于單片機的串行口電平是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
1.一種用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，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的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字系統(tǒng)能識別的數(shù)字信號并傳給控制模塊，控制模塊根據(jù)預(yù)先確定的控制算法和實時采集到的熱膨脹位移數(shù)據(jù)，計算出需要的觸發(fā)角大小，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)時間，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)接口模塊將信號傳送到第二套常規(guī)控制系統(tǒng)，用于切換兩個系統(tǒng)的工作，從原系統(tǒng)截取信號，同時將兩個系統(tǒng)的同步信號統(tǒng)一起來，協(xié)調(diào)工作，即同一時間只有一個系統(tǒng)的控制信號在起作用，兩套控制系統(tǒng)之間的時序匹配由系統(tǒng)接口模塊完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，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)啟動工作后，第二套控制系統(tǒng)進入正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，第一套控制系統(tǒng)進行監(jiān)測，在焊點過密而發(fā)生分流時，第二套控制系統(tǒng)就會失去作用，系統(tǒng)自動切換到第一套控制系統(tǒng)，此時，第一套控制系統(tǒng)就開始起作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，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所述的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，其特征是，所述的數(shù)據(jù)采集模塊，由單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、采樣保持器組成，單片機作為系統(tǒng)的運算單元和控制單元通過鎖存器和外部擴展連接，外部擴展在系統(tǒng)中主要負責存儲采集數(shù)據(jù)和中間運算結(jié)果，單片機和A/D轉(zhuǎn)換器之間也通過了鎖存器，采集時將A/D轉(zhuǎn)換器看作幾個外部的RAM，從而直接進行AD轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的讀取，外部信號通過采樣保持器進入A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，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，選用兩個繼電器TQ2Form C實現(xiàn)全部四組信號的同時切換，兩個繼電器各自使用獨立的放大電路，它們的線圈分別由單片機的I/O口P1.0和P1.1控制；觸發(fā)脈沖放大電路由單片機P1.2和P1.3送出的兩路可控硅觸發(fā)脈沖信號經(jīng)過10K電阻上拉后接入場效應(yīng)管驅(qū)動器TC4426中A、B兩個驅(qū)動器的輸入端即引腳2、4，經(jīng)過功率放大后經(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)，則該信號最終通過屏蔽電路到達可控硅觸發(fā)板用于觸發(fā)可控硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者5所述的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，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，由它先進行數(shù)學處理，然后將得到的結(jié)果輸入控制算法，如果測得的實時位移信號位于公差帶范圍內(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)測的作用，而一旦實時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，在下一個半波通過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)在確定時刻發(fā)出觸發(fā)脈沖，然后通過脈沖放大電路將信號驅(qū)動能力加強，驅(qū)動觸發(fā)板上的MOSFET功率管，從而驅(qū)動晶閘管，進行焊接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，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，同步電路也稱之為同步中斷信號生成電路，其主要是將表征關(guān)鍵控制時刻的相關(guān)信號進行電平轉(zhuǎn)換并送給單片機的外部中斷，從而實現(xiàn)單片機與可控硅的工作同步和控制時序匹配；串口通訊電路實現(xiàn)以單片機為核心的第一套控制系統(tǒng)和工控機的串口交互通訊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，其特征是，所述的同步中斷信號生成電路，采用8路模擬開關(guān)CD4051邏輯電路進行切換來解決同步電路中的同步方波信號的一個周期內(nèi)兩次觸發(fā)中斷的問題，中斷口對信號A、B的切換選擇工作是由8路模擬開關(guān)CD4051完成的，CD4051有8個輸入通道，但只有一個輸出通道，8個輸入通道的選擇是由A、B、C這三位的編碼經(jīng)過譯碼后決定的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，其特征是，所述的同步中斷信號生成電路，用于同步通電時間的第二套控制系統(tǒng)可控硅高頻觸發(fā)脈沖信號直接接入單片機的一個外部中斷口INT0，與焊接工頻交流信號同步的方波信號首先經(jīng)過5V穩(wěn)壓二極管的第一級穩(wěn)壓后接入電壓比較器LM139的“+”端即引腳5，經(jīng)過兩個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，其中分出一路信號經(jīng)過反相器74HC04的移相；兩組互補信號分別進入8路模擬開關(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，單片機的P1.6口接入通道選擇編碼位A即引腳11來控制通道0和1的切換，處理完畢的中斷信號最終由CD4051的輸出端即引腳3送入單片機的第二個外部中斷口INT1，得以實現(xiàn)焊接半波的同步。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，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/輸出電平進行轉(zhuǎn)換，從而使單片機的串口能與RS-232C接口通信，單片機的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口對應(yīng)串口通訊的RXD、TXD線。
全文摘要
一種汽車制造技術(shù)領(lǐng)域的用于轎車車身焊接的氣動懸掛式點焊機控制器，由兩套相對獨立的控制系統(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的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字系統(tǒng)能識別的數(shù)字信號并傳給控制模塊，控制模塊根據(jù)預(yù)先確定的控制算法和實時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的電流值，不影響生產(chǎn)，可節(jié)約成本。
文檔編號B23K11/11GK1743122SQ200510029650
公開日2006年3月8日 申請日期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 申請人:上海交通大學