数字信号处理器在焊接中的应用

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1、数字信号处理器在焊接中的应用数字信号处理器在焊接中的应用张会昌,熊震宇(南昌航空工业学院材料科学与工程学院,江西南昌330034)[摘要]详细介绍了数字信号处理器在焊接电源,焊接过程检测和控制以及视觉传感中的研究和应用现状.[关键词]数字信号处理器;焊接;应用ApplicationofDigitalSignalProcessorinWeldingZhangHui—chang,XiongZhen—yu(SchoolofMaterialScienceandEngineering,NanchangInstituteofAeronauticalTechnology,Na

2、nchang,JiaI330034,China)[Abstract]ThepresentapplicationandstudyofDigSisn~PI1inweldingpowersupply,weldingpro-cessinspection&controlandwelding,risua1~nsorareintroducedindetailinthispaper.[Keywords]ditalsisn~processor;welding;applieation0前言焊接技术是一种重要的材料加工工艺,随着科学技术的不断发展,焊接技术已成为一门独立的学科

3、.现代焊接技术的自动化水平日益提高,焊接质量控制变得尤为重要.自从20世纪7O年代末第一片数字信号处理芯片(DigitalSignalPg'ocessors,DSP)问世以来,DSP就以数字器件特有的稳定性,可重复性,可大规模集成,特别是可编程和易于实现实时处理等特点给数字信号处理的发展提供了技术基础.随着DsP运算速度的不断提高,能够实时处理的信号带宽不断增大,数字信号处理也为实时控制提供了可能.可以预见,将DSP芯片应用到焊接领域中将有着广阔的前景.1在焊接电源中的应用为了适应焊接技术不断发展的要求,焊接电源控制的改革目前着重于应用柔性化,智能化,数字化和信

4、息化的技术[¨.数字信号处理器作为主要控制中枢的新型焊接电源的设计,已经成为焊接行业工程师的重要研究内容.CO2短路过渡焊存在着飞溅大,成形不好}航空基金项目(o2H560o7);江西省材料科学与工程研究中心基金项目(ZX200301018).26国外舍属加互2O05年第26卷第2期等问题,焊接工作者为解决这一问题提出各种电流波形控制法,有效改善了这些问题,然而同时使控制电路变得复杂,调试困难.文献[1—2]介绍了基于TMS320F240DSP控制的晶闸管CO2焊接电源,利用高速响应的霍尔电流传感器和霍尔电压传感器检测焊接过程中的焊接电压和焊接电流信号,通过DS

5、P芯片上的双路AVD转换模块把焊接电压,焊接电流信号转变成数字信号,再利用DSP芯片对焊接电压和焊接电流信号按一定的算法进行数字信号处理,最后用数字信号处理器获得的表征电弧稳定性和飞溅大小的特征值作为控制的目标参数,从而进行CO2焊机的数字信息控制.试验表明晶闸管CO2焊接电源短路过渡的频率均匀,电弧稳定.对软开关逆变器的控制的数字化焊机,通常由集成芯片硬件电路实现,硬件电路复杂,灵活性差.魏双成等设计了以TMS320LF2407DSP作为控制系统核心的数字化焊机,由DSP软件算法使PWM波形移相,经过隔离放大电路控制逆变器开关管IGBT,实现零开关.焊接电流和

6、电弧电压等参数通过霍尔传感器和光电隔离,由DSP片内AVD转换器进行采样,经过处理后,通过输出PWM波形对电弧电压进行控制.控制过程中各保护电路的测试信号通过阈门传递给控制芯片DSP,保证系统的安全运行.送丝机和行走小车用直流电机驱动,其电源主电路都采用H型双极式PWM变换器,以功率MOSFET为开关器件,DSP输出PWM波形经过隔离放大后控制其开通和关断,脉冲信号的占空比即开关管的开通和关断时间决定电机的转速,实现PWM调速J.此系统只需要简单的外围电路就可实现软开关逆变焊机所需要的各种控制,简化了系统,降低了故障发生的可能性,使系统可靠性得到提高;用同一硬件

7、电路,采用不同软件算法可以实现不同的控制功能,丰富的算法和高效的指令系统使得软件编程相对容易实现,使系统有很好的灵活性和可扩展性.在实际生产中,奥地利Fronius公司设计的基于DSP的TRANSSYNERGIC4000C焊机,可以在同一台焊机上实现多种工艺方法的不同材质,不同焊丝直径的焊接功能.短路时自动的增大电流,焊接工件表面非常粗糙时焊接质量也非常好].上海通德机电有限公司研制了焊接参数记忆和复现功能的焊机,具有掉电自动保存焊接参数和上电自动恢复的功能,同时焊接过程中还可进行参数的微调[5j5.上海交通大学焊接工程研究所在采用TMS320F240数字信号处

8、理器和A9C205l单片