一种点焊焊钳动态电极力的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] 电极力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发生热膨胀， 导致电极力产生一定的波动，因此可通过测量点焊过程中的动态电极力来了解熔核生长情 况。目前电极力测量方法主要分为直接法和间接法。直接法采用称重传感器进行测量，大都 应用于座式点焊机，而在点焊焊钳上不易实施。间接法即利用应变电测法测量电极臂上的 应变，但由于焊钳上的应变较小，传统金属应变片灵敏度太低，导致电桥输出信号过小，后 级放大电路需要进行数百倍放大，从而造成测量结果杂波过大，易受电路失调参数影响。采 用半导体应变片虽能提高灵敏度，但是其阻值温度系数较大，易受电极臂温度的变化影响。 此外，传统的应变电测法多使用1/4电桥或1/2电桥进行信号激励，导致应变片灵敏度再次 衰减，且测量非线性误差增大，使得焊钳电极力的测量不准且不稳。为此，亟需一种准确并 可靠的点焊焊钳动态电极力的测量装置和方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有焊钳电极力间接测量结果易受电路失调和电极臂 温度影响的问题，本发明提供一种点焊焊钳动态电极力的测量装置及测量方法。
[0005] 本发明的一种点焊焊钳动态电极力的测量装置，所述装置包括高灵敏度应变仪、 恒电流驱动电路、参考电压电路、差分仪表放大电路、单位增益电路和电压提升电路；
[0006] 恒电流驱动电路为高灵敏度应变仪提供驱动电流，恒电流驱动电路的电压信号输 出端与差分仪表放大电路的第一电压信号输入端连接，参考电压电路的参考电压信号输出 端与差分仪表放大电路的第二电压信号输入端连接，电压提升电路的电压提升信号输出端 与差分仪表放大电路的电压提升信号输入端连接；
[0007] 差分仪表放大电路的差分放大电压信号输出端与单位增益电路的差分放大电压 信号输入端连接，单位增益电路输出的电压信号为所述测量装置的输出电压。
[0008] 所述恒电流驱动电路包括电阻R21、电阻R22、电阻R23和运算放大器0P21 ;
[0009] 电阻R21的一端接供电电源地，电阻R21的另一端与运算放大器0P21反相输入端 连接，电阻R22的一端接供电电源地，电阻R22的另一端和电阻R23的一端同时与运算放大 器0P21同相输入端连接，电阻R23的另一端接供电电源VCC正极；
[0010] 运算放大器0P21的输出端和运算放大器0P21的反相输入端分别与高灵敏度应变 仪的两个输入端连接，为其提供驱动电流，运算放大器0P21的输出端为恒电流驱动电路的 电压信号输出端。
[0011] 所述参考电压电路包括电阻31、电阻R32、可调电位器Rx和运算放大器0P31 ;
[0012] 电阻31的一端、电阻R32的一端和可调电位器Rx的可调端同时与运算放大器 0P31的同相输入端连接；电阻31的一端接供电电源VCC正极，电阻R32的另一端和可调电 位器Rx的固定端同时接供电电源地；运算放大器0P31的反相输入端与运算放大器0P31的 输出端连接，运算放大器0P31的输出端为参考电压电路的参考电压信号输出端。
[0013] 所述差分仪表放大电路包括电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻 R46、电阻R47、运算放大器0P41、运算放大器0P42和运算放大器0P43 ;
[0014] 运算放大器0P41的同相输入端为差分仪表放大电路的第一电压信号输入端，运 算放大器0P41的反相输入端与电阻R41的一端同时和电阻R42的一端连接，电阻R42的 另一端与运算放大器0P41的输出端同时和电阻R44的一端连接，电阻R44的另一端与电 阻R46的一端同时和运算放大器0P43的反相输入端连接，电阻R46的另一端与运算放大器 0P43的输出端连接，运算放大器0P43的输出端与单位增益电路的差分放大电压信号输入 端连接；
[0015] 运算放大器0P42的同相输入端为差分仪表放大电路的第二电压信号输入端，运 算放大器0P42的反相输入端与电阻R41的另一端同时和电阻R43的一端连接，电阻R43的 另一端与运算放大器0P42的输出端同时和电阻R45的一端连接，电阻R45的另一端与运算 放大器0P43的同相输入端同时和电阻R47的一端连接，电阻R47的另一端为差分仪表放大 电路的电压提升信号输入端。
[0016] 所述单位增益电路包括电阻R51、电阻R52、电容C51和运算放大器0P51 ;
[0017] 运算放大器0P51的同相输入端为单位增益电路5的差分放大电压信号输入端，运 算放大器0P51的反相输入端与运算放大器0P51的输出端同时和电阻R51的一端连接，电 阻R51的另一端与电容C51的一端同时和电阻R52的一端连接，并作为单位增益电路的输 出端，电容C51的另一端接供电电源地，电阻R52的另一端接供电电源地。
[0018] 所述电压提升电路包括电阻R61、电阻R62、开关S61和运算放大器0P61 ;
[0019] 电阻R61的一端与电阻R62的一端同时和运算放大器0P61的同相输入端连接，电 阻R61的另一端接供电电源VCC正极，电阻R62的另一端接供电电源地，运算放大器0P61 的反相输入端与运算放大器0P61的输出端同时和开关S61的一端连接，开关S61的另一端 为电压提升电路的电压提升信号输出端。
[0020] 开关S61包括金氧半场效晶体管D71和电阻R71 ;
[0021] 电阻R71的一端与供电电源正极连接，
[0022] 电阻R71的另一端与金氧半场效晶体管D71的栅极的连接，并同时作为与外界控 制器连接的控制信号输入端，
[0023] 金氧半场效晶体管D71的源极和漏极分别作为开关S61的两端。
[0024] 开关S61包括光耦D81和电阻R81 ;
[0025] 电阻R81的一端与供电电源正极连接，电阻R81的另一端与光耦D81中发光二极 管的正极连接，并同时作为与外界控制器连接的控制信号输入端，光耦D81中发光二极管 的负极接供电电源地，光耦D81中光电三极管的集电极和发射极分别作为开关S61的两端。
[0026] 所述方法包括如下步骤：
[0027] 步骤一：将高灵敏度应变仪粘贴在点焊焊钳壁的内侧或外侧；
[0028] 步骤二：调节可调电位器Rx的调节比例，使单位增益电路的输出电压为0或接近 〇 ；
[0029] 步骤三：在断电不焊接情况下施加一定大小的电极力，获得测量装置的输出电 压；
[0030] 步骤四：重复步骤二与步骤三，多次改变施加电极力的大小，记录测量装置对应的 输出电压，根据施加电极力大小和相应的输出电压，利用最小二乘公式回归出测量装置的 灵敏系数；
[0031] 步骤五：调节可调电位器Rx的调节比例，使测量装置的输出电压为0或接近0,再 在通电焊接情况下，获得测量装置的输出电压，所述输出电压乘以步骤四的灵敏系数，即获 得点焊过程中的动态电极力信号。
[0032] 本发明的有益