无线多传感器翻译

2011年计算机IEEE研讨会议基于无线多传感器点焊监控传感器研究JDCULLEN,AMASON,MALJADER,NWYLIE,ASHAW,AIALSHAMMAA建筑环境与可持续技术（BEST）研究中心；利物浦约翰摩尔斯大学,拜罗姆街利物浦。邮箱JDCULLENLJMUACUK摘要如今电阻焊被广泛应用与制造业，点焊在汽车工业上尤其流行。尽管点焊已经使用了一个多世纪，但是将传感器用于焊接的实时监测的发展较慢。大多数现有的系统使用电流，电压和电极压力，得到焊接质量的指标，但这些系统不能提供一种在焊接环境的变化的警告。这些变化可能包括会导致产生虚焊点的变异性或电极状态。本文展现的是一个执行的进程中利用传感器的阵列，包括电流，电压，红外线和超声波，其能够实时监测点焊的研究。该系统利用无线传感器技术，以从焊接臂数据发送到一个传感器连接到一个主计算机，其中的数据可以被分析。改造时的无线链路对传感器集群的安装特别有用。1引言点焊是一个重要的焊接技术，已经广泛应用于工业，尤其是在汽车工业1。如今主要质量控制测试方式是破坏性凿试验和剥离试验，这是进行了从产品的生产线获得的焊缝2。对产品的故障率进行检测，检查，并评估，如果故障率有大量的增加，然后整批将可能产品被拒绝。执行这种类型的测试产生的劳务成本也是这种方法缺少吸引力。这表明企业一般降低生产成本并且增加生产效率。这表明了传统的测试方法不可而取；他们因此接受新的测量方法，尤其是无破坏型的测量办法，是这些被检测的产品同样能投入使用。理想状况下，对制造上来说，将不会再有破坏性的检验，因为这会带来产品损失。常规电阻焊接过程控制基于监视电压和电流，或者其衍生物，功率和电阻3,4。虽然这些传感器在理想工作情况下工作良好，但是由于要保持形成标准的焊缝的电压和电流值，则表面的污染物或者在正常工作时金属杂质可能会影响焊缝的大小和形状57。如图（1）所示，高速相机拍摄的图像在每一个特别改装的第二个5000帧运行焊嘴，被用来对两个边缘建立一个焊接厚度为1MM的镀锌钢件。在图中可以看出，当从镀膜中排除锌时，并在水池中冷却时金属水池当中，形成点焊熔核。然而，正如专家在业内会作证，只要有用于焊接形成合适的条件并不意味着一个焊接已经形成。因此，其他参数必须检查，以及同样也是为了保证给一个完整的画面焊缝成形质量。为了对抗这种变化，需要破坏性测试许多点焊里用传感器集群包括一系列传感器以满足工业要求。这些传感器的多个输出将会预测榕核的大小，并根据这些判断焊点是否符合要求。一个附加的传感器输入到集群是电极的情况，因为一个弱的的电极通过金属改变电流密度，导致既不能过分加热也不会缺少加热。图1形成过程中熔化焊核2实验装置现在有很多点焊机能提供这种功能9。这种底座式点焊机被用于这个调查。这种点焊机如图（2A）所示，带有一个固定的垂直底座支架和积分变压器及控制柜。焊接时底臂被固定到静止的框架和时，同时测量半成品的重量。顶臂铰接到圆弧下面。为了在电极间有一个可调节的间隙，旋转臂是可以被调节的。这旋转臂能轻易地在集线器调整，并且各种长度臂能够被嵌合为了访问那些狭隘的关节。这种技术有完全可调的电流，能适用于轻型和中型工业。传感器在焊接头下面，如图（2B）所示，被放置在检测最有效的相关位置，如图（2C）所示。电流传感器（图中看不见）是一个（空心的）罗氏盘。这个罗氏盘通过点焊机的旋转臂输出一个合适的电压信号给接收器。而电压传感器，简单地说，两个引线连接到每个点焊机电极。这个信号然后通过一个缓冲器/放大器电路和到PC内的数据记录器通过。红外传感器是一种光电红外二极管，在45安装在该簇，并在从电极尖端的距离70毫米的，还通过缓冲放大器电路。所有来自这些传感器的数据可以选择使用一个数据采集板的PC机上的读数捕获。数据采集程序是专门为这项研究工作的基础帕斯卡尔DELPHI环境下编写的。信号被采样频率为1000HZ,即0001S采集一次，采集的数据为电流，电压，红外线和超声波。所有的数据被连续流传输到PC，并进行分析，以提供每个焊接的预测信息10。典型工业焊接时间08毫米镀锌钢板是02秒的焊接持续时间，数据捕获的预时间为03秒和帖子的时间是04秒。这允许数据在电极与金属接触之前获取，它提供了超声轮廓的完整数据集除去后捕获。当系统在利物浦试图在实验室，它被安装在一个“测试单元”捷豹汽车（哈利伍德），这使得该系统在工业机器人和焊接机试过了，能够满足生产线的需求。图（3）表示出了机器人焊接系统中的试验单元。图3（A）底座点焊机械；（B）传感器群的实验装置；（C）传感器接线图在使用这样的监控系统时，存在一些已经出现的设备问题。有很大一部分制造涉及机器人（技术上称为“白车身”）有交换它们的不同任务的多个磁头，或与不同的车型装配。这导致不得将机器人不返工，包括额外布线的传感器。这是非常昂贵的，因此是一个障碍的新的传感器技术的实施。这个问题的解决方案是使用无线传感器网络（WSN），以提供点焊传感器之间的联系。3实施WSN点焊传感器为了证明无线传感器网络中的汽车的场景操作原理，它被决定利用单个传感器，而不是实现以前提到的整个传感器群，因为每一个传感器将需要调理逻辑一定量的其输出为与MICAZ兼容11遥控ADC接口。这是许多具有输出范围比该微尘ADC的更大的传感器中的一个结果（最低0V，最大当前电池电压）。选择一个能够适于连接到MICAZ微尘传感器进行电流检测。许多工业点焊机具有内置的电流传感器12，但这不是在此研究中使用的基座点焊机的情况下，因此，使用一先前所提到的个罗柯夫斯基线圈的。该传感器被置于围绕焊机臂之一。它是由一个9V驱动电池和其输出45V，这意味着之间变化调理电路是必要的。调理电路的设计采取的输出电流传感器和降低信号幅度以及通过移动使得其变化在大约的范围内0121V。如图4示出是电路初始建成的测量结果，测量是采用GDS810S示波器。图4从传感器调节电路测量信号图4表明，该调节电路的输出转换到的范围内可使用的由MICAZ微尘。在该电路中，使用的是遥控接口板的副本，且盒装为了防止它被损坏，如图5。图5调理电路和遥控装箱，以防止损坏如前所述，取样是在1KHZ进行以获得的良好的结果（每个循环20个数据点）50HZ的交流信号。使用MICAZ微尘进行采样可能得到高得多的频率，但是这是在采样频率用于前面提到的传感器群。粒子通过广播消息将数据传送到一个基本节点，其又将数据传递给德尔福13，如图6所示，广播路由被用于此示范简单，因为只有一个单一的焊接机测试系统。显示器所显示的数据，例如取的样本数，的最小和最大电压读数以及焊接过程中的意思是电压。然后，该软件使用了这确定焊缝是否是好还是坏，并根据这一决定显示一个警告。图6点焊监控软件4校准和测试为了校准软件在测量焊接时电压的大小，焊接数据来自以250个焊点。用于当前数据校准是从安装在控制单元取点焊机，它允许一个设置用于当前焊缝。焊接电流从2KA增加到8KA，增加的单位是05KA。值得注意的是，所选择的电流往往是与显示在控制单元上的电流焊接不同的。这是由于控制单元在所选择的当前的焊接过程中，所以该值焊接后显示的实际上是一个平均的电流使用这方面的证据示于图4，其中所述电压峰是稍微不同的高度。因此，它是在交这反映在校准结果焊接电流值，如图7所示。图7点焊传感器系统的校准使用系统软件所校准的结果，有可能证明图8所示的警报是被用户基于不同的电流电平所触发。我们可以是这个系统更加得优化，但考虑到本项目的目的是表明有可能集成在这颗到工业电焊监控。他在本章中已经表明，马达可以在高金属环境等工作这样的系统提供了改装传感器的理想工具，使其成为一个具有成本效益在汽车质量控制和节能的解决方案点焊过程。图8点焊警报系统5结论和推广本文已经表明，点焊操作期间测量各种工艺参数是可能的。这不仅限于传统的参数，如电压和电流在一些新的参数下也有可能实现测量各种参数，间接的感测方法，例如在焊接过程10热发射和超声波添加。我们可以通过这些传感器获得一些附加的信息，例如动态电阻和点焊功率。这已被证明，通过使用无线传感器技术，该点焊数据可以从点焊机进行传输，而无需通过所述机器人通过复杂的布线来实现。该系统的进一步的工作需要做扩大该系统的范围。这个系统是一个单一的机器人头部与基站进行通信的只有一个示范，它可以进一步扩展到具有多个机器人头与单个基站通信。点焊分析也可以通过分析在电极尖端的质量辅助，所以具有为图象拍摄和传送的能力可能是有益的，这将需要使用图像压缩库来传输实时数据。6参考文献1CFLARSON,“BIBLIOGRAPHYONRESISTANCEWELDING”,WELDINGJOURNAL,51,1972,PP195019712RJKRIEGER,SAWENK,RCMCMASTER,“NONDESTRUCTIVETESTMETHODSFORINSPECTIONOFWELDEDJOINTS”,WELDINGJOURNAL33,1954,PP111811293AGLIVSHITS,“UNIVERSALQUALITYASSURANCEMETHODFORRESISTANCESPOTWELDINGBASEDONDYNAMICRESISTANCE”,WELDINGRESEARCHSUPPLEMENT,19974WFSAVAGE,EFNIPPES,FAWASSEL,“DYNAMICCONTACTRESISTANCEOFSERIESSPOTWELDS”,WELDINGJOURNAL572,1978,PP43S50S5AWS1966RECOMMENDEDPRACTICESFORRESISTANCEWELDING6AWS1988RECOMMENDEDPRACTICESFORAUTOMOTIVEWELDQUALITYRESISTANCESPOTWELDING7BRITISHSTANDARDS1993SPECIFICATIONFORRESISTANCESPOTWELDINGOFUNCOATEDANDCOATEDLOWCARBONSTEEL,BS11408KMATSUYAMA,“SPOTWELDINGSYSTEMANDMETHODFORSENSINGWELDINGCONDITIONSINREALTIME”,USPATENTNO6,506,997B2,20039TECNA2003,TECNASPAWEBSITE,HTTP/WWWTECNANET/10JDCULLEN,ETAL,“MULTISENSORFUSIONFORONLINEMONITORINGOFTHEQUALITYOFSPOTWELDINGINAUTOMOTIVEINDUSTRY,“MEASUREMENT,VOL41,2008,PP41242311CROSSBOW“MPR/MIBUSERSMANUAL”,CROSSBOWTECHNOLOGYINC,4145NFIRSTSTREET,SANJOSE,CALIFORNIA,HTTP/WWWXBOWCOM/12JDCU