链条作为一种基础机械部件,在轮船、冶金矿山、农业机械等领域都得到了广泛应用。由于各个链环间环环相扣,只要有一个链环焊接质量不达标,就会导致整条链报废,因此保证链环焊接质量十分重要。然而影响电阻对焊焊接质量的因素众多,如电流、电压、顶锻量等,而破坏性拉伸实验无法判断出焊接不合格的具体原因。因此,本文的目标为建立监测系统,采集并存档链条焊接信号,然后对信号进行分析,为焊后诊断提供依据。本文针对电阻对焊的监测需求,设计了系统的总体架构,将系统分为单片机采集部分、Lab VIEW上位机和Python离线分析三部分。监测系统所采集的信号包括电信号(电流、电压、微分)与机械量信号(电极位移、主轴转角)。分析以上信号的特点后,设计了相应的传感方案,并在单片机上配置相应的传感器接口。采集部分采用STM32H7作为工作核心,配合外围的模拟量处理和TCP通信模块,完成信号采集与传输任务。Lab VIEW上位机接收、显示信号并存档到My SQL数据库中,供后续焊后离线分析调用。系统的模拟量信号经过隔离、放大、失调调整和滤波后才连接到单片机AD上;开关量信号均通过光耦进行隔离,保证系统安全性。电路增益、基准压、滤波频率等均可由数字电位器调节,滤波电路截止频率调节范围为(5.1KHz,850KHz),能满足信号滤波的要求。系统还设计了针对罗氏线圈测量焊接电流的积分还原电路,通过补偿、放电、积分的方式可抑制积分漂移。之后设计了CPLD的逻辑处理方案,对比较器输出信号进行延时滤波,提取导通角且可以将多段焊进行分离。监测系统的软件设计包括ARM单片机软件部分、Lab VIEW上位机部分和Python数据库管理部分。单片机与上位机配合交互,将系统分为示波器模式、正常焊接模式和参数设置模式。系统在示波器模式下上传焊接信号瞬时值,在焊接模式下上传预处理后的焊接信号,在参数设置模式下调节基准压、失调电压等。Python数据库平台除了查询历史信号之外,还设计了信号统计图绘制与基于动态电阻公差带的稳定性评判功能。将开发的监测器安装在工业现场的生产线上,测试表明系统的各个功能基本实现。现场工况条件测试表明,焊机主轴转动较为稳定,波动幅度为0.11%,而电网电压稳定性很差,波动幅度高达8.2%。进一步对动态电阻进行主成分分析,发现PCA降维后的数据仍保留原有的电阻曲线特征。通过K-means和高斯混合模型(GMM)对降维后的动态电阻进行聚类分析,结果表明聚类算法能将差异明显的电阻曲线分离。最后利用孤立森林算法进行数据清洗和电极位移曲线异常判别,检测效果良好。