猛料：STM32开发设计的超声波焊接系统

1万 · 2020-4-16 10:56

1万 · 2020-4-16 10:57

猛料：STM32开发设计的超声波焊接系统

1万 · 2020-4-16 10:57

超声波焊接是功率超声理论在金属和塑料焊接上的应用，超声波焊
接技术的发展依托于功率超声理论和技术的进步「‘〕。现在超声波焊接技
术的应用主要分为两个方面，其一为超声波金属焊接，其二为超声波塑
料焊接「z7。超声波金属焊接和塑料焊接的功能和原理有略微的不同，这
是焊接材料的性质，硬度，厚度所决定的，但是核心设备都是具有超声
发生器和换能器的振动设备。
在现代工业中，超声波金属焊接在制造业，航天航空，零件加工，
仪器仪表制造等现代工业中的应用非常广泛，具有向多行业扩展的趋势
[3-4]。对比传统焊接技术，超声波焊接还具有节能无污染，焊缝美观的优
点。

1万 · 2020-4-16 10:59

基于以上情况，本文在大量分析国内外相关文献的基础上，针对超声波焊接机
目前发展的问题，设计了一个智能超声波焊接机系统。在研究当前主流的控制平台
的CPU的情况下，使用STM32F 103增强型CPU作为系统实验用CPU，开发出一
个由焊接机控制系统，信息收集反馈系统，WiFi通信系统，数据库系统等主要部分
组成的智能焊接机系统，实现了LCD显示技术，STM32嵌入式技术，无线技术的
融合。对此智能焊接机系统的研究，本文作了以下工作:
根据传统焊接机系统的不足，给出一种改进方案。利用了STM32F 103增强型
CPU的丰富接口，设计了主控系统的硬件控制电路与软件程序。采用模块化的设计
思路，有扩展性强的特点。
融入无线技术，使用了一种较为简便的无线通信方案，即串口透传技术，系统
可以实时的传送焊接机的运行数据。通过智能移动设备和PC端用户可以查看焊接
机的运行状态，保存生产资料，为提高改进技术提供了数据支持。

1万 · 2020-4-16 11:02

1万 · 2020-4-16 11:16

这个课题非常的应景啊！！！钦佩钦佩！

1万 · 2020-4-16 11:17

1万 · 2020-4-16 11:18

超声波焊接机的问题与改进思路
(1>频率偏移。
声学系统是一个谐振型工作器件，最大工作效率输出必然在谐振频
率点上。但是在实际焊接过程中，不可避免的是外界影响对敏感的声学
系统谐振频率造成改变，比如负载变化，还有换能器温度过高以及其它
外界影响等等。各种外界因素导致了声学系统的谐振频率发生漂移，但
是发生器工作频率不能自动跟踪修正，结果必然是焊接机工作效率大幅
度下降，整个系统失谐，甚至发生焊接事故。因此，频率发生器需要通
过不断的频率跟踪才能稳定的工作，频率跟踪算法直接影响到系统工作
的稳定性。
频率跟踪算法就是搜索并跟踪谐振频率。传统的频率搜索跟踪采用
遍历法，优点是简单，可稳定的找出协振频率点，但是搜索效率低下。
本文提出一种根据电流值自动调节搜索步长的算法，可以有效改进上述
问题。

1万 · 2020-4-16 11:19

(2)开机后不能稳定发生超声，要经过几次电冲击后，才能实现
焊接。
问题产生的原因是，反馈量无法使回路形成闭环，或者电流冲击力
不够，功放开关难以被冲击开。多次开闭电键使回路中电容、电感等贮
能元件储能，对电路进行反复的冲击。所以电键打开瞬间，电路可以按
其自身谐振频率震荡放点，所以需要通过连续不断的振荡放电，才能达
到电路起振的条件。
(3)当前超声波焊接系统对焊接质量的检测不完善，导致焊接出
现问题时无法及时发现，焊接次品率高。另外，对焊接故障及参数也缺
乏有效记录，使得问题溯源非常困难。本文考虑增加一套带有摄像及记
录功能的数据库系统，将焊接设备、工艺参数、常用材料之间的对应关
系等大量测试数据存储于数据库中，方便查找。

1万 · 2020-4-16 11:20

感谢楼主分享！楼主辛苦了！楼主一生平安！

1万 · 2020-4-16 11:21

2万 · 2020-4-16 11:22

这个猛料非常的好！

1万 · 2020-4-16 11:22

频率发生器由超声电源、电路和超声振动工件组成。超声电源比较
重要的部分有三个，分别是交流整流滤波电路、推挽逆变器和高频变压
器，各自的功能在后文中会一一详细介绍。超生电源采用高频开关交流
通信电源技术，实现对频率的动态控制。

1万 · 2020-4-16 11:23

频率搜索跟踪算法的选择直接影响到焊接机工作的稳定性和精确
性，需要非常慎重的处理。本章重点论述两个方面的内容:一是对频率
跟踪算法的工作基理进行介绍;二是对常用频率搜素跟踪算法进行分
析，讨论了传统焊接机算法的不足，结合相位差等理论，设计了一个综
合的焊接频率搜索跟踪算法。最后通过实验验证了这个算法的有效性。

1万 · 2020-4-16 11:23

2万 · 2020-4-16 11:24

感谢楼主分享！楼主辛苦了！楼主一生平安！

1万 · 2020-4-16 11:24

1万 · 2020-4-16 11:25

超声波焊接技术有一点无法忽视的是，加工过程中的外部因素的影
响，使得最大效率的谐振点发生偏移，也就是谐振频率的漂移。这是因
为系统参数受到多种因素的干扰，比如温度，加工中的磨损，工件的震
动等。如果加工时外接负载有较大的起伏，没办法得到稳定的工作状态，
必然会引起输出振幅下降，导致加工的质量失去了保证。更严重的是变
幅杆在有载和无载之间转换时的负载电抗会大幅度的变化，导致电流的
不稳定，直接反应为振幅的不稳定，对系统而言这是非常严重的问题，
需要设计者非常重视才能避免。

1万 · 2020-4-16 11:26

1万 · 2020-4-16 11:26

猛料：STM32开发设计的超声波焊接系统

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