焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)在汽車車身點(diǎn)焊過(guò)程中的應(yīng)用

馮崢

（重慶長(zhǎng)安鈴木汽車有限公司，重慶401321）

焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)在汽車車身點(diǎn)焊過(guò)程中的應(yīng)用

馮崢

（重慶長(zhǎng)安鈴木汽車有限公司，重慶401321）

針對(duì)在車身手動(dòng)點(diǎn)焊過(guò)程中實(shí)際焊點(diǎn)數(shù)量難以可靠掌控的情況，提出了一種基于單片機(jī)技術(shù)的焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用于汽車車身焊接過(guò)程，有利于控制車身焊接質(zhì)量，根據(jù)需求該系統(tǒng)采用RS485通信協(xié)議，具有成本低廉、方便可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于汽車車身手動(dòng)點(diǎn)焊生產(chǎn)線。

焊點(diǎn)計(jì)數(shù)；漏焊

1 人工點(diǎn)焊

（1）人工點(diǎn)焊技術(shù)的現(xiàn)狀。

電阻點(diǎn)焊是一種高效的焊接方法，具有能量集中、變形小、輔助工序少、無(wú)須填加焊接材料、生產(chǎn)效率高、操作簡(jiǎn)便和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車制造等行業(yè)?，F(xiàn)代汽車生產(chǎn)點(diǎn)焊過(guò)程通常由預(yù)壓、焊接、鍛壓（保持）三個(gè)階段構(gòu)成，是一個(gè)電場(chǎng)、熱場(chǎng)、力場(chǎng)等綜合作用的過(guò)程，產(chǎn)生焊接缺陷的原因隱含于各種場(chǎng)監(jiān)測(cè)參量的動(dòng)態(tài)變化之中。點(diǎn)焊過(guò)程的工藝參數(shù)主要有焊接電流、焊接時(shí)間、保持時(shí)間等，如圖1所示。

圖1 點(diǎn)焊過(guò)程的工藝參數(shù)

（2）人工點(diǎn)焊與品質(zhì)。

控制人工點(diǎn)焊質(zhì)量的意義非常重大，車體焊接通常出現(xiàn)的焊接質(zhì)量問(wèn)題有：脫焊、壓痕深、飛濺、焊穿、氣孔甚至漏焊，其中以漏焊和脫焊為最嚴(yán)重。點(diǎn)焊焊接質(zhì)量的控制通常從以下方面入手：焊接規(guī)范參數(shù)控制，涉及焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力。工藝因素控制，涉及電流分流、電極磨損、材料厚度、焊點(diǎn)邊距；人為因素控制，涉及人員素質(zhì)培養(yǎng)、人員疲勞作業(yè)等。檢測(cè)手段通常采用焊前預(yù)測(cè)、破壞性試驗(yàn)、金相試驗(yàn)、機(jī)械性能試驗(yàn)等方式。基于現(xiàn)代焊接技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電流、焊接時(shí)間甚至焊接壓力的監(jiān)控，確保人工點(diǎn)焊的焊接質(zhì)量。

（3）人工焊點(diǎn)監(jiān)控裝置的需求。

焊點(diǎn)漏焊在實(shí)際焊接生產(chǎn)中絕對(duì)不允許產(chǎn)生，但作為人工焊接很難避免該問(wèn)題，長(zhǎng)期困擾著焊接現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)管理人員，也是汽車主機(jī)廠廣泛引進(jìn)機(jī)器人焊接代替人工焊接的原因之一。但人工焊接的經(jīng)濟(jì)性、便捷性也是其存在發(fā)展空間的原因。人工焊點(diǎn)與機(jī)器人焊點(diǎn)的監(jiān)控有許多相同之處，但也有不同。相同之處是兩者都應(yīng)用了現(xiàn)代點(diǎn)焊最先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊接規(guī)范參數(shù)的嚴(yán)格設(shè)置和嚴(yán)格監(jiān)控，可避免脫焊、壓痕深、飛濺、焊穿、氣孔等焊點(diǎn)質(zhì)量問(wèn)題。人與機(jī)器人最大的區(qū)別是人存在疲勞、注意力分散等缺點(diǎn)，無(wú)法100%做到機(jī)器人所完成的點(diǎn)焊循環(huán)作業(yè)。因此，為確保人工操作不會(huì)產(chǎn)生漏焊的情況，焊接人工線生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)急需針對(duì)人工點(diǎn)焊進(jìn)行焊點(diǎn)數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的設(shè)備裝置。傳統(tǒng)生產(chǎn)中由于焊點(diǎn)接頭質(zhì)量受大量隨機(jī)因素的影響，僅通過(guò)穩(wěn)定焊接規(guī)范參數(shù)和工藝參數(shù)不可能全面保證焊點(diǎn)質(zhì)量。因此發(fā)展一種在線、非破壞性、低成本、高診斷可靠性的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)人工點(diǎn)焊焊接質(zhì)量的在線監(jiān)控，避免人工焊點(diǎn)漏焊重大品質(zhì)問(wèn)題的產(chǎn)生，對(duì)于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)及人工點(diǎn)焊方法的廣泛使用意義重大。

2 概述

目前，在汽車車身焊接生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，存在很多難以控制的因素，這些因素影響著車身焊接的實(shí)際效果，進(jìn)而影響焊接質(zhì)量。要解決這些問(wèn)題，除了對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控外，焊接作業(yè)完成后，需費(fèi)時(shí)費(fèi)力采取很多檢測(cè)手段來(lái)確定焊接是否牢固，是否有漏焊及焊點(diǎn)數(shù)量不夠等，并進(jìn)行補(bǔ)救工作。工件在焊接完畢后，有些焊點(diǎn)的位置空間狹小，如果這些焊接位置存在漏焊，想要進(jìn)行補(bǔ)焊較為困難。針對(duì)焊點(diǎn)的數(shù)量控制，在此提出一種焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，在正常焊接作業(yè)的過(guò)程中，該系統(tǒng)能夠有效地控制焊點(diǎn)的數(shù)量，保證不出現(xiàn)漏點(diǎn)情況，減輕事后進(jìn)行補(bǔ)焊的壓力。對(duì)提高焊接質(zhì)量有著積極作用。焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)示意如2所示。

由圖2可知，焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的硬件組成包括：

圖2 焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)示意

（1）集控盒，用于巡檢總線上的焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器，采集各個(gè)焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)。

（2）焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器，用于檢測(cè)焊點(diǎn)數(shù)，并對(duì)焊點(diǎn)數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)。

（3）PLC串行通信模塊，用于集控盒與PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

（4）控制夾具用的PLC，控制夾具的打開(kāi)和閉合。

（5）傳輸數(shù)據(jù)用屏蔽雙絞線，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

3 焊點(diǎn)數(shù)的檢測(cè)

焊點(diǎn)數(shù)的檢測(cè)和計(jì)數(shù)由焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器來(lái)完成，要實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)數(shù)控制的準(zhǔn)確無(wú)誤，必須實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的焊點(diǎn)數(shù)量檢測(cè)，針對(duì)焊機(jī)的特點(diǎn)可以采用硬件檢測(cè)或者數(shù)據(jù)通信。兩種辦法各有優(yōu)點(diǎn)，如下所述：

（1）硬件檢測(cè)。硬件檢測(cè)是根據(jù)焊機(jī)每焊接一點(diǎn)所發(fā)生的特殊物理現(xiàn)象進(jìn)行判斷，例如焊接一點(diǎn)的過(guò)程中，焊機(jī)氣閥需要進(jìn)行一次通電和一次斷電的動(dòng)作、焊機(jī)的二次側(cè)有電流通過(guò)、焊機(jī)處于正常的工作狀態(tài)即不是處于調(diào)試動(dòng)作的狀態(tài)、焊機(jī)的焊接動(dòng)作滿足一次焊接過(guò)程而不是臨時(shí)調(diào)整焊接位置。根據(jù)這些物理特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到焊點(diǎn)數(shù)的信息。目前行業(yè)內(nèi)的焊機(jī)，焊接的物理過(guò)程大同小異，采用硬件檢測(cè)的方法，有利于焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的適用性，即不同型號(hào)的焊機(jī)，不同廠家的焊機(jī)，均可使用焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)。不過(guò)，要有簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)定，在考慮不周全的情況下，會(huì)出現(xiàn)誤計(jì)焊點(diǎn)數(shù)。但經(jīng)過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)，完全可以做到準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。

（2）數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信的檢測(cè)方法是通過(guò)焊機(jī)的通信接口進(jìn)行焊點(diǎn)數(shù)信息采集的方法，這種方法需要焊機(jī)本身具有能夠發(fā)送焊點(diǎn)數(shù)信息和相關(guān)控制信息的通信接口。其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、焊點(diǎn)信息采集過(guò)程簡(jiǎn)單、可靠。但對(duì)于沒(méi)有通信接口的焊機(jī)來(lái)說(shuō)，這種方法是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，這限制了焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的適用范圍。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析對(duì)比，采用硬件檢測(cè)的方法。

4 數(shù)據(jù)的傳輸

PLC控制器與焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸，以集控盒為樞紐，集控盒采用“巡檢”方式，對(duì)總線上的焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交換。

為了避免總線上某個(gè)焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器出現(xiàn)故障造成夾具無(wú)法打開(kāi)等，影響下一步工作，可采用數(shù)據(jù)校驗(yàn)的方法，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤，則將出錯(cuò)的數(shù)據(jù)重新傳輸，當(dāng)重新傳輸?shù)拇螖?shù)達(dá)到某一設(shè)定值后，數(shù)據(jù)傳輸仍然錯(cuò)誤，那么就可以認(rèn)為這個(gè)焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器的焊點(diǎn)數(shù)達(dá)到了設(shè)定值，避免了焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器一旦出現(xiàn)故障，整個(gè)夾具都無(wú)法打開(kāi)，無(wú)法進(jìn)行下一步工作的情況。

5 控制機(jī)制

不采取一定的控制方法，單純對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行計(jì)數(shù)，無(wú)法起到防止漏焊的作用，單純地對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，無(wú)法阻止操作者進(jìn)行下一個(gè)工件的焊接，即使采用提示或者報(bào)警的方式告知操作者焊點(diǎn)數(shù)未達(dá)到設(shè)定值，依然無(wú)法阻止操作者進(jìn)行下一個(gè)工件焊接，因?yàn)椴僮髡呖梢圆蝗ダ頃?huì)這些提示或者報(bào)警，而且焊接車間聲音嘈雜，很難做到讓操作者時(shí)刻注意焊機(jī)的狀態(tài)。

將實(shí)際焊點(diǎn)數(shù)達(dá)到焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器的設(shè)定點(diǎn)數(shù)這一條件作為允許打開(kāi)夾具的條件之一，即當(dāng)實(shí)際焊點(diǎn)數(shù)達(dá)到焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器設(shè)定值時(shí)允許打開(kāi)夾具，否則操作者按下打開(kāi)夾具按鈕時(shí)，夾具不打開(kāi)并且給出焊點(diǎn)數(shù)未達(dá)到設(shè)定值的提醒，操作者需要把漏掉的焊點(diǎn)補(bǔ)上之后，才可以打開(kāi)夾具。這一機(jī)制很好地解決了問(wèn)題，既給操作者一個(gè)合理的操作方式，又能阻止漏焊。

焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器面板上，要求能夠顯示設(shè)定焊點(diǎn)數(shù)、當(dāng)前焊點(diǎn)數(shù)、故障代碼等信息，方便操作者查看，如圖3所示。當(dāng)一臺(tái)夾具對(duì)應(yīng)多臺(tái)焊機(jī)時(shí)，操作者通過(guò)查看焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器的面板，很容易找到哪臺(tái)焊機(jī)的焊點(diǎn)數(shù)不夠，將漏掉的點(diǎn)焊接完成后，即可打開(kāi)夾具，放入新的工件，按夾具閉合按鈕后，焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器會(huì)接收到來(lái)自PLC的清零信號(hào)而清零，自動(dòng)開(kāi)始下一輪焊接計(jì)數(shù)。

6 系統(tǒng)布局

整個(gè)系統(tǒng)的布局要保證可靠、美觀、安全等。焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器安裝可靠，觀看和操作方便，集控盒可以安裝在PLC控制柜內(nèi)的適當(dāng)位置，數(shù)據(jù)電纜采用優(yōu)質(zhì)屏蔽雙絞線，線徑在0.75 mm以上，屏蔽層單點(diǎn)接地以釋放干擾源，雙絞線要進(jìn)行套管處理防止損壞。如果總線長(zhǎng)度太長(zhǎng)（大于200 m），需在總線末端加阻抗匹配電阻，一般取120 Ω，如圖4所示。

圖3 焊點(diǎn)計(jì)數(shù)器面板

圖4 焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的布局

7 結(jié)論

焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)能夠解決漏焊問(wèn)題，給焊接過(guò)程的控制帶來(lái)很大幫助，目前重慶長(zhǎng)安鈴木有限公司的新生產(chǎn)線已經(jīng)采用焊點(diǎn)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，運(yùn)行良好，收到了預(yù)期效果。

[1]胡德安，張偉，陳益平.基于CAN總線的車身點(diǎn)焊監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（7）：77-80.

[2]梅冬勝，張忠典，李冬青，等.焊裝車間生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)及其信息分析[J].焊接，2011（10）：45-48.

Application of solder joint count system in BIW spot

FENG Zheng
（Changan Suzuki Co.，Ltd，Chongqing 401321，China）

Aiming at the manual spot welding process of car body，the situation of the actual solder joint number is difficult to reliably control.A solder joint count system based on single chip microcomputer technology is proposed.The system is applied to the welding process of the car body，which is beneficial to the welding quality of the body.According to the requirement of the system，the system uses RS485 protocol，which has the advantages of low cost，convenient and reliable，simple maintenance and so on.Solder joint count system can be widely applied to auto body manual spot welding Production line.

solder joint count；leakage welding

TG446

：A

1001-2303（2015）09-0080-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.17

2015-06-25

馮 崢（1971—），男，重慶人，學(xué)士，工程師，主要從事焊接生產(chǎn)線工藝布局規(guī)劃與設(shè)計(jì)、焊接設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)等工作。