點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

魏 雷

（山西大同大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山西大同 037003）

電阻點(diǎn)焊是一種高效率的焊接方法，廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子技術(shù)、儀器儀表、汽車(chē)制造及輕工等工業(yè)部門(mén)。與其他焊接方法相比，點(diǎn)焊因具有接頭質(zhì)量高、輔助工序少、無(wú)須添加焊接材料、生產(chǎn)效率高、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。由于點(diǎn)焊過(guò)程中各種影響質(zhì)量的因素高度耦合，使得點(diǎn)焊質(zhì)量一直為人們所關(guān)注。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證點(diǎn)焊的質(zhì)量，除了加強(qiáng)管理之外，通常采用質(zhì)量監(jiān)控和質(zhì)量檢測(cè)兩種措施[1～5]，但不具備實(shí)時(shí)性，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，有缺陷的接頭只能返修或報(bào)廢，特別是大量利用電阻焊的場(chǎng)合，這樣做會(huì)使生產(chǎn)效率變低，成本變高。

運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化，縮短故障響應(yīng)時(shí)間，減少故障損失，提高質(zhì)量管理水平，對(duì)提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。發(fā)展一種在線點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控信息處理系統(tǒng)不僅在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中是非常有意義，同時(shí)也符合現(xiàn)代加工制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

1 硬件系統(tǒng)的搭建

電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)由工控機(jī)、焊接控制系統(tǒng)、點(diǎn)焊機(jī)、信息采集系統(tǒng)等4 大硬件系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接工藝參數(shù)的設(shè)定及焊接過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息采集和數(shù)據(jù)處理，見(jiàn)圖1。

圖1 電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控硬件系統(tǒng)

2 軟件系統(tǒng)的搭建

軟件系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，分別由登錄和用戶(hù)管理功能模塊、數(shù)據(jù)采集與處理功能模塊、硬件設(shè)備系統(tǒng)模塊、焊接工藝專(zhuān)家系統(tǒng)模塊、點(diǎn)焊過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊及點(diǎn)焊質(zhì)量評(píng)判系統(tǒng)模塊等6 大功能模塊組成，采用VB6.0 實(shí)現(xiàn)了不同功能模塊的集成。由于該系統(tǒng)面對(duì)的用戶(hù)分別是工廠的工人、質(zhì)量管理人員和軟件系統(tǒng)的維護(hù)人員等，所以系統(tǒng)對(duì)不同的用戶(hù)進(jìn)行分類(lèi)，并規(guī)范每一類(lèi)用戶(hù)信息的管理及規(guī)定其操作權(quán)限，見(jiàn)圖2。工廠的工人，可以登錄焊接專(zhuān)家系統(tǒng)、設(shè)備工作狀態(tài)檢測(cè)和診斷系統(tǒng)以及焊接質(zhì)量診斷系統(tǒng)；工廠的車(chē)間技術(shù)員可以獲得更大權(quán)限。

圖2 電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)

焊接專(zhuān)家模塊可以根據(jù)輸入被焊接材料的信息選擇自動(dòng)推薦合理的參數(shù)，并顯示和下傳給下位的焊機(jī)控制器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的焊機(jī)進(jìn)行焊接參數(shù)的設(shè)定。數(shù)據(jù)采集模塊是通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)調(diào)理適配卡和各種傳感器對(duì)焊接過(guò)程的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，接著通過(guò)工控機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行處理并保存，為焊機(jī)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和焊接質(zhì)量的評(píng)定系統(tǒng)提供主要的參數(shù)。例如，通過(guò)監(jiān)測(cè)水的流量大小確定供水系統(tǒng)是否良好；通過(guò)監(jiān)測(cè)空壓機(jī)的壓力大小確定空壓機(jī)的運(yùn)行是否良好；通過(guò)監(jiān)測(cè)電極的壓力大小確定在焊接過(guò)程中是否存在噴濺現(xiàn)象等。焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊是對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊提取的主要特征參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)生產(chǎn)中每一個(gè)焊點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。如果焊接質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警處理，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)紅保存，以便技術(shù)員和質(zhì)量管理人員檢查。

3 數(shù)學(xué)算法建立

數(shù)學(xué)算法是這個(gè)軟件系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接質(zhì)量監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)的算法是通過(guò)Matlab工具箱編制了焊接質(zhì)量數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型，建立了抗拉強(qiáng)度σb與焊接過(guò)程中的焊接電壓U、焊接電流I和電壓力P等參數(shù)的數(shù)學(xué)模型σb=f（U，I，P），把這些采集的參數(shù)作為模型的輸入量，對(duì)每一個(gè)焊點(diǎn)的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4 系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證搭建的系統(tǒng)的各個(gè)模塊運(yùn)行情況和整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，系統(tǒng)可以在焊接過(guò)程中能夠準(zhǔn)確和穩(wěn)定的提取到焊接電壓、焊接電流和電極壓力等主要的參數(shù)，系統(tǒng)基本可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)焊接接頭的質(zhì)量。信息采集及處理結(jié)果，見(jiàn)圖3。焊接Q235 鋼系統(tǒng)對(duì)焊接質(zhì)量的預(yù)測(cè)界面，見(jiàn)圖4。

圖3 信息采集及處理結(jié)果

圖4 點(diǎn)焊焊接質(zhì)量的評(píng)估

5 結(jié)論

（1）采用VB6.0 和模塊化的設(shè)計(jì)方法，成功地設(shè)計(jì)了一套電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)控信息處理系統(tǒng)。

（2）實(shí)現(xiàn)了焊接過(guò)程的實(shí)時(shí)信息采集和數(shù)據(jù)處理功能，基本能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)焊接接頭的質(zhì)量，證明了用模塊化設(shè)計(jì)方法開(kāi)發(fā)電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)控信息處理系統(tǒng)是完全可行的。