應(yīng)用于焊接工業(yè)中的焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)

電阻點(diǎn)焊在汽車制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，在沒有完全實現(xiàn)機(jī)器人自動化焊接時，需要大量的人工焊接，但是由于人工操作的隨機(jī)性，漏點(diǎn)、漏焊現(xiàn)象時有發(fā)生。要解決這一問題，需要增加大量的品質(zhì)人員對點(diǎn)焊的操作進(jìn)行檢查和巡查。為了改變這一現(xiàn)狀，奇瑞汽車股份有限公司焊裝車間的技術(shù)人員摸索出一種控制生產(chǎn)過程中漏電阻點(diǎn)焊的好方法——開發(fā)出適合白車身焊接的焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)。

焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)

1. 焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計

（1）硬件系統(tǒng)組成

焊點(diǎn)計數(shù)器的硬件主要由電源、信號采集、中央處理單元、顯示、執(zhí)行與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等六個部分組成。信號采集部分采用光電藕合來分離電壓，保護(hù)中央處理單元；中央處理單元采用MCS-51系列兼容的AT89S單片機(jī)，功耗低、可靠性高；在顯示部分采用工業(yè)控制中常用的LED數(shù)碼管做顯示元件，性能可靠。

在此硬件的設(shè)計過程中，采用模塊化的設(shè)計，充分利用現(xiàn)有的資源來實現(xiàn)我們想要的功能。這種模塊化的設(shè)計，能把此焊點(diǎn)計數(shù)器更方便地推廣到實際生產(chǎn)中。

（2）電源模塊設(shè)計

計數(shù)器采用焊機(jī)中提供的24V交流電源供電，電源模塊對其進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓，使其為中央處理單元提供5V的穩(wěn)壓電源。圖1為電源的電路圖。

圖1 電源的電路圖

（3）系統(tǒng)主體部分（焊點(diǎn)計數(shù)器）的設(shè)計

焊點(diǎn)計數(shù)器主要由數(shù)據(jù)采集模塊、中央處理單元（CPU）與執(zhí)行部分組成。

a. 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊由電流傳感器與數(shù)據(jù)采集電路組成。在點(diǎn)焊操作過程中，焊機(jī)電纜會產(chǎn)生很大的電流，通過電流傳感器檢測這種電流的產(chǎn)生，來判斷點(diǎn)焊的操作。通過信號采集電路將傳感器的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并傳送給中央處理單元。

b. 中央處理單元

本系統(tǒng)采用工業(yè)中常用的Atmel公司的AT89S系統(tǒng)單片機(jī)，它有著抗干擾性強(qiáng)、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，更適合于生產(chǎn)現(xiàn)場的應(yīng)用，并且它有著豐富的片上資源，為以后系統(tǒng)的升級提供了條件。

圖2 信號采集電路

c. 執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊由驅(qū)動電路與執(zhí)行元件組成。

點(diǎn)焊操作只有在焊機(jī)開關(guān)處于打開的狀態(tài)下才能進(jìn)行，通過對焊機(jī)的開關(guān)串聯(lián)一個常閉開關(guān)，通過執(zhí)行元件將單片機(jī)的信號進(jìn)行放大，驅(qū)動常閉開關(guān)，使其斷開，并且驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，實現(xiàn)系統(tǒng)的停機(jī)、報警功能。圖3中的Header 2與加裝在焊機(jī)上的常閉開關(guān)相連。

圖3 執(zhí)行模塊的電路設(shè)計

（4）計數(shù)器組網(wǎng)通信功能的實現(xiàn)

本系統(tǒng)所用的單片機(jī)具有串行通信的功能，利用這一功能，可以方便地實現(xiàn)多機(jī)組網(wǎng)，為車間生產(chǎn)質(zhì)量的控制與管理提供便利條件。

把所有焊點(diǎn)計數(shù)器進(jìn)行組網(wǎng)，使所有信號匯總于中制室，中制室中通過顯示面板，將現(xiàn)場所有的焊點(diǎn)計數(shù)信息顯示于控制臺。此系統(tǒng)還可以與工控機(jī)通過，通過上位機(jī)上運(yùn)行的軟件進(jìn)行操作。如圖4所示，車間中的焊點(diǎn)計數(shù)器按照區(qū)域被劃分為多個組，每組一定數(shù)量的計數(shù)器通過中繼器與中制室和工業(yè)計算機(jī)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

圖4 焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)的組網(wǎng)示意圖

2. 焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)軟件的設(shè)計

系統(tǒng)以Keil C作為軟件開發(fā)平臺，對系統(tǒng)進(jìn)行程序開發(fā)與仿真。對軟件的設(shè)計主要分為三個部分。

（1）數(shù)據(jù)采集

這部分的程序主要是實現(xiàn)焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)對本工位操作的學(xué)習(xí)，通過對點(diǎn)焊操作的在線學(xué)習(xí)，記錄點(diǎn)焊操作的焊接時間、焊點(diǎn)個數(shù)及時間間隔等參數(shù)。操作者按面板上的學(xué)習(xí)按鍵后開始操作，計數(shù)系統(tǒng)即開始對其操作的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行采集，操作結(jié)束后按停止鍵停止學(xué)習(xí)。通過多次操作，對這些數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行計算、優(yōu)化，作為以后判斷操作者操作的標(biāo)準(zhǔn)，并將這些結(jié)果存儲在存儲器中。

（2）計數(shù)器實現(xiàn)單機(jī)計數(shù)

在程序設(shè)計中我們采用了用時間與點(diǎn)數(shù)等參數(shù)來核對操作者的操作正確與否，這樣，我們首先要解決的問題就是如何才能得知操作者是否開始操作，開始計時。在硬件的設(shè)計中，我們在夾具合適的位置加裝接近開關(guān)，使在裝件時即可觸發(fā)系統(tǒng)的程序開始執(zhí)行，開始計時，這樣對其焊接的操作和裝件的操作都可以進(jìn)行監(jiān)控。

在操作過程中進(jìn)行計數(shù)，并且將過程中記錄的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，辨別操作者的操作，并執(zhí)行相應(yīng)的動作。

焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)在焊接工業(yè)中的應(yīng)用

點(diǎn)焊在汽車工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，因此，焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)也就有著廣闊的應(yīng)用前景。

1. 焊點(diǎn)計數(shù)器在點(diǎn)焊焊接操作過程中的應(yīng)用

在使用時，將傳感器與常閉開關(guān)安裝于焊機(jī)，并且將其集成于一個接口，方便系統(tǒng)的安裝，將系統(tǒng)的接口與其聯(lián)接后即可正常工作。

操作者在焊接時，會觸發(fā)脈沖信號。通過對脈沖信號的采集，單片機(jī)判斷其操作的狀態(tài)。如果操作者漏點(diǎn)或者其操作的時間大于標(biāo)準(zhǔn)的時間，那么系統(tǒng)則會停機(jī)報錯，并且通過網(wǎng)絡(luò)將錯誤信息發(fā)送至控制室。

2. 焊點(diǎn)計數(shù)器的組網(wǎng)

通過對焊點(diǎn)計數(shù)器的組網(wǎng)，更能發(fā)揮其自動檢測的功用。

如果現(xiàn)場的計數(shù)器發(fā)生停機(jī)報警，那么控制臺上就會把對應(yīng)的工位和錯誤信息顯示出來，與此同時，控制室的工作人員將信息反饋給工位所對應(yīng)的現(xiàn)場工程師及質(zhì)量管理人員，這樣，現(xiàn)場工程師就會在第一時間知道自己員工所犯的錯誤，并且到現(xiàn)場的工位一同進(jìn)行排查、指導(dǎo)。
此外，此系統(tǒng)還可以與計算機(jī)等上位機(jī)進(jìn)行連接，通過軟件對其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出每個工位出現(xiàn)錯誤的概率。我們可以通過軟件所提供的數(shù)據(jù)分析，對現(xiàn)場的工位進(jìn)行分析，找出犯錯的原因，對其進(jìn)行改善，更有效地進(jìn)行防錯。

3. 焊點(diǎn)計數(shù)器的使用更有利于車間標(biāo)準(zhǔn)化等工作的推行

焊點(diǎn)計數(shù)器安裝、調(diào)試之后，對操作者點(diǎn)焊操作的時間、焊點(diǎn)的個數(shù)都有很合理、明確的要求，而且對裝件等生產(chǎn)輔助時間也有很嚴(yán)格的要求。這樣，在操作的過程中，操作者就不會隨便中止自己的操作，方便了車間產(chǎn)品質(zhì)量等方面的管理。

在焊接過程中，如何控制質(zhì)量是焊接生產(chǎn)質(zhì)量管理的一個難題。由于點(diǎn)焊操作過程中發(fā)生質(zhì)量問題的隨機(jī)性很大，因此在過程中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題就變得尤為困難。如果把計數(shù)器融入到點(diǎn)焊的操作過程中，就會把問題變得簡單。在操作者操作的過程中記錄他點(diǎn)焊時間與焊點(diǎn)的個數(shù)，判斷他的操作是否正確，如果發(fā)現(xiàn)有異常操作，馬上對其操作進(jìn)行報錯，在過程中對質(zhì)量進(jìn)行控制。這也改變了以往在生產(chǎn)線上要設(shè)立多個檢驗點(diǎn)來檢查是否有漏焊接焊點(diǎn)的現(xiàn)狀，更多地在生產(chǎn)過程中控制質(zhì)量。節(jié)約了車間質(zhì)量控制成本，提高了車間質(zhì)量管理水平。

4. 其他方面的應(yīng)用

此種計數(shù)系統(tǒng)不僅適用于點(diǎn)焊，通過更改系統(tǒng)的傳感器，同樣，傳感器也可以檢測出螺柱焊機(jī)所焊螺柱的數(shù)量，所以經(jīng)過改進(jìn)之后，系統(tǒng)也可以適用于螺柱焊機(jī)。此種計數(shù)系統(tǒng)采用的是模塊化設(shè)計，我們完全可以把其集成于焊機(jī)，應(yīng)用焊機(jī)自身的資源，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。這樣，就豐富了焊機(jī)的功能，使焊機(jī)具有質(zhì)量控制的功能，提高整個汽車工業(yè)的焊接質(zhì)量。

圖5 系統(tǒng)的工作流程

結(jié)語

目前，焊點(diǎn)計數(shù)器已經(jīng)在奇瑞汽車股份有限公司焊裝車間得到廣泛的應(yīng)用，在實際生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。

焊點(diǎn)計數(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用從根本上解決了電阻點(diǎn)焊焊接漏點(diǎn)的問題，提高了過程控制能力，為控制白車身強(qiáng)度提供了有力保障，并且改變了以增加檢驗員數(shù)量來提高質(zhì)量的現(xiàn)狀，節(jié)約了人工成本。同時，本系統(tǒng)不僅適用于對現(xiàn)有的焊機(jī)進(jìn)行改造，而且還可以將其核心功能集成于焊機(jī)，推廣十分方便，其未來必將在汽車工業(yè)中發(fā)揮重要作用。