焊點計數系統在汽車車身點焊過程中的應用

馮崢

（重慶長安鈴木汽車有限公司，重慶401321）

焊點計數系統在汽車車身點焊過程中的應用

馮崢

（重慶長安鈴木汽車有限公司，重慶401321）

針對在車身手動點焊過程中實際焊點數量難以可靠掌控的情況，提出了一種基于單片機技術的焊點計數系統，該系統應用于汽車車身焊接過程，有利于控制車身焊接質量，根據需求該系統采用RS485通信協議，具有成本低廉、方便可靠、維護簡單等優點，可廣泛應用于汽車車身手動點焊生產線。

焊點計數；漏焊

1 人工點焊

（1）人工點焊技術的現狀。

電阻點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、無須填加焊接材料、生產效率高、操作簡便和易于實現自動化等特點，廣泛應用于航空、航天、汽車制造等行業。現代汽車生產點焊過程通常由預壓、焊接、鍛壓（保持）三個階段構成，是一個電場、熱場、力場等綜合作用的過程，產生焊接缺陷的原因隱含于各種場監測參量的動態變化之中。點焊過程的工藝參數主要有焊接電流、焊接時間、保持時間等，如圖1所示。

圖1 點焊過程的工藝參數

（2）人工點焊與品質。

控制人工點焊質量的意義非常重大，車體焊接通常出現的焊接質量問題有：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重。點焊焊接質量的控制通常從以下方面入手：焊接規范參數控制，涉及焊接電流、焊接時間、電極壓力。工藝因素控制，涉及電流分流、電極磨損、材料厚度、焊點邊距；人為因素控制，涉及人員素質培養、人員疲勞作業等。檢測手段通常采用焊前預測、破壞性試驗、金相試驗、機械性能試驗等方式。基于現代焊接技術，已實現對焊接電流、焊接時間甚至焊接壓力的監控，確保人工點焊的焊接質量。

（3）人工焊點監控裝置的需求。

焊點漏焊在實際焊接生產中絕對不允許產生，但作為人工焊接很難避免該問題，長期困擾著焊接現場生產技術人員和現場管理人員，也是汽車主機廠廣泛引進機器人焊接代替人工焊接的原因之一。但人工焊接的經濟性、便捷性也是其存在發展空間的原因。人工焊點與機器人焊點的監控有許多相同之處，但也有不同。相同之處是兩者都應用了現代點焊最先進的生產技術實現焊接規范參數的嚴格設置和嚴格監控，可避免脫焊、壓痕深、飛濺、焊穿、氣孔等焊點質量問題。人與機器人最大的區別是人存在疲勞、注意力分散等缺點，無法100%做到機器人所完成的點焊循環作業。因此，為確保人工操作不會產生漏焊的情況，焊接人工線生產現場急需針對人工點焊進行焊點數實時監控的設備裝置。傳統生產中由于焊點接頭質量受大量隨機因素的影響，僅通過穩定焊接規范參數和工藝參數不可能全面保證焊點質量。因此發展一種在線、非破壞性、低成本、高診斷可靠性的質量監控系統以實現人工點焊焊接質量的在線監控，避免人工焊點漏焊重大品質問題的產生，對于現實生產及人工點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作業過程中，存在很多難以控制的因素，這些因素影響著車身焊接的實際效果，進而影響焊接質量。要解決這些問題，除了對焊接過程進行監控外，焊接作業完成后，需費時費力采取很多檢測手段來確定焊接是否牢固，是否有漏焊及焊點數量不夠等，并進行補救工作。工件在焊接完畢后，有些焊點的位置空間狹小，如果這些焊接位置存在漏焊，想要進行補焊較為困難。針對焊點的數量控制，在此提出一種焊點計數系統，在正常焊接作業的過程中，該系統能夠有效地控制焊點的數量，保證不出現漏點情況，減輕事后進行補焊的壓力。對提高焊接質量有著積極作用。焊點計數系統示意如2所示。

由圖2可知，焊點計數系統的硬件組成包括：

圖2 焊點計數系統示意

（1）集控盒，用于巡檢總線上的焊點計數器，采集各個焊點計數器的數據。

（2）焊點計數器，用于檢測焊點數，并對焊點數進行準確的計數。

（3）PLC串行通信模塊，用于集控盒與PLC之間進行數據通信。

（4）控制夾具用的PLC，控制夾具的打開和閉合。

（5）傳輸數據用屏蔽雙絞線，保證數據的可靠傳輸。

3 焊點數的檢測

焊點數的檢測和計數由焊點計數器來完成，要實現焊點數控制的準確無誤，必須實現準確的焊點數量檢測，針對焊機的特點可以采用硬件檢測或者數據通信。兩種辦法各有優點，如下所述：

（1）硬件檢測。硬件檢測是根據焊機每焊接一點所發生的特殊物理現象進行判斷，例如焊接一點的過程中，焊機氣閥需要進行一次通電和一次斷電的動作、焊機的二次側有電流通過、焊機處于正常的工作狀態即不是處于調試動作的狀態、焊機的焊接動作滿足一次焊接過程而不是臨時調整焊接位置。根據這些物理特點，可以準確地檢測到焊點數的信息。目前行業內的焊機，焊接的物理過程大同小異，采用硬件檢測的方法，有利于焊點計數系統的適用性，即不同型號的焊機，不同廠家的焊機，均可使用焊點計數系統。不過，要有簡單的參數設定，在考慮不周全的情況下，會出現誤計焊點數。但經過仔細設計，完全可以做到準確計數。

（2）數據通信。數據通信的檢測方法是通過焊機的通信接口進行焊點數信息采集的方法，這種方法需要焊機本身具有能夠發送焊點數信息和相關控制信息的通信接口。其硬件結構簡單、成本低、焊點信息采集過程簡單、可靠。但對于沒有通信接口的焊機來說，這種方法是無法實現的，這限制了焊點計數系統的適用范圍。

經過系統分析對比，采用硬件檢測的方法。

4 數據的傳輸

PLC控制器與焊點計數器之間的數據傳輸，以集控盒為樞紐，集控盒采用“巡檢”方式，對總線上的焊點計數器進行數據采集，然后把采集到的數據發送給PLC，以實現數據的傳輸和交換。

為了避免總線上某個焊點計數器出現故障造成夾具無法打開等，影響下一步工作，可采用數據校驗的方法，保證數據傳輸的正確性，當數據傳輸出現錯誤，則將出錯的數據重新傳輸，當重新傳輸的次數達到某一設定值后，數據傳輸仍然錯誤，那么就可以認為這個焊點計數器的焊點數達到了設定值，避免了焊點計數器一旦出現故障，整個夾具都無法打開，無法進行下一步工作的情況。

5 控制機制

不采取一定的控制方法，單純對焊點進行計數，無法起到防止漏焊的作用，單純地對焊點進行計數，計數值未達到設定值時，無法阻止操作者進行下一個工件的焊接，即使采用提示或者報警的方式告知操作者焊點數未達到設定值，依然無法阻止操作者進行下一個工件焊接，因為操作者可以不去理會這些提示或者報警，而且焊接車間聲音嘈雜，很難做到讓操作者時刻注意焊機的狀態。

將實際焊點數達到焊點計數器的設定點數這一條件作為允許打開夾具的條件之一，即當實際焊點數達到焊點計數器設定值時允許打開夾具，否則操作者按下打開夾具按鈕時，夾具不打開并且給出焊點數未達到設定值的提醒，操作者需要把漏掉的焊點補上之后，才可以打開夾具。這一機制很好地解決了問題，既給操作者一個合理的操作方式，又能阻止漏焊。

焊點計數器面板上，要求能夠顯示設定焊點數、當前焊點數、故障代碼等信息，方便操作者查看，如圖3所示。當一臺夾具對應多臺焊機時，操作者通過查看焊點計數器的面板，很容易找到哪臺焊機的焊點數不夠，將漏掉的點焊接完成后，即可打開夾具，放入新的工件，按夾具閉合按鈕后，焊點計數器會接收到來自PLC的清零信號而清零，自動開始下一輪焊接計數。

6 系統布局

整個系統的布局要保證可靠、美觀、安全等。焊點計數器安裝可靠，觀看和操作方便，集控盒可以安裝在PLC控制柜內的適當位置，數據電纜采用優質屏蔽雙絞線，線徑在0.75 mm以上，屏蔽層單點接地以釋放干擾源，雙絞線要進行套管處理防止損壞。如果總線長度太長（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 焊點計數器面板

圖4 焊點計數系統的布局

7 結論

焊點計數系統能夠解決漏焊問題，給焊接過程的控制帶來很大幫助，目前重慶長安鈴木有限公司的新生產線已經采用焊點計數系統，運行良好，收到了預期效果。

[1]胡德安，張偉，陳益平.基于CAN總線的車身點焊監控系統設計[J].制造業自動化，2011，33（7）：77-80.

[2]梅冬勝，張忠典，李冬青，等.焊裝車間生產過程監控系統及其信息分析[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，學士，工程師，主要從事焊接生產線工藝布局規劃與設計、焊接設備維護與保養等工作。