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一种免参数设置的 电阻 点焊控制方法及系统

阅读：269发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种免参数设置的电阻点焊控制方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种免参数设置的电阻点焊控制方法，包括如下步骤：1)通过安装在焊钳前端的超声波装置实现对被焊工件的厚度测量，2)通过焊接控制器产生一个短时间的脉冲小电流，再通过测量流过电极端的电流及电压值，计算得到被焊工件的电阻值，通过对照焊接控制器内部的大数据系统，得到被焊工件的材质信息；3)根据得到的厚度信息和材质信息，从大数据系统中选择最优的焊接参数进行焊接。本发明可实现全自动焊接，无需任何参数设置；可实现焊接质量的在线实时无损评测；减少工人焊接过程中由于焊接参数选择错误而产生的报废件的数量，降低成本；缩短新车型的开发周期，加快新车型的上市时间。，下面是一种免参数设置的电阻点焊控制方法及系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种免参数设置的中频逆变电阻点焊系统，其特征在于：包括伺服加压焊钳系统和点焊控制系统，
所述伺服加压焊钳系统包括焊钳主体和其上安装的用于电极动作及压力控制的点焊伺服加压系统和用于被焊件的厚度测量及焊后熔核直径检测的超声系统，点焊伺服加压系统包括伺服加压控制器；
所述点焊控制系统包括中频逆变电阻焊控制器，中频逆变电阻焊控制器分别通过485通讯与超声系统及伺服加压控制器连接；中频逆变电阻焊控制器控制超声系统工作，超声系统通过超声脉冲反射原理可以获得被焊工件的厚度；中频逆变电阻焊控制器产生一个短时间的脉冲小电流，通过实测流过电极端的电流以及电压值，通过计算，可以获得工件的电阻值；
所述中频逆变电阻焊控制器连接有存储器、电流电压采集模块、PWM触发模块、各种接口，中频逆变电阻焊控制器通过485通讯实现与所述超声系统及伺服加压控制器的连接；
中频逆变电阻焊控制器采用STM32F4作为核心控制芯片，微控制器STM32F4上扩展一片X25045构成非易失数据存储器记忆用户程序参数；电流电压采集模块由传感器、信号放大和A/D转换器电路构成；PWM触发模块通过调节IGBT的占空比，控制焊接过程中的输入热量。
2.根据权利要求1所述的免参数设置的中频逆变电阻点焊系统，其特征在于：点焊伺服加压系统包括伺服加压控制器、驱动器、伺服电机、编码器、限位开关及加压连接机构，伺服电机通过联轴器来带动滚珠丝杠旋转，由丝杆螺母通过加压连接机构实现电极的进给量和进给速度，转矩决定了电极的位移。
3.根据权利要求1所述的免参数设置的中频逆变电阻点焊系统，其特征在于：所述伺服加压控制器采用Ti公司的数字信号处理器作为核心控制芯片，外围脉冲产生电路采用AM26LS31芯片；转矩控制电路采用数模转换芯片来产生模拟电压；通讯电路采用485通信电路；控制电路及输入电路采用光耦隔离。
4.根据权利要求1所述的免参数设置的中频逆变电阻点焊系统，其特征在于：点焊伺服加压系统的伺服加压过程为：初始阶段，控制伺服电机带动装有超声发射端与接收端的电极加速接近，在快要接触时，控制减速接近；随之进行一段时间的压力保持，之后慢速打开，最后，加速后退。
5.根据权利要求1所述的免参数设置的中频逆变电阻点焊系统，其特征在于：所述中频逆变电阻焊控制器上还连接有过程及状态指示器，中频逆变电阻焊控制器还通过光电耦合器扩展开关量输入电路，分别接至焊接启动按钮、冷却水压开关，参数设置选择开关。

说明书全文

一种免参数设置的电阻 点焊控制方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于中频逆变电阻点焊控制系统领域，尤其是涉及一种免参数设置的电阻点焊控制方法及系统。

背景技术

[0002] 电阻点焊技术被广泛应用在汽车白车身生产制造中。通常情况下，技术人员在拿到一个新的工件时，为保证焊接质量，通过对传统的电阻点焊过程的焊接三要素：电流，通电时间，压力进行的优化组合，以获得最优的焊接质量，在此过程中，要进行大量的工艺试验以及力学试验。同时，要对被焊件进行破坏性的检验，以便得到熔核直径等数据，这些都将耗费大量的人力物力。

[0003] 此外，为了赢得竞争激烈的市场，各大汽车制造厂推出的新车型类型越来越多、推出的时间间隔越来越短。同时，用户对车身质量的要求也越来越高，面对这种严酷的竞争及挑战，对于汽车制造工厂来说，必须采用各种创新的工艺技术才能取胜。在目前情况下，汽车制造厂商开始一台车的时间大约是2到4年，而在这期间白车身的焊接工艺研究会占用整个开发周期的很长一段时间，各大整车厂均急需一种方法或者装置可以满足这种需求。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明旨在提出一种免参数设置的电阻点焊控制方法及系统，以实现自动选择焊接参数来完成焊接过程。

[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0006] 一种免参数设置的电阻点焊控制方法，包括如下步骤：

[0007] 1)通过安装在焊钳前端的超声波装置实现对被焊工件的厚度测量，[0008] 2)通过焊接控制器产生一个短时间的脉冲小电流，再通过测量流过电极端的电流及电压值，计算得到被焊工件的电阻值，通过对照焊接控制器内部的大数据系统，得到被焊工件的材质信息；

[0009] 3)根据得到的厚度信息和材质信息，从大数据系统中选择最优的焊接参数进行焊接；

[0010] 其中，大数据系统预先存储有工件电阻值与材质的对应关系的数据库系统，材质信息结合厚度范围对应优选的参数的对照关系的数据库系统。

[0011] 进一步的，还包括步骤4)，焊接完成后，通过超声波装置对焊点熔核直径进行测量，从而对焊接质量做出评判。

[0012] 一种免参数设置的中频逆变电阻点焊系统，包括伺服加压焊钳系统和点焊控制系统，所述伺服加压焊钳系统包括焊钳主体和其上安装的用于电极动作及压力控制的点焊伺服加压系统和用于被焊件的厚度测量及焊后的熔核直径的检测超声系统，点焊伺服加压系统包括伺服加压控制器；所述点焊控制系统包括中频逆变电阻焊控制器，中频逆变电阻焊控制器通过485通讯连接所述超声系统及伺服加压控制器；中频逆变电阻焊控制器控制超声系统，通过超声检测，获得被焊工件的厚度；中频逆变电阻焊控制器产生一个短时间的脉冲小电流，通过实测流过电极端的电流以及电压值，通过计算，可以获得工件的电阻值。

[0013] 进一步的，点焊伺服加压系统包括伺服加压控制器、驱动器、伺服电机、编码器、限位开关及加压连接机构，伺服电机通过联轴器来带动滚珠丝杠旋转，由丝杆螺母通过加压连接机构实现电极的进给量和进给速度，转矩决定了电极的位移。

[0014] 进一步的，点焊伺服加压系统的伺服加压过程为：初始阶段，控制伺服电机带动装有超声发射端与接收端的电极加速接近，在快要接触时，控制减速接近；随之进行一段时间的压力保持，之后慢速打开，最后，加速后退。

[0015] 相对于现有技术，本发明方法和系统同时具有以下优势：

[0016] (1)全自动焊接，无需任何参数设置；

[0017] (2)可实现焊接质量的在线实时无损评测；

[0018] (3)可自动识别被焊件的材质(普通碳钢/高强钢)，和总厚度；

[0019] (4)减少工人焊接过程中由于焊接参数选择错误而产生的报废件的数量，降低成本；

[0020] (5)缩短新车型的开发周期，加快新车型的上市时间。附图说明

[0021] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0022] 图1为本发明实施例所述点焊伺服加压系统的整体框图；

[0023] 图2为本发明实施例所述伺服加压控制器的控制原理框图；

[0024] 图3为本发明实施例所述点焊伺服加压系统的伺服加压功能框图；

[0025] 图4为本发明实施例所述伺服加压焊钳系统的结构图；

[0026] 图5为本发明实施例所述点焊控制系统的整体框图；

[0027] 图6为本发明实施例所述电阻点焊系统的工作流程图。

[0028] 附图标记说明：

[0029] 1-安装支架，2-中频变压器，3-电极，4-伺服电机，5-驱动器，6-超声发生端，7-焊接臂，8-电极臂，9-主电极座，10-超声接收端。

具体实施方式

[0030] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0031] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0032] 本发明一种免参数设置的中频逆变电阻点焊系统，包括伺服加压焊钳系统和点焊控制系统，

[0033] 如图4所示，所述伺服加压焊钳系统包括焊钳主体和其上安装的中频变压器、点焊伺服加压系统、超声系统，所述焊钳主体包括安装支架1、焊接臂7、主电极座9和电极臂8，安装支架1的一端安装焊接臂7，焊接臂7的上侧两端分别安装电极臂8和主电极座9，所述安装支架1上面安装驱动主电极座9上电极的点焊伺服加压系统，主电极座9和电极臂8上的两个电极3后端分别安装超声系统的超生发生端6和超声接收端10。

[0034] 所述中频变压器将高压500V左右电压转为焊接用的低电压，大电流(10000A-18000A)；点焊伺服加压系统实现电极动作及压力的控制。所述超声系统由发射端和接收端组成，主要完成被焊件的厚度测量及焊后的熔核直径的检测；

[0035] 如图1所示，点焊伺服加压系统包括伺服加压控制器(也称运动控制器)、驱动器、伺服电机、编码器、限位开关及加压连接机构，

[0036] 伺服电机通过联轴器来带动滚珠丝杠旋转，由丝杆螺母通过加压连接机构实现电极的进给量和进给速度，转矩决定了电极的位移。通过控制伺服电机就可以控制电极的位移、速度以及压力。由于伺服电机高精度的控制特性，就保证了电极压力控制的高精度和高效率。

[0037] 如图2所示，所述伺服加压控制器采用Ti公司的数字信号处理器芯片作为核心控制芯片，外围脉冲产生电路采用AM26LS31芯片；转矩控制电路采用高精度专用数模转换芯片来产生模拟电压；通讯电路采用485通信电路；控制电路及输入电路采用光耦隔离。

[0038] 如图3所示，伺服加压的过程为：初始阶段，控制伺服电机带动装有超声发射端与接收端的电极加速接近，在快要接触时，控制减速接近。随之进行一段时间的压力保持，接下来，慢速打开，最后，加速后退。在加速接近与减速接近阶段，为位置控制阶段。在压力保持阶段为力控制阶段。在打开阶段以及加速打开阶段又切换为位置控制。

[0039] 如图5所述，点焊控制系统包括总控制器及与其信号连接的存储器、电流电压采集模块、PWM触发模块、各种接口，总控制器上控制连接所述超声系统及通过485通讯接口连接伺服加压控制器，实现伺服加压控制功能以及对超声系统的控制功能；

[0040] 所述点焊控制系统以STM32F4系列ARM Cortex-M4核微控制器为核心，本实施例的总控制器采用的是微控制器STM32F4，微控制器STM32F4上扩展一片X25045构成非易失数据存储器记忆用户程序参数，同时提供系统复位信号和看门狗定时器；电流电压采集模块由传感器、信号放大和A/D转换器等电路构成，进行初级电流、次级电流、电压的数据采集；PWM触发模块通过调节IGBT的占空比，控制焊接过程中的输入热量；

[0041] 中频逆变电阻焊控制器上还连接有过程及状态指示器，用于动态指示系统当前的工作状态和工艺过程；总控制器上还通过光电耦合器扩展开关量输入电路，分别接至焊接启动按钮、冷却水压开关，参数设置等选择开关。

[0042] 以STM32F4为核心控制芯片的焊接控制器控制超声系统启动超声发射装置，通过超声检测，可以获得工件的厚度。以STM32F4为核心控制芯片的焊接控制器产生一个1000A至2000A的电流，通过实测流过电极端的电流以及电压值，通过计算，可以获得工件的电阻值。

[0043] 如图6所示，上述免参数设置的中频逆变电阻点焊系统的工作过程为：

[0044] 首先、系统开始工作后，伺服加压控制器控制电极加速接近，在一定的压力下压紧工件；

[0045] 第二、以STM32F4为核心控制芯片的焊接控制器控制超声系统启动超声发射装置，通过超声检测，可以获得工件的厚度；

[0046] 第三、以STM32F4为核心控制芯片的焊接控制器产生一个1000A---2000A的电流，通过实测流过电极端的电流以及电压值，通过计算，可以获得工件的电阻值。通过此电阻值，对照系统内部的大数据系统，可以得到工件的材料特性(例如高强钢，普通碳钢等)；

[0047] 第四、系统自动从内部大数据中选择最优焊接参数进行焊接；

[0048] 第五、焊接完成后，超声系统对焊点熔核直径进行测量，并对焊接质量做出评判。

[0049] 第六、伺服加压控制器控制电极打开回位，等待下次焊接。

[0050] 其中，大数据系统预先存储了工件电阻值与材质的对应关系数据库系统，材质信息结合厚度范围对应优选的参数数据系统。

[0051] 本发明通过一套安装在焊钳前端的超声系统可以实现对被焊工件的厚度测量，主控制器可产生短时间的一个脉冲小电流，通过电流电压值可以获得被焊工件的电阻，通过对照控制器内部大数据系统，分辨被焊工件的材质。在此基础上，自动选择合适的焊接电流，焊接时间，以及焊接压力来完成焊接过程。焊接完成后，超声系统立刻测量熔核直径，对焊点质量进行在线实时检测。通过本系统，可以实现“无需设置，只需焊接”的目的。

[0052] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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