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应用于焊接工业中的焊点计数系统 |
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作者：奇瑞汽车股份有限公司轿车公司 胡鑫 |
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电阻点焊在汽车制造业中发挥着重要作用，在没有完全实现机器人自动化焊接时，需要大量的人工焊接，但是由于人工操作的随机性，漏点、漏焊现象时有发生。要解决这一问题，需要增加大量的品质人员对点焊的操作进行检查和巡查。为了改变这一现状，奇瑞汽车股份有限公司焊装车间的技术人员摸索出一种控制生产过程中漏电阻点焊的好方法——开发出适合白车身焊接的焊点计数系统。
焊点计数系统
1. 焊点计数系统的硬件设计
（1）硬件系统组成
焊点计数器的硬件主要由电源、信号采集、中央处理单元、显示、执行与网络拓扑结构等六个部分组成。信号采集部分采用光电藕合来分离电压，保护中央处理单元；中央处理单元采用MCS-51系列兼容的AT89S单片机，功耗低、可靠性高；在显示部分采用工业控制中常用的LED数码管做显示元件，性能可靠。
在此硬件的设计过程中，采用模块化的设计，充分利用现有的资源来实现我们想要的功能。这种模块化的设计，能把此焊点计数器更方便地推广到实际生产中。
（2）电源模块设计
计数器采用焊机中提供的24V交流电源供电，电源模块对其进行整流、滤波、稳压，使其为中央处理单元提供5V的稳压电源。图1为电源的电路图。
图1 电源的电路图
（3）系统主体部分（焊点计数器）的设计
焊点计数器主要由数据采集模块、中央处理单元（CPU）与执行部分组成。
a. 数据采集模块
数据采集模块由电流传感器与数据采集电路组成。在点焊操作过程中，焊机电缆会产生很大的电流，通过电流传感器检测这种电流的产生，来判断点焊的操作。通过信号采集电路将传感器的信号转化为数字信号，并传送给中央处理单元。
b. 中央处理单元
本系统采用工业中常用的Atmel公司的AT89S系统单片机，它有着抗干扰性强、功耗低、成本低等优点，更适合于生产现场的应用，并且它有着丰富的片上资源，为以后系统的升级提供了条件。
图2 信号采集电路
c. 执行模块
执行模块由驱动电路与执行元件组成。
点焊操作只有在焊机开关处于打开的状态下才能进行，通过对焊机的开关串联一个常闭开关，通过执行元件将单片机的信号进行放大，驱动常闭开关，使其断开，并且驱动蜂鸣器发声，实现系统的停机、报警功能。图3中的Header 2与加装在焊机上的常闭开关相连。
图3 执行模块的电路设计
（4）计数器组网通信功能的实现
本系统所用的单片机具有串行通信的功能，利用这一功能，可以方便地实现多机组网，为车间生产质量的控制与管理提供便利条件。
把所有焊点计数器进行组网，使所有信号汇总于中制室，中制室中通过显示面板，将现场所有的焊点计数信息显示于控制台。此系统还可以与工控机通过，通过上位机上运行的软件进行操作。如图4所示，车间中的焊点计数器按照区域被划分为多个组，每组一定数量的计数器通过中继器与中制室和工业计算机相连，进行数据通信。
图4 焊点计数系统的组网示意图
2. 焊点计数系统软件的设计
系统以Keil C作为软件开发平台，对系统进行程序开发与仿真。对软件的设计主要分为三个部分。
（1）数据采集
这部分的程序主要是实现焊点计数系统对本工位操作的学习，通过对点焊操作的在线学习，记录点焊操作的焊接时间、焊点个数及时间间隔等参数。操作者按面板上的学习按键后开始操作，计数系统即开始对其操作的数据参数进行采集，操作结束后按停止键停止学习。通过多次操作，对这些数据参数进行计算、优化，作为以后判断操作者操作的标准，并将这些结果存储在存储器中。
（2）计数器实现单机计数
在程序设计中我们采用了用时间与点数等参数来核对操作者的操作正确与否，这样，我们首先要解决的问题就是如何才能得知操作者是否开始操作，开始计时。在硬件的设计中，我们在夹具合适的位置加装接近开关，使在装件时即可触发系统的程序开始执行，开始计时，这样对其焊接的操作和装件的操作都可以进行监控。
在操作过程中进行计数，并且将过程中记录的数据与标准的数据进行比对，辨别操作者的操作，并执行相应的动作。
焊点计数系统在焊接工业中的应用
点焊在汽车工业中有着广泛的应用，因此，焊点计数系统也就有着广阔的应用前景。
1. 焊点计数器在点焊焊接操作过程中的应用
在使用时，将传感器与常闭开关安装于焊机，并且将其集成于一个接口，方便系统的安装，将系统的接口与其联接后即可正常工作。
操作者在焊接时，会触发脉冲信号。通过对脉冲信号的采集，单片机判断其操作的状态。如果操作者漏点或者其操作的时间大于标准的时间，那么系统则会停机报错，并且通过网络将错误信息发送至控制室。
2. 焊点计数器的组网
通过对焊点计数器的组网，更能发挥其自动检测的功用。
如果现场的计数器发生停机报警，那么控制台上就会把对应的工位和错误信息显示出来，与此同时，控制室的工作人员将信息反馈给工位所对应的现场工程师及质量管理人员，这样，现场工程师就会在第一时间知道自己员工所犯的错误，并且到现场的工位一同进行排查、指导。
此外，此系统还可以与计算机等上位机进行连接，通过软件对其数据进行分析，找出每个工位出现错误的概率。我们可以通过软件所提供的数据分析，对现场的工位进行分析，找出犯错的原因，对其进行改善，更有效地进行防错。
3. 焊点计数器的使用更有利于车间标准化等工作的推行
焊点计数器安装、调试之后，对操作者点焊操作的时间、焊点的个数都有很合理、明确的要求，而且对装件等生产辅助时间也有很严格的要求。这样，在操作的过程中，操作者就不会随便中止自己的操作，方便了车间产品质量等方面的管理。
在焊接过程中，如何控制质量是焊接生产质量管理的一个难题。由于点焊操作过程中发生质量问题的随机性很大，因此在过程中发现质量问题就变得尤为困难。如果把计数器融入到点焊的操作过程中，就会把问题变得简单。在操作者操作的过程中记录他点焊时间与焊点的个数，判断他的操作是否正确，如果发现有异常操作，马上对其操作进行报错，在过程中对质量进行控制。这也改变了以往在生产线上要设立多个检验点来检查是否有漏焊接焊点的现状，更多地在生产过程中控制质量。节约了车间质量控制成本，提高了车间质量管理水平。
4. 其他方面的应用
此种计数系统不仅适用于点焊，通过更改系统的传感器，同样，传感器也可以检测出螺柱焊机所焊螺柱的数量，所以经过改进之后，系统也可以适用于螺柱焊机。此种计数系统采用的是模块化设计，我们完全可以把其集成于焊机，应用焊机自身的资源，实现系统的功能。这样，就丰富了焊机的功能，使焊机具有质量控制的功能，提高整个汽车工业的焊接质量。
图5 系统的工作流程
结语
目前，焊点计数器已经在奇瑞汽车股份有限公司焊装车间得到广泛的应用，在实际生产中发挥着重要作用。
焊点计数系统的应用从根本上解决了电阻点焊焊接漏点的问题，提高了过程控制能力，为控制白车身强度提供了有力保障，并且改变了以增加检验员数量来提高质量的现状，节约了人工成本。同时，本系统不仅适用于对现有的焊机进行改造，而且还可以将其核心功能集成于焊机，推广十分方便，其未来必将在汽车工业中发挥重要作用。 (end)
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(10/9/2008) |
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