点焊质量监控系统的设计

魏 雷

（山西大同大学机电工程学院，山西大同 037003）

电阻点焊是一种高效率的焊接方法，广泛应用于航空、航天、电子技术、仪器仪表、汽车制造及轻工等工业部门。与其他焊接方法相比，点焊因具有接头质量高、辅助工序少、无须添加焊接材料、生产效率高、便于实现自动化。由于点焊过程中各种影响质量的因素高度耦合，使得点焊质量一直为人们所关注。在实际生产中，为了保证点焊的质量，除了加强管理之外，通常采用质量监控和质量检测两种措施[1～5]，但不具备实时性，不能及时发现焊接缺陷，有缺陷的接头只能返修或报废，特别是大量利用电阻焊的场合，这样做会使生产效率变低，成本变高。

运用计算机信息技术，实现质量管理标准化，缩短故障响应时间，减少故障损失，提高质量管理水平，对提高企业的市场竞争力具有重要意义。发展一种在线点焊质量监控信息处理系统不仅在现实的生产中是非常有意义，同时也符合现代加工制造技术发展趋势。

1 硬件系统的搭建

电阻点焊质量监控系统由工控机、焊接控制系统、点焊机、信息采集系统等4 大硬件系统构成，实现对焊接工艺参数的设定及焊接过程中的动态信息采集和数据处理，见图1。

图1 电阻点焊质量监控硬件系统

2 软件系统的搭建

软件系统采用模块化的设计方法，分别由登录和用户管理功能模块、数据采集与处理功能模块、硬件设备系统模块、焊接工艺专家系统模块、点焊过程实时监测系统模块及点焊质量评判系统模块等6 大功能模块组成，采用VB6.0 实现了不同功能模块的集成。由于该系统面对的用户分别是工厂的工人、质量管理人员和软件系统的维护人员等，所以系统对不同的用户进行分类，并规范每一类用户信息的管理及规定其操作权限，见图2。工厂的工人，可以登录焊接专家系统、设备工作状态检测和诊断系统以及焊接质量诊断系统；工厂的车间技术员可以获得更大权限。

图2 电阻点焊质量在线监控系统

焊接专家模块可以根据输入被焊接材料的信息选择自动推荐合理的参数，并显示和下传给下位的焊机控制器对现场的焊机进行焊接参数的设定。数据采集模块是通过数据采集卡、信号调理适配卡和各种传感器对焊接过程的动态参数进行实时采集，接着通过工控机和数据处理软件对动态信息进行处理并保存，为焊机的运行监测和焊接质量的评定系统提供主要的参数。例如，通过监测水的流量大小确定供水系统是否良好；通过监测空压机的压力大小确定空压机的运行是否良好；通过监测电极的压力大小确定在焊接过程中是否存在喷溅现象等。焊接质量评价模块是对数据采集模块提取的主要特征参数进行综合评价，对生产中每一个焊点进行质量评价。如果焊接质量不符合设计要求，系统会通过报警系统进行报警处理，并将数据进行标红保存，以便技术员和质量管理人员检查。

3 数学算法建立

数学算法是这个软件系统能否实现对焊接质量监测的关键环节，本设计的算法是通过Matlab工具箱编制了焊接质量数学预测模型，建立了抗拉强度σb与焊接过程中的焊接电压U、焊接电流I和电压力P等参数的数学模型σb=f（U，I，P），把这些采集的参数作为模型的输入量，对每一个焊点的强度进行预测。

4 系统测试

为了验证搭建的系统的各个模块运行情况和整个系统运行稳定性，对系统进行了测试。结果表明，系统可以在焊接过程中能够准确和稳定的提取到焊接电压、焊接电流和电极压力等主要的参数，系统基本可以准确地预测焊接接头的质量。信息采集及处理结果，见图3。焊接Q235 钢系统对焊接质量的预测界面，见图4。

图3 信息采集及处理结果

图4 点焊焊接质量的评估

5 结论

（1）采用VB6.0 和模块化的设计方法，成功地设计了一套电阻点焊质量在线监控信息处理系统。

（2）实现了焊接过程的实时信息采集和数据处理功能，基本能够准确地预测焊接接头的质量，证明了用模块化设计方法开发电阻点焊质量在线监控信息处理系统是完全可行的。