橋車車身螺柱焊接過程的控制系統(tǒng)

0 序  言

汽車工業(yè)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上規(guī)模最大的工業(yè)，成為許多發(fā)達(dá)國家的支柱產(chǎn)業(yè)。特別是輕車生產(chǎn)做為其主要組成部分．越來越受到各個(gè)國家的重視。螺柱焊接是轎車車身焊裝中較為重要的環(huán)節(jié)．目前轎車車身多采用鍍鋅鋼板．其可焊性較差，而且焊后要求被焊件未焊部位的鍍鋅層不被破壞．保留防腐效果。普通螺柱焊接設(shè)備．由于波形不能調(diào)制．輸出熱量的控制精度較差，難以滿足上述要求。另外轎車的大批量和自動化生產(chǎn)還要求焊接設(shè)備能夠完成 自動送釘過程。因此需要設(shè)計(jì)一種新型的螺柱焊電源和時(shí)間控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)螺柱焊接過程的實(shí)耐控制和自動控制。本研究工作以波形控制的逆變式螺柱焊接電源為基礎(chǔ)．以8031單片機(jī)為核心建立了帶自動送料的拉弧式螺柱焊接過程控制系統(tǒng)。

1 逆變式波形控制螺柱焊接電源

普通螺柱焊機(jī)主電路多采用硅整流式、晶閘管整流式和電容儲能式．其輸出電流波形不能調(diào)制，焊接時(shí)間控制精度差，不能滿足轎車車身的焊接要求。采用焊接電流波形調(diào)幅工藝可以很好的解決轎車車身鍍鋅板焊接問題，即首先通過預(yù)焊電流燒掉鋅層，再用焊接電流進(jìn)行焊接．必要時(shí)輸出焊后回火電流?。微機(jī)控制逆變式螺柱焊接電源可以實(shí)現(xiàn)焊接電流波形調(diào)制。主電路采用逆變頻率為20kHz 的雙 IGBT 單端正激式電路，如圖1所示。

2 螺柱焊接過程控制系統(tǒng)

2．1自動送料拉弧式螺柱焊機(jī)焊接過程分析

本焊機(jī)采用了自動送料的焊接設(shè)備，即焊接過程中除了螺柱焊機(jī)的焊接過程（即引弧，焊接）外還存在螺柱從送料機(jī)料斗經(jīng)送料軟管自動出現(xiàn)在焊槍槍頭的自動送釘過程。從所用的自動送料機(jī)出發(fā)，根據(jù)螺柱的運(yùn)動軌跡及控制開關(guān)的動作特點(diǎn)，本文將螺柱的自動焊接分為以下四個(gè)過程：螺柱的輸送(由送料機(jī)經(jīng)送料軟管到達(dá)焊槍的過程)；螺柱的填入(自動出現(xiàn)于焊槍頭部的過程)；螺柱的提升；螺柱的下落。

2．2 設(shè)計(jì)任務(wù)

由上所述，本系統(tǒng)應(yīng)該完成下述幾個(gè)功能：

（1）完成2．1 中所述自動焊接的四個(gè)過程。

（2）實(shí)現(xiàn)2．1 中焊接過程中焊接時(shí)間和螺柱動作時(shí)間的精確控制。

（3）實(shí)現(xiàn)時(shí)間參數(shù)的鍵盤輸入和錯(cuò)誤信息的屏幕顯示。

2．3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

從設(shè)計(jì)任務(wù)出發(fā)，建立了以8031 單片機(jī)為核心的微機(jī)控制系統(tǒng)，其原理框圖如圖 3所示。

2 ．3．1 8031最小系統(tǒng)

8031 單片機(jī)外接一片64KB 的程序存貯器和一片8KB 的數(shù)據(jù)存貯器，與外部時(shí)鐘電路一起構(gòu)成微機(jī)控制的最小系統(tǒng) J。本系統(tǒng)的定時(shí)器 T0采用定時(shí)器工作方式．以機(jī)器周期為時(shí)基進(jìn)行計(jì)時(shí)，以產(chǎn)生焊接過程的時(shí)序脈沖．實(shí)現(xiàn)焊接過程和焊接規(guī)范之間的匹配。本系統(tǒng)與鍵盤一顯示(KIS)系統(tǒng)間采用串行通訊方式，實(shí)現(xiàn)了焊接參數(shù)的設(shè)定、顯示及故障信息的提示。

2 ．3．2 擴(kuò)展接口電路

僅依靠 8031 單片機(jī)系統(tǒng)接口不能滿足實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備直接控制的需要。通過外擴(kuò)一片可編程控制器8155芯片，豐富了系統(tǒng)接口．可以滿足控制需要。

擴(kuò)展接口電路原理如圖4 所示。803t的 P2 I=1輸出AH 4 一AH7，經(jīng)過 74154 芯片譯碼，作為8155芯片的選 通信號。8155 芯片的三個(gè)并行 W o 口被編程初始化，PA 口為輸入口，接收外設(shè)信息，PB、PC 口為輸出口，對外設(shè)進(jìn)行控制。

2．3．3 外部設(shè)備控制電路

本焊機(jī)外部設(shè)備包括自動送料機(jī)和焊槍，對螺柱焊接的過程控制主要是對焊槍提升電磁鐵和送料機(jī)電磁氣閥的控制。利用開關(guān)量來控制其通斷從而實(shí)現(xiàn)螺柱焊接的四個(gè)過程。外設(shè)控制電路由焊槍選 通電路，焊槍提升電磁鐵控制電路及電磁氣閥控制電路等組成。

2．4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的操作程序由主程序，中斷服務(wù)程序，故障處理程序，自動送料和焊接時(shí)序輸出程序及若干功能程序組成，程序固化在 EPRO M中。

2．4．1 主程序功能

主程序流程圖如圖4 所示。在主程序中包括系統(tǒng)及接口芯片的初始化程序段，與鍵盤一顯示系統(tǒng)通訊傳輸規(guī)范參數(shù)程序段、自動送料和焊接時(shí)序輸出程序段等。其工作過程如下：

系統(tǒng)上電復(fù)位后，進(jìn)入初始化階段。此時(shí)系統(tǒng)中斷源及接口被初始化。自動送料時(shí)序輸出程序結(jié)束后．螺柱自動出現(xiàn)在焊槍頭部。由系統(tǒng)檢查外部設(shè)備狀態(tài) 確認(rèn)外設(shè)狀態(tài)正常后，進(jìn)入焊接過程時(shí)序輸出階段．進(jìn)行焊接。從而實(shí)現(xiàn)螺柱焊接的四個(gè)過程。焊接結(jié)束后若需要調(diào)整參數(shù)，則要再霞新設(shè)定后才能進(jìn)入下一個(gè)焊接循環(huán)。

2．4．2 中斷服務(wù)程序功能

（1）對主電路微機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部脈沖即機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)．從而實(shí)現(xiàn)焊接過程與焊接電流電壓的匹配。

（2）故障處理操作，確保焊機(jī)工作穩(wěn)定性。

2．4．3 故障處理程序功能

若外設(shè)狀態(tài)不正常，焊槍選通電路和開關(guān)斷開．使焊接無法進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)對整機(jī)的保護(hù)。同時(shí)將相應(yīng)故障代碼傳送至鍵盤一顯示系統(tǒng)，使其顯示故障來源。為焊機(jī)維修和排除故障提供了方便。

2．5 抗干擾措施

2 ．5 ．1 硬件抗干擾措施

信號長線傳輸時(shí)采用屏蔽線和光耦，抑制了由于過程通道傳輸所引起的干擾。電源系統(tǒng)采用獨(dú)立電源的方法來實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的完全分離。從而抑制了系統(tǒng)由于網(wǎng)壓波動等所引起干擾的串入。另外．控制板上各芯片均接去耦電容，抑制系統(tǒng)內(nèi)部干擾。

2 ．5．2 軟件抗干擾措施

系統(tǒng)在每次焊接操作前，都對外設(shè)進(jìn)行自檢，如有異常，系統(tǒng) 自動復(fù)位，封鎖主電路保證系統(tǒng)不受摜壞。

系統(tǒng)以外部定時(shí)器為高級中斷．對電源進(jìn)行檢測，如有較大波動，便產(chǎn)生外部中斷，使系統(tǒng)復(fù)位，同時(shí)達(dá)到封鎖主電路的目的。

3 試驗(yàn)結(jié)果

本系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)是：

螺柱的輸送時(shí)間：100±5ms；螺柱的填入時(shí)間：20 ±2m s；預(yù)焊時(shí)間：30一lOOm s；焊接時(shí)間：30一lOOms；螺柱的提升時(shí)間：10m s；螺柱的下落時(shí)間：12±0．5m s，這些時(shí)間參數(shù)需要和主電路控制系統(tǒng)中預(yù)焊電流時(shí)間、焊接電流時(shí)間相匹配，控制精度為0- - 4m s。試驗(yàn)以¨螺柱為例，實(shí)測手動焊槍焊接電流電弧電壓及時(shí)間參數(shù)見表 l。

試驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了對螺柱焊接過程自動控制，并且達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)  論

（1）逆變波式形控制螺柱焊機(jī)提供的輸出電流波形可以滿足轎車車身鍍鋅鋼板的螺柱焊接。

（2）對帶自動送料的螺柱焊機(jī)自動焊接過程的分析是正確的，焊接時(shí)間的精確控制保證了焊接質(zhì)量。

（3）以8031 為核心的螺桂焊過程控制系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了對螺柱自動焊接過程的控制，為搭載機(jī)器人焊接提供了廣闊的前景。