CN107790862A - 火花塞侧电极焊接熔化量控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于火花塞侧电极焊接技术领域，公开一种火花塞侧电极焊接熔化量控制方法及实现该方法的控制系统。通过在信号控制装置中设置焊前压力、焊接压力和焊后压力各压力阈值或值，通过压力感应装置对焊接过程压力的即时采集和反馈，信号控制装置对接收的压力信号进行即时比较和计算，灵活控制焊接前、中、后三个阶段的焊接压力，由这些焊接压力来决定火花塞侧电极的焊接熔化量，同时通过设置位移测量装置、侧电极焊后长度测量装置及其分别与信号控制装置的信号连接，整体形成对焊接熔化量进行有效监控的半闭环结构，一方面能防止不良品流出，另一方面能起到对设备或参数的修正提示作用和指导，可实时监控产品质量，同时提高生产效率。

Description

火花塞侧电极焊接熔化量控制方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及火花塞侧电极焊接技术领域，具体地，涉及一种火花塞侧电极焊接熔化量控制方法及其控制系统。

背景技术

现有技术的火花塞侧电极焊接时其碰焊压力控制以机械加弹簧、气压和油压等方式为主，这些控制方法的共同特点是：焊接前后压力持续处于或接近恒定状态且不具备焊接熔化量监控功能，因此不能较好满足某些特殊工件对焊接要求更高的需求，无法对焊接处熔化量进行有效监控。

此外现有的火花塞侧电极焊接时，其焊接熔化的多少只能凭焊接控制器参数和压力来控制，然而众所周知，焊接工件的尺寸可能会存在误差、焊接环境的温度和湿度也在不同时段存在或多或少的差异，同时电源的波动也可能对焊接过程产生影响，因此仅有焊接熔化量相关参数的输入而无有效监控实际焊接熔化量的输出将很大程度上导致火花塞侧电极焊接不良，甚至有可能造成产品批量报废，增大企业的质量成本。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种能对火花塞侧电极的焊接熔化量进行有效监控、同时又能对实际焊接熔化量进行测量验证，并可对以上两个熔化量进行比较分析的焊接熔化量控制方法及其控制系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种火花塞侧电极焊接熔化量控制方法，包括焊接电极，包括以下步骤：

a.记录焊前位移数值：当焊接电极带动产品与侧电极接触时，通过焊接电极对产品施加压力，使产品与侧电极之间产生焊前压力，记录此时产品的位移数值；

b.记录焊后位移数值：在焊接电极对产品与侧电极完成焊接操作后且仍与侧电极接触时，保持焊接电极对产品施加的焊接压力，记录此时产品的位移数值；

c.数据计算处理：计算焊前位移数值与焊后位移数值之差，并将该差值转换为焊接熔化量值；

d.焊接熔化量验证：对火花塞的侧电极焊后长度进行机械测量，得出对比熔化量值；

e.数据比较分析和反馈：设定焊接熔化量数据比较的差值阈值，将焊接熔化量值与对比熔化量值进行比较，当比较结果超出设定的阈值范围，则发出警报，要求操作者对相关焊接参数作出调整或对焊接控制器进行检查或对产品、侧电极材料进行检查确认等。

进一步地，步骤b中焊接压力的保持时间为0.2～2秒。

本发明同时提供一种火花塞侧电极焊接熔化量控制系统，包括焊接机台和焊接电极，焊接机台上设有动力元件、信号控制装置、传动机构、压力感应装置，所述传动机构一端与动力元件相接、另一端与焊接电极相连，动力元件为传动机构提供位移动力，所述压力感应装置安装于传动机构中，压力感应装置可测量焊接电极的焊接压力，并将焊接压力反馈至信号控制装置，所述信号控制装置与动力元件信号连接。

还包括用于检测、记录和反馈焊接电极所带动产品的实时位移的位移测量装置，所述位移测量装置与信号控制装置信号连接.

还包括侧电极焊后长度测量装置，焊接完成后的火花塞可被运送或手动移送至侧电极焊后长度测量装置处测量侧电极焊后长度，侧电极焊后长度测量装置与信号控制装置信号连接。

所述信号控制装置上连接有人机交互终端。

进一步地，所述传动机构包括相互连接的传动丝杆和位移装置，所述传动丝杆与动力元件连接。

更进一步地，所述位移装置包括主动滑块和从动滑块，主动滑块与传动丝杆连接，从动滑块与焊接电极相接，主动滑块和从动滑块在动力元件的位移动力作用下作同轴直线运动。

再进一步地, 所述位移测量装置设于焊接机台上，位移测量装置包括数据记录端和与数据记录端连接的拉线，拉线另一端与从动滑块连接，从动滑块在移动过程中可带动拉线在数据记录端中进出，数据记录端可实时记录拉线的进出位移数值。

进一步地，所述压力感应装置通过缓冲件与主动滑块连接。

进一步地，所述动力元件为伺服电机,所述压力感应装置为压力传感器。

进一步地，所述侧电极焊后长度测量装置包括台架、设于台架上的位移读取机构、与位移读取机构相连的行程杆和与行程杆位置对应设置的滑动轴组件，所述滑动轴组件与台架连接，所述位移读取机构可将读取的侧电极焊后长度数值信息传送给信号控制装置。

进一步地，所述信号控制装置为可编程控制器，可编程控制器可对位移测量装置传送的实时焊接熔化量及侧电极焊后长度测量装置传送的信息进行计算、比较和分析，并可将分析结果通过人机交互终端传递给操作者,优选地所述可编程控制器为PLC装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)设置位移测量装置，通过该装置中的拉线与传动机构连接，传动机构带动焊接电极使产品与侧电极接触焊接，通过拉线在位移测量装置的进出位移，可实时得出火花塞侧电极的实际焊接熔化量；

2)侧电极焊后长度测量装置可及时对侧电极焊后长度进行测量验证；

3)位移测量装置、侧电极焊后长度测量装置分别与信号控制装置信号连接，信号控制装置可对焊接熔化量实际值与验证值进行对比分析，并将分析结果通过人机交互终端输出，其整体形成了对焊接熔化量进行有效监控的半闭环结构，一方面能防止不良品流出，另一方面能起到对设备或参数的修正提示作用和指导，可实时监控产品质量，同时提高生产效率；

4)本发明通过在信号控制装置中设置焊前压力、焊接压力和焊后压力各压力阈值或值，通过压力感应装置对焊接过程压力的即时采集、即时反馈，信号控制装置对接收的压力信号进行即时比较和计算，从而灵活控制焊接前、中、后三个阶段的焊接压力，由这些焊接压力来决定火花塞侧电极的焊接熔化量，可有效提高产品的焊接质量。

附图说明

图1为所述火花塞侧电极焊接熔化量控制系统的简要结构示意图；

图2为所述侧电极焊后长度测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

提供一种火花塞侧电极焊接熔化量控制方法，包括焊接电极，其包括以下步骤：

a.记录焊前位移数值：当焊接电极带动产品与侧电极接触时，通过焊接电极对产品施加压力，使产品与侧电极之间产生焊前压力，记录此时产品的位移数值；

b.记录焊后位移数值：在焊接电极对产品与侧电极完成焊接操作后且仍与侧电极接触时，保持焊接电极对产品施加的焊接压力，记录此时产品的位移数值；

c.数据计算处理：计算焊前位移数值与焊后位移数值之差，并将该差值转换为焊接熔化量值；

d.焊接熔化量验证：对火花塞的侧电极焊后长度进行机械测量，得出对比熔化量值；

e.数据比较分析和反馈：设定焊接熔化量数据比较的差值阈值，将焊接熔化量值与对比熔化量值进行比较，当比较结果超出设定的阈值范围，则发出警报，要求操作者对相关焊接参数作出调整或对焊接控制器进行检查或对产品、侧电极材料进行检查确认等。

具体地，火花塞侧电极的焊接熔化量由焊接压力和焊接控制器等参数控制，通过设置合适的焊前压力和焊接控制器等参数，可使被焊接件的两个焊接面产生很好的接触，提高焊接质量。

由焊前位移数值和焊后位移数值得出火花塞侧电极的实际焊接熔化量，同时通过对火花塞实物的侧电极焊后长度进行检测验证，以此验证值来判断焊接熔化量是否符合需求，以便做出相应焊接参数的修改或其它操作。

更具体地，焊接完成后，为保证焊接熔接点的紧密贴合冷却，往往需要对焊接压力保持一定时间，即本方法步骤b中的焊接压力需保持0.2～2秒的时间，此过程主要是让熔接面冷却定形，在焊接压力保持时间过程中，焊接电极可能仍会产生微小位移。

实施例2

提供一种实现上述火花塞侧电极焊接熔化量控制方法的系统，包括焊接机台10和焊接电极1，焊接机台10上设有动力元件2、信号控制装置3、传动机构、压力感应装置4，传动机构一端与动力元件2相接、另一端与焊接电极1相连，动力元件2为传动机构提供位移动力，压力感应装置4安装于传动机构中，压力感应装置4可测量焊接电极1的焊接压力，并将焊接压力反馈至信号控制装置3，信号控制装置3与动力元件2信号连接。

为实时掌握火花塞侧电极的实际焊接熔化量，本实施例的系统还包括设于焊接机台10上的位移测量装置，位移测量装置可选用市面上常见产品，位移测量装置包括数据记录端6和与数据记录端6连接的拉线7，拉线7另一端与传动机构连接，其中拉线7与传动机构平行设置，传动机构在移动过程中可带动拉线7在数据记录端6中进出，拉线7可为常见的线。

数据记录端6可实时记录拉线7的进出位移数值，数据记录端6与信号控制装置3信号连接并将各位移数值反馈至信号控制装置，信号控制装置3可将各位移数值进行转换和计算得出焊接熔化量值。

为使火花塞侧电极焊接熔化量得到及时的验证，同时也为保障每个产品的焊接熔化量得到有效监控和验证，本系统还设有侧电极焊后长度测量装置8，焊接完成后的火花塞可被运送至侧电极焊后长度测量装置8处测量侧电极焊后长度，侧电极焊后长度测量装置8与信号控制装置3信号连接，其可向信号控制装置3提供火花塞实物的侧电极焊接长度数值。

本实施例中为形成有效的焊接压力监控，在碰焊操作前，需在信号控制装置3中设定焊前压力、焊中压力和焊后压力，具体地，这三个压力值为不同值，以适应焊接各阶段的实际压力需要，保证碰焊质量。

动力元件2根据信号控制装置3给定的压力信号促使传动机构运动，焊接电极1在传动机构的带动下推动产品朝着被焊接件移动，直至产品与被焊接件接触，压力感应装置4可即时采集焊接电极1的焊接压力（即产品与被焊接件之间的焊接压力），信号控制装置3将压力感应装置4反馈的焊接压力进行计算与比较，并输出相应信号来控制动力元件2作出对应动作来改变焊接压力。

传动机构包括相互连接的传动丝杆51和位移装置，传动丝杆51与动力元件2连接。

动力元件2具体可选伺服电机、步进电机、无刷电机等，本实施例中选用伺服电机，伺服电机转子转速受输入信号控制时能快速反应，可使控制速度、位置精度非常准确，针对本系统而言，具有很大的动力优势。

传动丝杆51具体地将伺服电机的圆周旋转运动转换为位移装置的直线运动。

位移装置包括主动滑块52和从动滑块53，主动滑块52与传动丝杆51连接，从动滑块53与焊接电极1相接，主动滑块52和从动滑块53在伺服电机的位移动力作用下作同轴直线运动。

其中压力感应装置4通过缓冲件54与主动滑块52连接，缓冲件54为带有一定劲度系数的弹性材料件，从动滑块53与压力感应装置4相连。

具体地，当控制信号驱使主动滑块52直线运动时，主动滑块52通过缓冲件54和压力感应装置4推动或拉动从动滑块53运动，从动滑块53的运动速度等遵循缓冲件54的弹性特性，焊接电极1在从动滑块53的带动下推动产品作出与被焊接件接触或远离的动作，从而对被焊接件施加焊接压力。

拉线7为与传动机构中的从动滑块53连接，从动滑块53推动焊接电极1移动，因此拉线7在数据记录端6中的进出位移即可体现焊接电极1（或产品）的位移（即焊接熔化量）。

本实施例中缓冲件54为弹簧。

压力感应装置4可以简单地选用压力传感器，也可采用电机驱动丝杆加入扭矩传感器，这样通过换算丝杆扭矩也能实现焊接压力的测量，为简化整个控制系统，本实施例中优选采用压力传感器。

侧电极焊后长度测量装置8包括台架81、设于台架81上的位移读取机构82、与位移读取机构82相连的行程杆83和与行程杆位置对应设置的滑动轴组件84，滑动轴组件84与台架81连接。

当焊接完成后的火花塞被运送或手动移送至侧电极焊后长度测量装置8后，火花塞对该装置进行整体上顶（整体上顶机构上顶前壳的位移量为定值），火花塞侧电极推动滑动轴84上升，滑动轴84推动行程杆83，此时上方设置的位移读取机构82可实现侧电极焊后长度的测量。

侧电极的焊前长度与火花塞铁壳长度为定值，因此测得焊后整体的高度数据即可得出熔化量的值。

位移读取机构82可将读取的侧电极焊后长度数值信息等传送给信号控制装置3。

本实施例中信号控制装置3为PLC装置，一方面PLC装置可根据压力感应装置4采集到的焊接压力进行比较计算，并根据比较计算结果发出控制信号控制动力元件2调节主动滑块52的位移位置，从动滑块53随着主动滑块52作对应的位移，焊接电极1即带动产品使其与被焊接件之间产生焊接压力的变化。

另一方面PLC装置可对数据记录端6传送的实时焊接熔化量及侧电极焊后长度测量装置8传送的信息进行计算、比较和分析，并可将分析结果通过人机交互终端传递给操作者。

人机交互终端具体可为显示屏、语音播报设备等。

当然本发明的信号控制装置3并不局限于PLC，一般的编程控制系统均可满足使用要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火花塞侧电极焊接熔化量控制方法，包括焊接电极，其特征在于，包括以下步骤：

a.记录焊前位移数值：当焊接电极带动产品与侧电极接触时，对焊接电极施加压力，使焊接电极带动产品与侧电极之间产生焊前压力，记录此时焊接电极的位移数值；

b.记录焊后位移数值：在焊接电极对产品与侧电极完成焊接操作后且产品仍与侧电极接触时，保持焊接电极处施加的焊接压力，记录此时焊接电极的位移数值；

c.数据计算处理：计算焊前位移数值与焊后位移数值之差，并将该差值转换为焊接熔化量值；

d.焊接熔化量验证：对火花塞的侧电极焊后长度进行机械测量，得出对比熔化量值；

e.数据比较分析和反馈：设定焊接熔化量数据比较的差值阈值，将焊接熔化量值与对比熔化量值进行比较，当比较结果超出设定的阈值范围，则发出警报，要求操作者对相关焊接参数作出调整或对焊接控制器进行检查或对产品、侧电极材料进行检查确认。

2.根据权利要求1所述火花塞侧电极焊接熔化量控制方法，其特征在于，步骤b中焊接压力的保持时间为0.2～2秒。

3.一种火花塞侧电极焊接熔化量控制系统，其特征在于，包括焊接机台和焊接电极，焊接机台上设有动力元件、信号控制装置、传动机构、压力感应装置，所述传动机构一端与动力元件相接、另一端与焊接电极相连，动力元件为传动机构提供位移动力，所述压力感应装置安装于传动机构中，压力感应装置可测量焊接电极的焊接压力，并将焊接压力反馈至信号控制装置，所述信号控制装置与动力元件信号连接；

还包括用于检测、记录和反馈焊接电极实时位移的位移测量装置，所述位移测量装置与信号控制装置信号连接；

还包括侧电极焊后长度测量装置，焊接完成后的火花塞可被运送或手动移送至侧电极焊后长度测量装置处测量侧电极焊后长度，侧电极焊后长度测量装置与信号控制装置信号连接；

所述信号控制装置上连接有人机交互终端。

4.根据权利要求3所述火花塞侧电极焊接熔化量控制系统，其特征在于，所述传动机构包括相互连接的传动丝杆和位移装置，所述传动丝杆与动力元件连接。

5.根据权利要求4所述焊接熔化量控制系统，其特征在于，所述位移装置包括主动滑块和从动滑块，主动滑块与传动丝杆连接，从动滑块与焊接电极相接，主动滑块和从动滑块在动力元件的位移动力作用下作同轴直线运动。

6.根据权利要求5所述火花塞侧电极焊接熔化量控制系统，其特征在于，所述位移测量装置设于焊接机台上，位移测量装置包括数据记录端和与数据记录端连接的拉线，拉线另一端与从动滑块连接，从动滑块在移动过程中可带动拉线在数据记录端中进出，数据记录端可实时记录拉线的进出位移数值。

7.根据权利要求3所述焊接熔化量控制系统，其特征在于，所述侧电极焊后长度测量装置包括台架、设于台架上的位移读取机构、与位移读取机构相连的行程杆和与形成杆位置对应设置的滑动轴组件，所述滑动轴组件与台架连接，所述位移读取机构可将读取的侧电极焊后长度数值信息传送给信号控制装置。

8.根据权利要求5所述焊接熔化量控制系统，其特征在于，所述压力感应装置通过缓冲件与主动滑块连接。

9.根据权利要求3所述焊接熔化量控制系统，其特征在于，所述动力元件为伺服电机,所述压力感应装置为压力传感器。

10.根据权利要求3所述焊接熔化量控制系统，其特征在于，所述信号控制装置为可编程控制器，可编程控制器可对位移测量装置传送的实时焊接熔化量及侧电极焊后长度测量装置传送的信息进行计算、比较和分析，并可将分析结果通过人机交互终端传递给操作者。