CN108608101B - 一种单面点焊设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单面点焊设备，包括：限位壳体，其内部具有空腔，用于限定焊接板高度；压力系统，其一端连接在所述限位壳体内部；焊接机构，其一端与所述压力系统的另一端连接；以及焊接平台，用于放置焊接工件；支撑底座，其通过升降杆与所述焊接平台连接，用于调整所述焊接平台高度；加热系统，其设置在所述焊接平台内部，用于调整焊接工件温度。能够提高焊接板质量，提高焊接效率和焊接精度。本发明还提供一种单面点焊设备的控制方法。

Description

一种单面点焊设备的控制方法

技术领域

本发明涉及一种单面点焊设备的控制方法，属于焊接领域。

背景技术

电阻焊，是指利用电流通过焊件及接触处产生的电阻热作为热源将想件局部加热，同时加压进行焊接的方法。焊接时，不需要填充金属，生产率高，焊件变形小，容易实现自动化。电阻焊利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。

在对车身等汽车零件进行焊接时，一直以来使用电阻点焊，其中主要以双面点焊为主，但是，随着工艺的发展，单面点焊也逐渐被应用和推广。

传统的单面点焊设备包括单面点焊机、焊枪和夹具。焊接时靠操作人员手持焊枪施加一定压为完成，此种方法的焊接压力不稳，焊接时间不好掌握，导致焊坑深度不好确定，影响焊接板的焊接质量，并且，现有的电阻焊接设备由于在使用时经常会加热到很高的温度，因此在使用一段时间后常常需要进行电极修磨，因此，需要一种装置能够调整和固定被焊接装置或焊接板的相对位置，并且不需要经常进行电极休磨，同时需要一种方法能够控制焊时间和焊接质量，提高焊接效率。

发明内容

本发明设计开发了一种单面点焊设备，通过加热装置对焊接工件进行加热，克服现有焊接装置需要经常进行电极修磨的问题。

本发明的另一发明目的，能够调节并限制焊接板的高度，实现焊接电极和焊接工件相对位置的精确调节。

本发明还设计开发了一种单面点焊设备的控制方法，通过BP神经网络对焊接电极头的运动速度和焊接时间进行控制，提高焊接工件质量和焊接效率。

本发明提供的技术方案为：

一种单面点焊设备，包括：

所述的单面点焊设备包括：

限位壳体，其内部具有空腔，用于限定焊接板高度；

压力系统，其一端连接在所述限位壳体内部；

焊接机构，其一端与所述压力系统的另一端连接；以及

焊接平台，用于放置焊接工件；

支撑底座，其通过升降杆与所述焊接平台连接，用于调整所述焊接平台高度；

加热系统，其设置在所述焊接平台内部，用于调整焊接工件温度；

其中，所述加热系统设置在所述焊接平台的上表面的内壁上，包括多个加热单元；

所述限位壳体具有开口，且内部具有空腔，用于容纳所述压力系统和所述焊接机构，并且所述开口的长度小于焊接板的长度；

所述焊接机构包括二合一焊接电极；

所述焊接平台上表面选用导热材料；

所述限位壳体、所述压力系统、所述焊接机构所述焊接平台以及所述支撑底座同轴设置；

所述支撑底座底部还连接有移动机构；

所述单面点焊设备的控制方法包括如下步骤：

步骤1、根据采样周期，采用传感器对压力系统的压力P、焊接工件温度T、焊接电极头与焊接工件的距离S、以及焊接槽的深度H进行获取；

步骤2、对参数进行归一化，并建立三层BP神经网络的输入层向量x＝{x₁,x₂,x₃,x₄}，其中，x₁为压力系数，x₂为温度系数，x₃为距离系数，x₄为深度系数；

步骤3、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,...,y_b}；b为中间层节点个数，其满足：

其中a为输入层节点个数，c为输出层节点个数；

步骤4、得到输出层向量o＝{o₁,o₂}，其中o₁为电极头下降速度调节系数，o₂为焊接时间调节系数；

步骤5、控制焊接电流和升降杆运动速度，使

V_(i+1)＝o₁ ⁱV_max；

M_(i+1)＝o₁ ⁱM_max；

其中，

分别为第i次采样周期的输出层参数，V_max为下降速度最大值，V_(i+1)为第i+1个采样周期时的焊接时间值，M_max为焊接时间最大值，H_(i+1)为第i+1个采样周期时所测量的焊接时间数值；

其中，所述焊接电极头与焊接工件的距离满足：

式中，f为修正系数，p为压力系统的工作压力，m为焊接电极的质量，h为焊接工件的厚度，a是电极头端面直径，σ为焊接工件的表面粗糙度系数，α为焊接工件的传热系数。

优选的是，所述步骤2中进行归一化的公式为

其中，

为归一化处理的输入参数，x_j为测量参数P、T、S、H，j＝1,2,3,4；x_jmax、x_jmin分别为相应测量参数中的最大测量值和最小测量值，采用S型函数。

本发明所述的有益效果：通过加热装置对焊接工件进行加热，能够克服现有焊接设备在使用过程中需要经常进行电极休磨的问题；采用单面点焊设备对焊接板进行焊接，能够实现焊接板位置及时调整，通过采用限位壳体，对焊接板上升的最高位置进行限定，使焊接过程稳定，提高焊接精度和焊接效率。通过采用BP神经网络焊接时间和焊坑深度进行控制，提高焊接板的焊接质量和焊接效率以及焊接精度。采用单面点焊设备结构简单，可操作性强。

附图说明

图1为本发明所述的单面点焊设备的结构示意图。

图2为本发明所述的单面点焊设备的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供一种单面点焊设备，包括：压力系统110，限位壳体120，焊接电极130，移动机构140，加热单元150，焊接平台160，升降杆170以及支撑底座180。

限位壳体120设置在焊接装置的上部，限位壳体120内部具有空腔，同时还具有开口，用于容纳压力系统110和焊接机构；压力系统130设置在限位壳体140的内部，固定在压力系统110顶部的内壁上，压力系统130与焊接电极头130相连通。限位壳体120的两侧连接有限位板，用于限定焊接板的高度。

在本发明中，作为一种优选，焊接电极选用二合一焊接电极。

焊接平台160用于放置焊接工件，焊接平台下部连接有升降装置，用于调整焊接平台160的高度，进而调整焊接工件的焊接位置。升降装置包括多个升降杆170和支撑底座180，其中升降杆170的一端固定在支撑底座180上，另一端与焊接平台160的底部相抵靠，驱动焊接平台160升降。

在本发明中，作为一种优选，选用四个升降杆。

在焊接平台160内部的上壁面上，固定连接多个加热单元150，用于在焊接过程中通过焊接平台160的上表面对焊接工件进行加热。

在本发明中，作为一种优选，焊接平台160上表面选用导热材料。

焊接时，将焊接工件放置在焊接平台160上，启动控制系统，调整升降装置的高度，调节焊接电极头与焊接工件之间的距离，调整压力系统110的压力，使焊接电极头130作用在焊接工件上进行预压，通过控制系统测量焊接工件的温度，当达到设定的焊接温度时，启动焊接电极头130进行冲压，对焊接工件进行焊接。

在另一实施例中，焊接电极的端面直径为5mm。

本发明还提供了一种单面点焊设备的控制方法，通过BP神经网络对单面点焊设备的焊接电极下降速度和焊接时间进行控制，提高了焊接质量和焊接效率。

同时基于焊接过程中压力系统的工作压力、焊接电极头端面直径等参数得到焊接电极头与焊接工件的距离的经验公式满足：

其中，p为压力系统的工作压力，单位为Pa，m为焊接电极的质量，单位为Kg，h为焊接工件的厚度，单位为mm，a是电极头端面直径，单位为mm，σ为焊接工件的表面粗糙度系数，α为焊接工件的传热系数，f为修正系数。

步骤S210、建立BP神经网络模型：

构建三层BP神经网络，其中第一层为输入层，有a个节点，表示导流罩的控制装置在工作时的n个检测信号。第二层为隐层，共b个节点，由神经网络的训练过程以自适应的方式确定。第三层为输出层，共c个节点，根据导流罩的控制装置的实际输出的响应确定；

因此，本神经网络的数学模型为：

输入向量：x＝(x₁,x₂,...,x_a)^T；

中间层向量：y＝(y₁,y₂,...,y_b)^T；

输出向量：O＝(o₁,o₂,...,o_c)^T；

本发明中，输入层节点数a＝4，输出层节点数为c＝2，中间层节点b通过估算

按照采样周期，采用传感器对压力系统的压力P、焊接工件温度T、焊接电极头与焊接工件的距离S、以及焊接槽的深度H进行获取；

输入层的四个参数分别表示为x₁为压力系，x₂为数温度系数，x₃距离系数，x₄为深度系数；

由于输入层的各个参数的量纲不同，因此，需要对输入层的各参数进行归一化处理，得到0-1之间的参数。

归一化的公式为

其中，

为归一化处理的输入参数，x_j为测量参数P、T、S和H，j＝1,2,3,4；x_jmax、x_jmin分别为相应测量参数中的最大测量值和最小测量值，采用S型函数；

具体而言，对于压力系统的压力P，进行归一化后，得到压力系数x₁：

其中，P_min和P_max分别为压力系统的最小值和最大值。

同样的，对于焊接工件温度T，进行归一化后，得到温度系数x₂：

其中，T_min和T_max分别为焊接工件温度的最小值和最大值；

同样的，对焊接电极头与焊接工件的距离S，进行归一化后，得到距离系数x₃：

其中，S_min和S_max分别为焊接电极头与焊接工件的距离的最小值和最大值。

同样的，对于焊接槽的深度H，进行归一化后，得到深度系数x₄：

其中，H_min和H_max分别为焊接槽深度的最小值和最大值。

得到输出层向量o＝{o₁,o₂}，其中o₁为速度调节系数，o₂为时间调节系数。

速度调节系数o₁表示为下一个采样周期中电极头下降的速度与电极头下降速度最大值之比，即在第i个采样周期中，采集到的电极头下降速度为V_i，通过BP神经网络输出第i个采样周期的速度调节系数

后，控制第i+1个采样周期中电极头下降速度为V_i+1，使其满足

V_(i+1)＝o₁ ⁱV_max；

其中，V_max为电极头下降速度最大值。

时间调节系数o₂表示为下一个采样周期中焊接时间与焊接时间最大值之比，即在第i个采样周期中，采集到的焊接时间为M_i，通过BP神经网络输出第i个采样周期的速度调节系数

后，控制第i+1个采样周期中焊接时间M_i+1，使其满足

M_(i+1)＝o₁ ⁱM_max；

其中，M_max为焊接时间最大值。

步骤S220、进行BP神经网络训练

根据历史经验数据获取训练的样本，并给定输入节点i和隐含层节点j之间的连接权值W_ij，隐层节点j和输出层节点k之间的连接权值W_jk，隐层节点j的阈值θ_j，输出层节点k的阈值θ_k、W_ij、W_jk、θ_j、θ_k均为-1到1之间的随机数。

在训练过程中，不断修正W_ij、W_jk的值，直至系统误差小于等于期望误差时，完成神经网络的训练过程。

如表1所示，给定了一组训练样本以及训练过程中各节点的值。

步骤S230、采集焊接装置的运行信号输入到神经网络中得到输出信号，并对焊接装置的焊接电极下降速度和焊接时间进行控制；

训练好的人工神经网络固化在控制器芯片之中，使硬件电路具备预测和智能决策功能，从而形成智能硬件。智能硬件加电启动后同时，检测压力系统的压力P、焊接工件温度T、焊接电极头与焊接工件的距离S、以及焊接槽的深度H，将上述参数进行归一化处理，得到BP神经网络的初始输入向量

通过BP神经网络的运算得到初始输出向量

步骤S240、得到初始输出向量

后，即可进行调控，调节焊接电极下降速度和焊接时间，使下一个周期的焊接电极下降速度和焊接时间为：

V_(i+1)＝o₁ ⁱV_max；

M_(i+1)＝o₁ ⁱM_max；

初始值为

V_(i+1)＝0.3ⁱV_max；

M_(i+1)＝0.4M_max

其中，

分别为第i个采样周期输出层向量的两个参数，V_max为下降速度最大值，M_max为焊接时间最大值，V_(i+1)为第i+1个采样周期时的电极头下降速度，M_(i+1)为第i+1个采样周期时所测量的焊接时间。

通过上述设置，单面点焊设备的控制方法通过BP神经网络算法对焊接电极下降速度和焊接时间进行控制，使焊槽质量更加精准，焊接过程更加稳定，提高焊接效率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种单面点焊设备的控制方法，其特征在于，

所述的单面点焊设备包括：

限位壳体，其内部具有空腔，用于限定焊接板高度；

压力系统，其一端连接在所述限位壳体内部；

焊接机构，其一端与所述压力系统的另一端连接；以及

焊接平台，用于放置焊接工件；

支撑底座，其通过升降杆与所述焊接平台连接，用于调整所述焊接平台高度；

加热系统，其设置在所述焊接平台内部，用于调整焊接工件温度；

其中，所述加热系统设置在所述焊接平台的上表面的内壁上，包括多个加热单元；

所述限位壳体具有开口，且内部具有空腔，用于容纳所述压力系统和所述焊接机构，并且所述开口的长度小于焊接板的长度；

所述焊接机构包括二合一焊接电极；

所述焊接平台上表面选用导热材料；

所述限位壳体、所述压力系统、所述焊接机构、所述焊接平台以及所述支撑底座同轴设置；

所述支撑底座底部还连接有移动机构；

所述单面点焊设备的控制方法包括如下步骤：

步骤1、根据采样周期，采用传感器对压力系统的压力P、焊接工件温度T、焊接电极头与焊接工件的距离S、以及焊接槽的深度H进行获取；

步骤2、对参数进行归一化，并建立三层BP神经网络的输入层向量x＝{x₁,x₂,x₃,x₄}，其中，x₁为压力系数，x₂为温度系数，x₃为距离系数，x₄为深度系数；

步骤3、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y₁,y₂,...,y_b}；b为中间层节点个数，其满足：

其中a为输入层节点个数，c为输出层节点个数；

步骤4、得到输出层向量o＝{o₁,o₂}，其中o₁为电极头下降速度调节系数，o₂为焊接时间调节系数；

步骤5、控制焊接电流和升降杆运动速度，使

V_(i+1)＝o₁ ⁱV_max；

M_(i+1)＝o₁ ⁱM_max；

其中，

分别为第i次采样周期的输出层参数，V_max为下降速度最大值，V_(i+1)为第i+1个采样周期时的焊接时间值，M_max为焊接时间最大值，H_(i+1)为第i+1个采样周期时所测量的焊接时间数值；

其中，所述焊接电极头与焊接工件的距离满足：

式中，f为修正系数，p为压力系统的工作压力，m为焊接电极的质量，h为焊接工件的厚度，a是电极头端面直径，σ为焊接工件的表面粗糙度系数，α为焊接工件的传热系数。

2.根据权利要求1所述的单面点焊设备的控制方法，其特征在于，所述步骤2中进行归一化的公式为

其中，

为归一化处理的输入参数，x_j为测量参数P、T、S、H，j＝1,2,3,4；x_jmax、x_jmin分别为相应测量参数中的最大测量值和最小测量值，采用S型函数。

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