CN109048023A - 一种汽车电机定子引线焊接监控系统及其监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车电机定子引线焊接监控系统及其监控方法，包括检测装置、控制装置、控制面板、记录装置和报警装置，检测装置包括用于监测焊接电极上下位移的光栅尺和用于测量焊接时间的定时器；控制装置包括中央处理器、通讯模块和信号卡，通讯模块、信号卡和检测装置均与中央处理器电连接；记录装置与控制装置电连接，记录装置包括用于记录电极之间压力的压力检测器和用于记录电流大小与放电时间的电源监控器。本发明的有益效果为：通过光栅尺以端子厚度为主控制对象，焊接时间为辅助控制对象使端子厚度误差减少了两个数量级，提高了端子焊接质量，便于给信息化系统软件采集数据，具备定时上传焊接数据的功能。
Description
技术领域
本发明涉及电机定子引线焊接领域，特别涉及一种汽车电机定子引线焊接监控系统及其监控方法。
背景技术
电机是新能源汽车的核心部件，电机中定子引线的焊接要求是精度高，强度高以及一致性高。现有技术中定子引线焊接常用的焊接设备是逆变交流电阻焊设备。
电阻焊在焊接强度上虽然能达到较高的要求，但是实际使用中还存在如下问题：一方面电阻焊一般以焊接时间为主控制变量，因此电极在焊接时随着焊接次数的增加，电极的温度会越来越大，该温度对焊接质量有不确定性影响将导致电机定子焊接质量不一致；另一方面随着企业生产智能化水平的提高，越来越多的用户需要对电机的焊接数据进行追溯，以便进行调研与分析，而现有的焊接监控系统无法在电机发生故障后追查该电机生产制造时的焊接情况。因此目前亟需一种汽车电机定子引线焊接监控系统及其监控方法用以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车电机定子引线焊接监控系统及其监控方法，以解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种汽车电机定子引线焊接监控系统，包括：
检测装置，检测装置包括用于监测焊接电极上下位移的光栅尺和用于测量焊接时间的定时器；
控制装置，控制装置包括中央处理器、通讯模块和信号卡，通讯模块、信号卡和检测装置均与中央处理器电连接；
控制面板，控制面板与中央处理器电连接；
记录装置，记录装置与控制装置电连接，记录装置包括用于记录电极之间压力的压力检测器和用于记录电流大小与放电时间的电源监控器；
报警装置，报警装置与中央处理器电连接，当焊接设备出现光栅尺未校准、焊接次数达到上限和急停状态时报警装置将断开电极的电源并发出警报。
在一些实施方式中，中央处理器为西门子1215C DC/DC/DC型号的处理器。
在一些实施方式中，压力检测器为XMT808压力数显表。
在一些实施方式中，记录装置还包括用于记录电机定子条形码的扫码枪。
一种汽车电机定子引线焊接监控方法，包括:
A校准光栅尺；
B在控制装置内输入焊接时允许的定子端子厚度L与焊接时间T；
C启动焊接设备，电机下行放电，同时定时器与光栅尺同步开始工作；
D通过定时器测量焊接时间t以及通过光栅尺实时监控端子厚度l；
E当l＝L或T＝t时，关闭电源使电极停止放电。
F记录装置记录焊接时电极之间压力、电流大小以及放电时间后通过电机定子条形码分类后通过信号卡上传数据。
在一些实施方式中，光栅尺通过PLC控制算法实现位移测量。
在一些实施方式中，PLC控制算法内包括有滤波算法。
在一些实施方式中，光栅尺校准包括：
气缸带动动电极上抬，将脉冲数清零；
气缸下压，获取脉冲数S1；
并存储到保持数据区；
气缸上抬，完成校准，并同时进行错误监控。
在一些实施方式中，端子厚度l的实时计算公式为：
l＝(S2-S1)·A；
S1为光栅尺校准中所获得的脉冲数；
S2为焊接过程中中央处理器高速捕捉记录光栅尺的脉冲数；
A为脉冲当量，根据光栅尺的精度设置。
本发明的有益效果为：该汽车电机定子引线焊接监控系统及其监控方法通过光栅尺以端子厚度为主控制对象，焊接时间为辅助控制对象使端子厚度误差减少了两个数量级，提高了端子焊接质量，使得焊接后端子厚度达到高度一致性。同时记录装置记录焊接时电极之间压力、电流大小以及放电时间后通过电机定子条形码分类后通过信号卡上传数据。便于给信息化系统软件采集数据，具备定时上传焊接数据的功能，以解决智能生产信息化系统生产管理的需求。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的一种汽车电机定子引线焊接监控方法的步骤示意图；
图2为本发明一种实施方式的一种汽车电机定子引线焊接监控系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1和2对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，一种汽车电机定子引线焊接监控系统，包括：
检测装置，检测装置包括用于监测焊接电极上下位移的光栅尺5和用于测量焊接时间的定时器4。通过定时器4可测量焊接时间t以及通过光栅尺5可实时监控端子厚度l。当l＝L或T＝t时，检测装置向控制装置发送断开电源信号。
控制装置，控制装置包括中央处理器1、通讯模块2和信号卡3，通讯模块2、信号卡3和检测装置均与中央处理器1电连接；当l＝L或T＝t时，控制装置可关闭电源使电极停止放电。
控制面板9，控制面板9与中央处理器1电连接。在通过控制面板9可向控制装置内输入引线焊接时允许的定子端子厚度L与焊接时间T。
记录装置8，记录装置8与控制装置电连接，记录装置8包括用于记录电极之间压力的压力检测器和用于记录电流大小与放电时间的电源监控器；在一些实施方式中，记录装置8还包括用于记录电机定子条形码的扫码枪7。扫码枪7采用Honeywell Xenon1900，支持RS232串口通讯。扫描枪主要设置参数为：RS232Modifiers。其中包括：RS232Baud Rate；RS232World Length:Data Bits,Stop Bits,and Parity等。这些基本参数设置完成后，另外两个重要参数为：Prefix Selections和Suffix Seletions，以此确保正确采集条形码中的信息。
报警装置6，报警装置6与中央处理器1电连接，当焊接设备出现光栅尺5未校准、焊接次数达到上限和急停状态时报警装置6将断开电极的电源并发出警报。
该汽车电机定子引线焊接监控系统及其监控方法通过光栅尺5以端子厚度为主控制对象，焊接时间为辅助控制对象使端子厚度误差减少了两个数量级，提高了端子焊接质量，使得焊接后端子厚度达到高度一致性。同时记录装置8记录焊接时电极之间压力、电流大小以及放电时间后通过电机定子条形码分类后通过信号卡3上传数据。便于给信息化系统软件采集数据，具备定时上传焊接数据的功能，以解决智能生产信息化系统生产管理的需求。
在一些实施方式中，如图2所示，中央处理器1为西门子1215C DC/DC/DC型号的处理器。
在一些实施方式中，压力检测器为XMT808压力数显表。焊接过程中电极间的压力采用XMT808-Ⅰ型智能显示控制仪和压力传感器检测。数显表有两种通讯方式，本系统采用半双工RS485串口通信，通信协议采用ModBus协议，为了提高传输速率，采用此仪表可支持的最高波特率38400。使用步骤为：
初始化ModBus通讯端口，调用指令MB_COMM_LOAD；
以PLC作为主站使用点对点模块以读的模式访问数显表，调用指令MB_MASTER；
解析数显表通过总线返回的数据，并显示在控制面板上。
如图1所示，一种汽车电机定子引线焊接监控方法，包括:
A校准光栅尺5；
B在控制装置内输入焊接时允许的定子端子厚度L与焊接时间T；
C启动焊接设备，电机下行放电，同时定时器4与光栅尺5同步开始工作；
D通过定时器4测量焊接时间t以及通过光栅尺5实时监控端子厚度l；
E当l＝L或T＝t时，关闭电源使电极停止放电。
F记录装置8记录焊接时电极之间压力、电流大小以及放电时间后通过电机定子条形码分类后通过信号卡3上传数据。
在一些实施方式中，光栅尺5通过PLC控制算法实现位移测量。由此可精准的监控电极的位移，从而便于控制焊接质量，防止过度焊接。
在一些实施方式中，PLC控制算法内包括有滤波算法。由于焊接电源工作时电流会达到10kA以上，因此对光栅尺5采集的信号有很大干扰，需要在程序中增加滤波算法。
在一些实施方式中，光栅尺5校准包括：
气缸带动动电极上抬，将脉冲数清零；
气缸下压，获取脉冲数S1；
并存储到保持数据区；
气缸上抬，完成校准，并同时通过检测装置进行错误监控。
在一些实施方式中，端子厚度l的实时计算公式为：
l＝(S2-S1)·A；
S1为光栅尺5校准中所获得的脉冲数；
S2为焊接过程中中央处理器1高速捕捉记录光栅尺5的脉冲数；
A为脉冲当量，根据光栅尺5的精度设置。
下面按照ISO15613标准规定对传统的“以焊接时间为控制主量的焊接监控方法”和本发明所公开的“以端子厚度为主控制对象，焊接时间为辅助控制对象”两种方法焊接效果进行对比。
定子引线焊接属于电阻焊，试件的试验尽可能按照ISO15614序列标准规定进行，根据企业具体生产需求，对焊接试件进行以下5项试验测试：
(1)100％外观检查
(2)100％导通率测试
(3)破坏性试验
(4)电参数检查(电机定子铁心焊接工艺研究)
(5)焊接厚度检测
第(1)项测试需要100％合格，主要检测端子外表面无熔融现象，无破坏端子表面镀层现象等。
第(2)项测试需要100％合格，确保每根漆包线都导通。
第(3)项破坏性测试一般包括部分：单根拉力试验和横截面检测。单根拉力测试是检测拉托力是否大于标准拉力，具体数据取决于漆包线线径，当拉力测试机将漆包线拉断时即为其拉脱力，但绝不允许将漆包线拉出，如果拉出，视为不合格产品。横截面检测是通过线切割机从中间将端子切开，要保证漆包线之间几乎没有缝隙，漆包线和端子之间没有缝隙。
第(4)项测试为焊接头直流电阻或者定子绕组的直流电阻。由于定子绕组的直流电组包括线棒铜导体电阻，焊接头电阻及引线电阻三部分。在相同的温度下，线棒铜导体及引线电阻基本不变，所以，测量整个绕组的直流电组，基本上也能了解焊接头的质量状况。主要检测指标为电阻不平衡度小于规定值。
采用直流低电阻测试仪测试，测量范围1μΩ～2MΩ。基本精度±0.05％，测量条件为23±5摄氏度，温度每增加10度，会增加一个基本误差。
第(5)项测试是为了保证连续生产的需求，焊接后端子厚度要一致。
表1列出了Ⅰ号试件3组定子绕组焊接现场测试的测试数据。Ⅰ号试件型号为线径0.95mm,45股。在(1)-(3)项测试结构都合格的前提下，进行(4)-(5)项测试。电阻焊电源控制器焊接电流设置为7.7kA，智能监控仪中焊接时间上限为10s，焊接位移标准为3.3mm。控制方案为：端子厚度为主控制变量，焊接时间为辅助控制变量，焊接电流为恒定值。
表1Ⅰ号试件焊接测试数据
设试件Ⅰ的三组绕组的焊接头电阻为R11,R12,R13,平均值为R1＝(R11+R12+R13)/3，则三组绕组电阻不平衡度为：ΔR1＝(R1(max，min)-R1)//R1·100％。式中R1(max，min)表示电阻中最大或最小的数值。经过计算试件Ⅰ的电阻不平衡度为ΔR1＝(0.555-0.5533)/0.5533·100％＝0.3％。满足客户的电阻不平衡度小于1％的要求。
设试件Ⅰ的三组端子厚度为L11,L12，L13,理论值为L11,三组数据误差分别为测量值减去理论值，用参数L11,L12，L13表示。误差平均值为：ΔL＝(L11+L12+L13)/3＝(0.06+0.05+0.035)/3＝0.048mm，满足客户单项误差和平均误差小于0.1mm的要求。表2列出了Ⅱ-Ⅷ号试件焊接测试数据对比。试件共18组定子绕组，采用两种不同控制方案在相同材料的试件，相同温度下测试。方案Ⅰ采用的控制方案是与表Ⅰ中相同，以端子厚度为主控制对象，焊接时间为辅助控制对象。方案Ⅱ采用的控制方案是不采用智能监控仪，采用通用的方案，以焊接时间为主控制变量，焊接电流恒定。
表2两种方案焊接测试结果对比
通过分析表2可知，采用方案一比方案二，端子电阻不平衡度要小一个数量级，提高了焊接质量，同时端子厚度误差减少了两个数量级，使得焊接后端子厚度达到高度一致性。
综上可知该汽车电机定子引线焊接监控系统及其监控方法通过光栅尺5以端子厚度为主控制对象，焊接时间为辅助控制对象使端子厚度误差减少了两个数量级，提高了端子焊接质量，使得焊接后端子厚度达到高度一致性。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种汽车电机定子引线焊接监控系统，其特征在于，包括：
检测装置，所述检测装置包括用于监测焊接电极上下位移的光栅尺和用于测量焊接时间的定时器；
控制装置，所述控制装置包括中央处理器、通讯模块和信号卡，所述通讯模块、信号卡和检测装置均与所述中央处理器电连接；
控制面板，所述控制面板与所述中央处理器电连接；
报警装置，所述报警装置与所述中央处理器电连接，当焊接设备出现光栅尺未校准和焊接次数达到上限时所述报警装置将断开电极的电源并发出警报。
2.根据权利要求1所述的一种汽车电机定子引线焊接监控系统，其特征在于，所述控制装置电连接有记录装置，所述记录装置包括用于记录电极之间压力的压力检测器、用于记录电流大小与放电时间的电源监控器以及用于记录电机定子条形码的扫码枪。
3.根据权利要求1所述的一种汽车电机定子引线焊接监控系统，其特征在于，所述中央处理器为西门子1215C DC/DC/DC型号的处理器。
4.根据权利要求1所述的一种汽车电机定子引线焊接监控系统，其特征在于，所述压力检测器为XMT808压力数显表。
5.一种汽车电机定子引线焊接监控方法，其特征在于，包括:
A校准光栅尺；
B在控制装置内输入焊接时允许的定子端子厚度L与焊接时间T；
C启动焊接设备，电机下行放电，同时定时器与光栅尺同步开始工作；
D通过定时器测量焊接时间t以及通过光栅尺实时监控端子厚度；
E当I＝L或T＝t时，关闭电源使电极停止放电。
6.根据权利要求5所述的一种汽车电机定子引线焊接监控方法，其特征在于，所述电机停止放电后记录装置将记录焊接时电极之间压力、电流大小以及放电时间，并且通过电机定子条形码分类后通过信号卡上传数据。
7.根据权利要求5所述的一种汽车电机定子引线焊接监控方法，其特征在于，所述光栅尺通过PLC控制算法实现位移测量。
8.根据权利要求5所述的一种汽车电机定子引线焊接监控方法，其特征在于，所述PLC控制算法内包括有滤波算法。
9.根据权利要求5所述的一种汽车电机定子引线焊接监控方法，其特征在于,所述光栅尺校准包括：
气缸带动动电极上抬，将脉冲数清零；
气缸下压，获取脉冲数S1；
并存储到保持数据区；
气缸上抬，完成校准，并同时进行错误监控。
10.根据权利要求5所述的一种汽车电机定子引线焊接监控方法，其特征在于,所述端子厚度I的实时计算公式为：
I＝(S2-S1)·A；
S1为光栅尺校准中所获得的脉冲数；
S2为焊接过程中中央处理器高速捕捉记录光栅尺的脉冲数；
A为脉冲当量，根据光栅尺的精度设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181221 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |