CN111896821B - 一种aro焊钳故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ARO焊钳故障检测方法，涉及汽车制造领域，包括ARO焊钳伺服电机故障检测、ARO焊钳变压器故障检测、ARO焊钳编码器线缆故障检测和网线功能故障检测；所述ARO焊钳伺服电机故障检测包括，所述伺服电机温度过高检测和压力测量回路错误检测；所述ARO焊钳变压器故障检测包括，所述变压器温度回路和电压反馈线状态检测；所述ARO焊钳编码器线缆故障检测包括，编码器电缆状态检测。本发明分析ARO自动焊枪的工作原理与常见故障，根据自动化焊装生产线的工作特点与快速维修要求，设计制作能够快速检测ARO自动焊枪故障的在线检故障测仪器，能够快速恢复生产线自动运行，减少由于设备停机造成的产量与经济损失。

Description

一种ARO焊钳故障检测方法

技术领域

本发明涉及汽车制造领域，尤其涉及一种ARO焊钳故障检测方法。

背景技术

随着汽车制造业的发展，点焊技术得到了越来越广泛的应用，其中电阻点焊作为焊接科学技术的一个重要分支，自动化和计算机技术的发展将点焊广泛应用于汽车驾驶室、轿车车身、飞机机翼等方面。现代计算机技术的突飞猛进大大提高了电阻生热量、升高温度，融化接触点局部形成焊点的控制技术。

在汽车制造的白车身焊接工艺中，汽车车身的拼装工序主要采用点焊技术。点焊技术（Spot Welding）是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两柱状电极之间，利用电阻热融化母材金属，形成焊点的电阻焊方法，点焊主要应用于薄板焊接，点焊时，先加压使两个工件紧密接触，然后接通电流。由于两工件接触处电阻较大，电流流过所产生的电阻热使该处温度迅速提高，局部金属可达到熔点温度，被融化形成液态熔核。

断电后，继续保持压力或加大压力，使熔核在压力下凝固结晶，形成组织致密的焊点。而电极与工件间的接触处，所产生的热量因被导热性好的铜（或铜合金）电极及冷却水传走，因此温升有限，不会出现焊合现象，为满足现场快速测量的使用要求，检测电缆功能也可以准确的判断出问题回路。为故障处理提供了一个快速有效的解决方案，缩短故障处理时间，急需一种快速焊钳故障检测方法，能够现场快速测量的使用要求。

现有技术汇总ARO焊钳主要设备故障分为如下几个方面

1）机器人KCP报错“517”

这类报错通常有两类原因：Q- Stop PSQ Fault。

Q- Stop：这类报错都是发生在焊接过程完成后。如果报警偶尔出现，可以在机器人报错对话框中选择Yes。如果报警十分频繁，先按照焊接错误检查表检查硬件设施，如果没有问题则需要检查或更改焊接参数或监控范围。

PSQ Faults：PSQ错误为焊接或监控过程被打断，所以这类报警出现在焊接过程中。出现报错后，应在报错信息列表中查看详细报错内容，从而判断原因。多数情况都是由于电极头上有污物、绝缘物，电极头和工件间有胶，这类故障焊控柜上的报警信息为“PSQFault. No electrode contact”.或者焊枪电压反馈线有问题“PSQ fault. measurementcable error.”。出现问题后，依照实际情况，进站用锉刀清理电极头，或更换反馈线即可。

2）机器人KCP报错“542”

这个报错信息是修磨试焊报错。报错后，点击机器人报错对话框中的Yes，机器人会自动重新修磨并试焊。若再次出现报错，则需要进站检查电极头，如果电极头端面干净整齐，则直接在对话框中点击No。如果电极头修磨效果确实不好，则要检查修磨刀片及修磨姿态。

注意: 在连续修磨两次后，试焊就不能有效地反映出修磨效果，需要进站检查。

3）变压器温度过高（Transformer temperature too high）

焊枪的变压器内有温度传感器，会将变压器的温度反馈给焊控柜。出现报警后，首先应检查变压器的与焊控柜的通讯线缆是否连接紧固。之前现场多次出现由于变压器尾部的接头松动引起这个报错。另一种引起这个报错的原因是变压器内温度确实过高或温度传感器损坏。这种情况需要检查变压器冷却水路是否正常，焊接能量是否过大。如果确定是变压器内的温度传感器故障，可以通过短接焊控柜中的温度反馈端口暂时屏蔽温度检测。

经过分析ARO焊钳主要问题出现在变压器、伺服电机、编码器电缆之间。针对伺服电机可以测量几个线圈的标准阻值。

变压器可以通过测量电压反馈线、温度感应线圈来确定变压器的好坏。编码器电缆为19芯电缆，可以在一端制作短接头，测量所有回路。当现场运行设备出现故障时，如果使用万用表测量这些数据，由于插头接口和测量数据多，造成故障判断时间增加。

如果能够设计制作一个专用的检测仪器，将大大提高工作效率减少停机时间，快速恢复生产。实现快速测量的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ARO焊钳故障检测方法，用以解决现有技术存在的问题，为实现上述目的，具体地，该方法包括如下步骤：

ARO焊钳伺服电机故障检测、ARO焊钳变压器故障检测、ARO焊钳编码器线缆故障检测和网线功能故障检测；所述ARO焊钳伺服电机故障检测包括，所述伺服电机温度过高检测和压力测量回路错误检测；所述ARO焊钳变压器故障检测包括，所述变压器温度回路和电压反馈线状态检测；所述ARO焊钳编码器线缆故障检测包括，编码器电缆状态检测。

优选的，所述伺服电机温度过高检测的方法如下，检测所述伺服电机内热敏电阻，所述热敏电阻应用KTY热敏电阻，范围是大于500Ω小于700Ω，超出范围确认为故障状态。

优选的，所述压力测量回路错误检测的方法包括，通过采集sin压力测量线圈电阻值、cos压力测量线圈电阻值判断故障状态和通过采集压力测量电阻的电阻值断故障状态。

优选的，所述sin压力测量线圈电阻值和cos压力测量线圈电阻值的范围是大于30Ω小于80Ω，超出范围确认为故障状态；所述压力测量电阻的电阻值的范围是大于5Ω小于45Ω，超出范围确认为故障状态。

优选的，所述变压器温度回路检测方法如下，检测所述变压器温度回路热敏电阻，范围是大于800小于1000Ω，超出范围确认为故障状态。

优选的，所述电压反馈线状态检测方法如下，所述电压反馈线状态直接采用数字输入检查通断，数字0为低电平表示正常状态，数字1为高电平表示故障状态。

优选的，所述编码器电缆状态检测方法如下，在线缆的一端制作一个短接头，将两根信号线形成回路，直接采用数字输入检查通断，数字0为低电平表示正常状态，数字1为高电平表示故障状态。

优选的，所述网线功能故障检测方法如下，在网线的一端制作一个短接头，将两根信号线形成回路，直接采用数字输入检查通断，数字0为低电平表示正常状态，数字1为高电平表示故障状态。

优选的，所述电阻值检测的检测电路，在每一个模拟量测量回路上安装一个10K的标准电阻，在测量过程中，就实现了一个标准的串联回路，利用串连回路中电流相等，电阻分压求出被测电阻的阻值。

优选的，所述编码器电缆一共19根线，使用的线只有10根，所以只检测10根线；所述网线为工业以太网ProFiBus系统网线，工业以太网只有4根线。

本发明方法具有如下优点：

本发明提供了一种ARO焊钳故障检测方法，经过测试ARO焊钳故障检测仪可以快速测量伺服电机相关线圈阻值并显示状态，精度达到0.3Ω，完全满足现场快速测量的使用要求。检测电缆功能也可以准确的判断出问题回路。为故障处理提供了一个快速有效的解决方案。缩短了故障处理时间。

下一代可以增加存储器和WiFi联网功能，利用联网功能可以确定电机或变压器损坏的时候，直接发送领料工单，备件直接出库。减少故障判断领料出库的时间，快速恢复生产减少由停机造成的经济损失。

附图说明

图1为本发明的一种ARO焊钳故障检测方法的电路示意图；

图2为本发明的一种ARO焊钳故障检测方法的中电路上拉电阻示意图；

图3为本发明的一种ARO焊钳故障检测方法的中电路下拉电阻示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，但是本领域技术人员应当理解，下文所述的实施方案仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用来限制本发明的保护范围。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换，所有这些修改和替换都落入了本发明权利要求书请求保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。

应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

实施例

自动点焊系统主要由ARO自动焊钳、焊控柜、机器人及连接水气电缆等构成。ARO焊钳主要由伺服电机驱动电极臂运动、夹紧产生焊接压力）、旋转轴、静电极臂、动电极臂、电极杆、电极头、枪身以及变压器等构成。

控制柜主要采用Bosch6000系列，柜内主要有PSI控制器、空开、继电器、以及漏电保护装置组成。核心部件为PSI控制器（图1-3），PSU侧为PSI控制器端，PSG为焊钳端（变压器、二极管等）。三相380V输入，经过桥式整流，形成直流回路，再经过逆变，增压，变频，形成单项交流电输出。变压器输入端口的电压为500-550V，1000HZ。在变压器次级由二极管整流，再将交流电变成直流电。次级输出的是直流电，整体是一个交流→直流→交流→直流的过程。最后通过二极管作用到电极头与板材的接触面。采用中频焊接控制器，比传统的工频焊控器具有无电感、变压器体积质量变小的优势。

ARO自动点焊系统主要由机器人本体，机器人控制柜、焊枪控制柜、焊枪本体和各种线缆。

机器人本体采用KUKA-C4系列，根据焊枪的大小和重量选择合适的型号。焊枪的伺服电机作为机器人的7。区别于以前的气缸控制，调高了对焊枪工作位置与力的控制精度。焊接控制器采用Bosch公司生产的PSI6000系列控制器。中间通过动力线路与控制线缆连接。这样就构成了一个基本的自动点焊机器人控制系统。

机器人内部通过各种伺服工艺包与焊枪工艺包对焊枪进行控制，焊枪控制器上传焊接质量记录。

如图1所示，本实施例提供了一种ARO焊钳故障检测方法，包括，ARO焊钳伺服电机故障检测、ARO焊钳变压器故障检测、ARO焊钳编码器线缆故障检测和网线功能故障检测；所述ARO焊钳伺服电机故障检测包括，所述伺服电机温度过高检测和压力测量回路错误检测；所述ARO焊钳变压器故障检测包括，所述变压器温度回路和电压反馈线状态检测；所述ARO焊钳编码器线缆故障检测包括，编码器电缆状态检测。

根据上述方案，进一步，所述伺服电机温度过高检测的方法如下，检测所述伺服电机内热敏电阻，所述热敏电阻应用KTY热敏电阻，范围是大于500Ω小于700Ω，超出范围确认为故障状态。

根据上述方案，进一步，所述压力测量回路错误检测的方法包括，通过采集sin压力测量线圈电阻值、cos压力测量线圈电阻值判断故障状态和通过采集压力测量电阻的电阻值断故障状态。

根据上述方案，进一步，所述sin压力测量线圈电阻值和cos压力测量线圈电阻值的范围是大于30Ω小于80Ω，超出范围确认为故障状态；所述压力测量电阻的电阻值的范围是大于5Ω小于45Ω，超出范围确认为故障状态。

根据上述方案，进一步，所述变压器温度回路检测方法如下，检测所述变压器温度回路热敏电阻，范围是大于800小于1000Ω，超出范围确认为故障状态。

根据上述方案，进一步，所述电压反馈线状态检测方法如下，所述电压反馈线状态直接采用数字输入检查通断，数字0为低电平表示正常状态，数字1为高电平表示故障状态。

根据上述方案，进一步，所述编码器电缆状态检测方法如下，在线缆的一端制作一个短接头，将两根信号线形成回路，直接采用数字输入检查通断，数字0为低电平表示正常状态，数字1为高电平表示故障状态。

根据上述方案，进一步，所述网线功能故障检测方法如下，在网线的一端制作一个短接头，将两根信号线形成回路，直接采用数字输入检查通断，数字0为低电平表示正常状态，数字1为高电平表示故障状态。

根据上述方案，进一步，所述电阻值检测的检测电路，在每一个模拟量测量回路上安装一个10K的标准电阻，在测量过程中，就实现了一个标准的串联回路，利用串连回路中电流相等，电阻分压求出被测电阻的阻值。

根据上述方案，进一步，所述编码器电缆一共19根线，使用的线只有10根，所以只检测10根线；所述网线为工业以太网ProFiBus系统网线，工业以太网只有4根线。

具体实施例中，MRA焊装车间有数量庞大的ARO自动焊枪。平时处理设备故障时由于故障点判断失误与没有合适的检测设备，造成更换错误的备件，增加设备停机时间。设计的检测仪要实现下面的功能：

1）检测ARO伺服电机功能

可以实现检测伺服电机内KTY热敏电阻、S1-S3压力测量线圈、S2-S4压力测量线圈和R1-R2/R3电阻。KTY标准组织为600Ω，S1-S3压力测量线圈70Ω、S2-S4压力测量线圈Ω和R1-R2/R3电阻35Ω。4个测量回路全部合格输出电机正常显示，那一路不合格，输出电机不正常并显示出问题回路的阻值。

2）检测编码器线功能

可以实现检测编码器电缆状态。编码器电缆一共19根线，有用的线只有10根，只检测10根线，在线缆的一端制作一个短接头。将10根线变成5个回路，利用数字I/O的通断功能，判断各个回路状态。并显示出测量结果以及那一个回路有问题。

3）检测变压器功能

可以实现变压器检测功能。检测变压器温度回路、电压反馈线状态。1路用模拟量检测1路用数字量检测。输出检测结果和那一个有问题。

4）检测网线功能

工业以太网ProFiBus系统网线和常见的以太网线不一样，普通的网线有8根，工艺以太网只有4根。在网线的一端制作一个短接头，将4根线短接成2个回路进行检测。采用数字量检测，能够显示出那一个回路有问题。

具体实施例中，Arduino控制板根据使用的数字IO与模拟量IO点数，选择ArduinoMEGA2560开发板。Arduino Mega2560也是采用USB接口的核心电路板，它最大的特点就是具有多达54路数字输入输出，特别适合需要大量IO接口的设计。Mega2560的处理器核心是ATmega2560，同时具有54路数字输入/输出口（其中16路可作为PWM输出），16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮。Arduino Mega2560也能兼容为Arduino UNO设计的扩展板。

检测仪设计中使用了Arduino开发板的24个数字I/O口，和5个模拟I/0口。使用数字I/0口是会出现干扰现象。为了避免这种现象就有了上拉电阻或下拉电阻的概念。在数字电路中开关（switch）是一种基本的输入形式，它的作用是保持电路的连接或者断开。Arduino从数字I/O管脚上只能读出高电平（5V）或者低电平（0V），因此我们首先面临到的一个问题就是如何将开关的开/断状态转变成Arduino能够读取的高/低电平。解决的办法是通过上 /下拉电阻，按照电路的不同通常又可以分为正逻辑（Positive Logic）和负逻辑（Inverted Logic）两种。

在正逻辑电路中，开关一端接电源，另一端则通过一个10K的下拉电阻接地，输入信号从开关和电阻间引出。当开关断开的时候，输入信号被电阻“拉”向地，形成低电平（0V）；当开关接通的时候，输入信号直接与电源相连，形成高电平。对于经常用到的按压式开关来讲，就是按下为高，抬起为低。在负逻辑电路中，开关一端接地，另一端则通过一个10K的上拉电阻接电源，输入信号同样也是从开关和电阻间引出。当开关断开时，输入信号被电阻“拉”向电源，形成高电平（5V）；当开关接通的时候，输入信号直接与地相连，形成低电平。对于经常用到的按压式开关来讲，就是按下为低，抬起为高。如图2-3所示。

为了使检测仪的内部布局更加紧凑，启动了Arduino开发板内的内部上拉电阻。采用负电压输入，程序采集到外部输入为0V有效，如图2-3所示。

显示设备采用LCD1602液晶显示，工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。LCD1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。LCD1602有两种连接方法,4位连接法和8位连接法,本项目中采用了8位连接法。为了达到更好的显示效果避免对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。达到最佳的显示效果。

LCD1602采用标准的16脚接口如下表所示：

检测仪外壳采购了一个手持终端的空外壳，可以存放Arduino板和各种元器件，在外壳的正面打孔安装各种功能选择按钮。底部和侧面安装插头接口和充电数据下载接口。

其中，检测仪仪一共有4个功能选择按钮，1个复位按钮和1个电源按钮。功能选择按钮使用自复位带灯显示的金属按钮，复位使用普通的自复位按钮，电源按钮使用带自锁功能的金属按钮。检测仪外部各种测量接口与Arduino内部接口采用26针免焊接母头插座。检测仪本体采用母头，各个检测功能转接线接口采用公头。为电机测量、线缆测量、变压器测量和网线测量制作了不同的接口。

检测仪中用到了10K电位器、5个10K的标准电阻、万用板1块、9V电池各种导线若干。检测仪各种接口与Arduino分配I/O口分配如下表：

具体实施例中，检测仪制作与程序的编写，首先绘制内部电气原理图，分析硬件尺寸找到合理的布局结构，手动焊接相关电阻、电位器、按钮、接头以及各种电源导线，并对合装前做焊接质量的检查。

编写检测程序，定义各种需要的INT、REAL型变量以及LCD1602液晶的定义文件。编写各种功能选择，检测仪开机以后进行初始化动作，并在液晶屏上显示“Init Finish”“Select Function”，4个选择按钮同步闪烁。选择了其中一个功能的相对应的按钮常亮。进入相应的测量功能，想要选择其他的测量功能需要按一下复位按钮，等待4个功能按钮闪烁后再进行选择。

进入测量程序后，例如检测电机的4个线圈阻值，采集连接到电机线圈的A1-A4模拟输入数值，Arduino的模拟量输入模块可以采集0-5V的电压，对应的数值是0-1023。如果采集到外部电压是1V的话，Arduino模拟输入采集到的数值为204.6。在程序中，将采集到的数值除以204.6就可以知道采集到的电压是多少，用5V标准电压减去采集到的电压，就可以知道分压电压，还有每一个测量回路上串连的标准电阻（10k），利用串连回路中电流相等，电阻分压求出电机线圈的阻值。利用算法求出每个线圈阻值，对阻值进行比较是否在标准阻值范围内。如果所有线圈都在标准阻值内显示“Motor OK”，有1路不合格就会显示“Motoris Fault”并且显示那1个回路有问题和当前的阻值是多少。

本发明提供了一种ARO焊钳故障检测方法，经过测试ARO焊钳故障检测仪可以快速测量伺服电机相关线圈阻值并显示状态，精度达到0.3Ω，完全满足现场快速测量的使用要求。检测电缆功能也可以准确的判断出问题回路。为故障处理提供了一个快速有效的解决方案。缩短了故障处理时间。下一代可以增加存储器和WiFi联网功能，利用联网功能可以确定电机或变压器损坏的时候，直接发送领料工单，备件直接出库。减少故障判断领料出库的时间，快速恢复生产减少由停机造成的经济损失。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种ARO焊钳故障检测方法，其特征在于，包括，ARO焊钳伺服电机故障检测、ARO焊钳变压器故障检测、ARO焊钳编码器线缆故障检测和网线功能故障检测；所述ARO焊钳伺服电机故障检测包括，所述伺服电机温度过高检测和压力测量回路错误检测；所述ARO焊钳变压器故障检测包括，所述变压器温度回路和电压反馈线状态检测；所述ARO焊钳编码器线缆故障检测包括，编码器电缆状态检测；

所述伺服电机温度过高检测的方法如下，检测所述伺服电机内热敏电阻，所述热敏电阻应用KTY热敏电阻，范围是大于500Ω小于700Ω，超出范围确认为故障状态；

所述压力测量回路错误检测的方法包括，通过采集sin压力测量线圈电阻值、cos压力测量线圈电阻值判断故障状态和通过采集压力测量电阻的电阻值断故障状态；

所述sin压力测量线圈电阻值和cos压力测量线圈电阻值的范围是大于30Ω小于80Ω，超出范围确认为故障状态；所述压力测量电阻的电阻值的范围是大于5Ω小于45Ω，超出范围确认为故障状态；

所述变压器温度回路检测方法如下，检测所述变压器温度回路热敏电阻，范围是大于800小于1000Ω，超出范围确认为故障状态；

所述电压反馈线状态检测方法如下，所述电压反馈线状态直接采用数字输入检查通断，数字0为低电平表示正常状态，数字1为高电平表示故障状态；

所述编码器电缆状态检测方法如下，在线缆的一端制作一个短接头，将两根信号线形成回路，直接采用数字输入检查通断，数字0为低电平表示正常状态，数字1为高电平表示故障状态；

所述网线功能故障检测方法如下，在网线的一端制作一个短接头，将两根信号线形成回路，直接采用数字输入检查通断，数字0为低电平表示正常状态，数字1为高电平表示故障状态；

所述电阻值检测的检测电路，在每一个模拟量测量回路上安装一个10K的标准电阻，在测量过程中，就实现了一个标准的串联回路，利用串连回路中电流相等，电阻分压求出被测电阻的阻值；

所述编码器电缆一共19根线，使用的线只有10根，所以只检测10根线；所述网线为工业以太网ProFiBus系统网线，工业以太网只有4根线。