CN115121925A - 一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，包括以下步骤：S1：在凸焊机机头的上电极侧安装位移传感器；S2：通过上位系统对螺母焊接标准高度进行标定；S3：将螺母摆放到焊接点位，通过PLC控制器控制器向焊接控制器、上位机发送焊接启动信号；S4：上位机将焊接规范参数发送给焊接控制器；S5：焊接控制器控制按照焊接规范参数将上电极下压，位移传感器将检测到的数据发送给PLC控制器，上位机读取PLC控制器中的上电极高度；S6：当上电极当前高度与螺母焊接标准高度的差值大于预先设定的补偿值时，判断螺母摆放异常，凸焊机停止焊接，否则判断螺母摆放正确，进行焊接。本发明所述的一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法解决了传统的检测方法自动化程度较低的问题。

Description

一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其是涉及一种凸焊机螺母焊接自动控制防 错的方法。

背景技术

凸焊机是作为一种汽配等机械零部件常用的焊接装置，其经常用于螺 帽、螺钉类零件的焊接。在螺母焊接中，通过对凸焊机设备加装螺母检测装置可以方便的实现对螺母摆放状态的检测，从而实现螺母焊接防错功能，避 免焊接出现错误，传统的检测方法采用PLC+HMI的控制形式操控复杂，自 动化程度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法以解决 传统的检测方法自动化程度较低的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，包括以下步骤：

S1：在凸焊机机头的上电极侧安装用于对上电极高度进行检测的位移传 感器；

S2：通过上位系统对螺母焊接标准高度进行标定；

S3：将螺母摆放到焊接点位，通过PLC控制器控制器向焊接控制器、上 位机发送焊接启动信号；

S4：上位机接收到焊接启动信号后，将预先设定的焊接规范参数发送给 焊接控制器；

S5：焊接控制器控制按照焊接规范参数将上电极下压，位移传感器将检 测到的数据发送给PCL控制器，上位机读取PCL控制器中的上电极高度；

S6：上位机通过上电极高度对螺母摆放情况进行判断，当上电极当前高 度与螺母焊接标准高度的差值大于预先设定的补偿值时，判断螺母摆放异 常，凸焊机停止焊接，否则判断螺母摆放正确，进行焊接。

进一步的，步骤S2中对螺母焊接标准高度进行标定的具体方法为：

S21：上位机通过轮询PLC控制器对应数据位，实时读取上电极的当前 高度hi；

S22：将待焊接的板件和螺母正确摆放后，上位机通过PLC控制器控制 上电极压缩到焊接标准高度h3，将h3记录为螺母焊接标准高度；

S23：设定焊接位移补偿值Δh。

进一步的，步骤S5中上位机通过上电极高度对螺母摆放情况进行判断 的方法为：

当|hi–h3|>Δh时，表明螺母摆放异常，上位机立刻向控制器发出终 止焊接信号，PLC控制器控制上电极回到焊接前标准高度，故障复位，本次 焊接结束，当|hi–h3|≤Δh时，螺母摆放正确，上位机向控制器发送允 许通电信号，焊接控制器进入焊接流程，hi为h1或h2。

进一步的，Δh小于螺母焊接的压陷值。

进一步的，对螺母焊接标准高度进行标定时，还对上电极的升降标准高 度进行标定，从而对上电极的到位状态进行检测，具体方法为：

上位机通过PLC控制器控制上电极上升到焊接前的标准上件高度h1，将 h1记录为上电极升起标准位，上位机通过PLC控制器控制上电极下降至与下 电极完全接触，记录此时上电极高度为h2，将h2记录为上电极缩回标准位。

进一步的，步骤S5中判断螺母摆放异常后，将摆放异常故障的相关数 据保存到本地数据库中，用于后续追溯。

进一步的，数据库中预先存储的可能出现的异常原因以及异常原因对应 的高度数值，步骤S5中判断螺母摆放异常后，将Δh与高度数值进行比对， 从而得到本次异常可能的异常原因。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过对传统的具有 螺母检测装置的如焊机设备进行改进，基于C#语言编写控制程序，利用上位 机系统与焊机的控制系统和螺母检测装置分别进行通信，实现同步控制，并 对焊接过程中的螺母状态以及其他焊接信息进行集中管理。相较于传统的利 用螺母凸焊机设备，本发明引入上位机系统作为焊接过程的控制管理核心， 相较于采用PLC的控制形式，具有控制简便，可视化程度高，功能高度集成， 状态实时可观测，自动化程度高，数据全部可追溯；

同时还能够针对每个螺母的微小高度差异进行微调，对焊接能量进行补 正。当上电极当前高度与螺母焊接标准高度的差值小于预先设定的补偿值 时，但和基准值存在偏差时，能够根据用户预先的设定，对焊接电流和焊接 时间进行补正，从而提高焊接质量。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的 示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在 附图中：

图1为本发明实施例所述的一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法流 程示意图；

图2为本发明实施例所述的一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法硬 件结构示意图；

图3为本发明实施例所述的位移传感器安装位置示意图；

图4为本发明实施例所述的可能出现的异常情况列举示意图；

图5为本发明实施例所述的焊接能量自动补偿流程图。

附图标记说明：

1-上电极；2-位移传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或高度关系为基于附图所示 的方位或高度关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此 不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述 目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征 的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包 括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的 含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，包括以下步骤：

S1：在凸焊机机头的上电极侧安装用于对上电极高度进行检测的位移传 感器；

S2：通过上位系统对螺母焊接标准高度进行标定；

S3：将螺母摆放到焊接点位，通过PLC控制器控制器向焊接控制器、上 位机发送焊接启动信号；

S4：上位机接收到焊接启动信号后，将预先设定的焊接规范参数发送给 焊接控制器；

S5：焊接控制器控制按照焊接规范参数将上电极下压，位移传感器将检 测到的数据发送给PLC控制器，上位机读取PLC控制器中的上电极高度；

S6：上位机通过上电极高度对螺母摆放情况进行判断，当上电极当前高 度与螺母焊接标准高度的差值大于预先设定的补偿值时，判断螺母摆放异 常，凸焊机停止焊接，否则判断螺母摆放正确，进行焊接。

步骤S2中对螺母焊接标准高度进行标定的具体方法为：

S21：上位机通过轮询PLC控制器对应数据位，实时读取上电极的当前 高度hi；

S22：将待焊接的板件和螺母正确摆放后，上位机通过PLC控制器控制 上电极压缩到焊接标准高度h3，将h3记录为螺母焊接标准高度；

S23：设定焊接位移补偿值Δh。

步骤S5中上位机通过上电极高度对螺母摆放情况进行判断的方法为：

当|hi–h3|>Δh时，表明螺母摆放异常，上位机立刻向控制器发出终 止焊接信号，PLC控制器控制上电极回到焊接前标准高度，故障复位，本次 焊接结束，当|hi–h3|≤Δh时，螺母摆放正确，上位机向控制器发送允 许通电信号，焊接控制器进入焊接流程，hi为h1或h2。

Δh小于螺母焊接的压陷值。

对螺母焊接标准高度进行标定时，还对上电极的升降标准高度进行标 定，从而对上电极的到位状态进行检测，具体方法为：

上位机通过PLC控制器控制上电极上升到焊接前的标准上件高度h1，将 h1记录为上电极升起标准位，上位机通过PLC控制器控制上电极下降至与下 电极完全接触，记录此时上电极高度为h2，将h2记录为上电极缩回标准位。

步骤S5中判断螺母摆放异常后，将摆放异常故障的相关数据保存到本 地数据库中，用于后续追溯。

如图4所示，数据库中预先存储的可能出现的异常原因以及异常原因对 应的高度数值，步骤S5中判断螺母摆放异常后，将Δh与高度数值进行比对， 从而得到本次异常可能的异常原因。

如图2所示，上位机系统为带有液晶触控显示屏的工业平板电脑设备， 其安装在如图2所示的一体机柜内，机柜两侧具有多个状态显示灯，用于指 示设备的通电状态、故障情况等。上位机系统按照S7协议标准与PLC进行 通信，上位机采用轮询的方式对PLC内的各项参数进行实时读取。上位机和 焊接控制器之间采用基于TCP的Socket套接字方式进行通讯，其数据封装 为私有协议，能够实现对焊接控制器的焊接规范、设备信息、标定参数等内容的读取和修改，以及对焊接结果和焊接曲线等内容进行接收并存储。

PLC控制器采用西门子S7-1200系列，焊机控制器与PLC之间通过工业 总线Profinet进行通信，负责对焊接过程进行时序控制。PLC通过电信号连 接实时读取安装在凸焊机机头上的螺母检测装置的各项参数，包括上电极位 移、焊接压力、定位销位置等。

上位机部分作为整个系统的逻辑控制中心和数据存储中心，软件通过C# 语言编程进行数据通信，实现了一种对凸焊机螺母焊接过程进行自动控制的 方法和系统。具体包括螺母自动检测过程、焊接过程控制和焊接数据存储等。 其中螺母自动检测的实现原理和操作流程如下：

如图3所示，螺母检测装置的原理为在凸焊机机头的上电极侧安装位移 传感器(定位销)，位移传感器与上电极联动，焊接过程中上电极的高度变 化可随时反映螺母的压陷情况，同时还可以实现螺母防错功能。

为了实现螺母检测功能，首先需要通过上位系统对螺母检测装置进行标 定，即对上电极定位销位置进行标定。具体流程为：

上位机通过轮询PLC对应数据位，实时读取定位销的当前位置；

上位机按下升缸按键，通过PLC控制焊机气缸上升到焊接前的标准上件 位置h1；

上位机按下升销标定按键，将h1记录为定位销升起标准位；

上位机按下降缸按键，通过PLC控制焊机气缸下降到上电极与下电极完 全接触，记录此时定位销位置为h2；

上位机按下降销标定按键，将h2记录为定位销缩回标准位；

将欲焊接的板件和螺母正确摆放后，上位机按下降缸按键，上电极压缩 到焊接标准位置h3；

上位机按下螺母标定按键，将h3记录为定位销焊接标准位；

设定焊接位移补偿值Δh；

其中h1,h2用于对电极的到位状态进行检测，h3为焊接前螺母摆放的标 准位置，Δh则用来标识每次工件摆放后可以允许的工件摆放误差值(理论 上Δh必须小于螺母焊接的压陷值，否则无法实现对已焊接螺母重复焊接的 错误检测)。通过对上述标准值进行标定后，在焊接过程中可以实现对多种 螺母放置错误的检测；

如图1所示，在一次焊接过程开始后，首先由人工或是螺母输送机将螺 母摆放到指定焊接点位，然后由操作人员手动按下焊接按钮(或通过PLC启 动焊接)，PLC分别向焊接控制器和上位机发送焊接启动信号，上位机在接 收到启动信号后，将当前用户选择的规范号发送给焊接控制器，焊接控制器 开始执行焊接动作，控制气缸按照选定规范设定的焊接压力将上电极下压。 当下压到位后，凸焊机保持压力维持阶段，此时上位机读取PLC内的定位销 当前位置hi，并根据标定好的螺母位置参数进行对螺母摆放情况进行判断：

当|hi–h3|>Δh时，表明螺母摆放异常，上位机立刻向控制器发出终 止焊接信号，并在程序界面上提示“螺母异常”并根据定位销的实际位置和 各标定参数给出可能的异常原因，如图4所示，如中心出错、螺母重复、电 极松开、板件重复、无螺母、无板件、螺母放错、纵向放错、螺母已焊等。 上位机在显示故障的同时会自动将本次故障记录保存到本地SQL数据库中以 便后续追溯。之后上电极回到焊接前标准位置，故障复位，本次焊接结束。

当|hi–h3|≤Δh时，螺母摆放正确，上位机向控制器发送允许通电 信号，焊接控制器进入焊接流程。焊接完成后，上位系统会实时显示此次焊 接的螺母压陷值以及各项焊接参数指标(焊接电流、焊接压力、导通比、焊 点号等)。所有焊接数据都会被同步存储到上位机数据库中，便于后续追溯。 之后上电极回到焊接前标准位置，本次焊接结束。

除对上述焊接过程的自动控制外，上位机系统还能够实现对焊机设备以 及PLC的运行状态监控、焊接参数标定、修磨编程以及焊接曲线采集等功能， 其功能性远远强于传统PLC+HMI的控制形式。

焊接能量自动补偿功能的功能说明：当用户通过上位机系统对焊接焊接 标准高度h3和焊接位移补偿值Δh进行设定后，可以手动选择开启焊接能量 补偿功能，具体流程如图5所示，当用户启用补偿功能后，首先选择使用焊 接电流补偿或焊接时间补偿，选定补偿方式后，根据焊接经验对补偿的上限 和下限值进行设定，采用百分比方式，分别为Δu和Δd,设定完成后用户保 存设置，上位机将对应参数下载至焊接控制器中，从而在焊接中启用此功能。

实际焊接中，其补偿的逻辑为，当焊接螺母高度hi与设定的标准高度 h3存在偏差时且偏差为达到螺母摆放异常判定阈值即位移补偿值Δh时，启 用焊接电流(或时间)补偿功能。当选择电流补偿时，假设控制器焊接电流 设定为c1，焊接时间设定为t1,则控制器实际输出的焊接电流为:

(1+(hi-h3)/Δh*Δu)*c1(当hi>h3，即螺母实际高度大于设定高度时)

(1+(h3-hi)/Δh*Δd)*c1(当hi<h3，即螺母实际高度小于设定高度时)

当选择时间补偿时，则控制器实际输出的焊接时间为:

(1+(hi-h3)/Δh*Δu)*t1(当hi>h3，即螺母实际高度大于设定高度时)

(1+(h3-hi)/Δh*Δd)*t1(当hi<h3，即螺母实际高度小于设定高度时)

T通过该方法，可以实现在焊接过程中，根据焊接高度的细微变化进行 动态焊接能量补偿的功能，从而一定程度上提升焊接质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在凸焊机机头的上电极侧安装用于对上电极高度进行检测的位移传感器；

S2：通过上位系统对螺母焊接标准高度进行标定；

S3：将螺母摆放到焊接点位，通过PLC控制器控制器向焊接控制器、上位机发送焊接启动信号；

S4：上位机接收到焊接启动信号后，将预先设定的焊接规范参数发送给焊接控制器；

S5：焊接控制器控制按照焊接规范参数将上电极下压，位移传感器将检测到的数据发送给PCL控制器，上位机读取PCL控制器中的上电极高度；

S6：上位机通过上电极高度对螺母摆放情况进行判断，当上电极当前高度与螺母焊接标准高度的差值大于预先设定的补偿值时，判断螺母摆放异常，凸焊机停止焊接，否则判断螺母摆放正确，进行焊接。

2.根据权利要求1所述的一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，其特征在于：步骤S2中对螺母焊接标准高度进行标定的具体方法为：

S21：上位机通过轮询PLC控制器对应数据位，实时读取上电极的当前高度hi；

S22：将待焊接的板件和螺母正确摆放后，上位机通过PLC控制器控制上电极压缩到焊接标准高度h3，将h3记录为螺母焊接标准高度；

S23：设定焊接位移补偿值Δh。

3.根据权利要求2所述的一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，其特征在于：步骤S5中上位机通过上电极高度对螺母摆放情况进行判断的方法为：

当|hi–h3|>Δh时，表明螺母摆放异常，上位机立刻向控制器发出终止焊接信号，PLC控制器控制上电极回到焊接前标准高度，故障复位，本次焊接结束，当|hi–h3|≤Δh时，螺母摆放正确，上位机向控制器发送允许通电信号，焊接控制器进入焊接流程，hi为h1或h2。

4.根据权利要求2所述的一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，其特征在于：Δh小于螺母焊接的压陷值。

5.根据权利要求1所述的一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，其特征在于：对螺母焊接标准高度进行标定时，还对上电极的升降标准高度进行标定，从而对上电极的到位状态进行检测，具体方法为：

上位机通过PLC控制器控制上电极上升到焊接前的标准上件高度h1，将h1记录为上电极升起标准位，上位机通过PLC控制器控制上电极下降至与下电极完全接触，记录此时上电极高度为h2，将h2记录为上电极缩回标准位。

6.根据权利要求1所述的一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，其特征在于：步骤S5中判断螺母摆放异常后，将摆放异常故障的相关数据保存到本地数据库中，用于后续追溯。

7.根据权利要求2所述的一种凸焊机螺母焊接自动控制防错的方法，其特征在于：数据库中预先存储的可能出现的异常原因以及异常原因对应的高度数值，步骤S5中判断螺母摆放异常后，将Δh与高度数值进行比对，从而得到本次异常可能的异常原因。

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