電阻點(diǎn)焊近程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及焊點(diǎn)質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、點(diǎn)焊具有生產(chǎn)效率高、適應(yīng)自動(dòng)化作業(yè)的優(yōu)點(diǎn),是汽車、航空航天等大規(guī)模工業(yè)頻繁采用的重要板材加工工藝。然而,焊點(diǎn)熔核形成時(shí)間短,焊接過程受多種因素影響,且各種因素之間存在不同程度的確定性或隨機(jī)性的交互作用致使點(diǎn)焊過程監(jiān)控呈現(xiàn)實(shí)時(shí)性要求高、非線性控制難度大的特點(diǎn)。因此,點(diǎn)焊過程的多參量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與點(diǎn)焊過程實(shí)時(shí)控制、焊點(diǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性保證以及焊點(diǎn)質(zhì)量的在線評(píng)測(cè)是學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的三大難點(diǎn)問題。本文針對(duì)點(diǎn)焊質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控問題,在點(diǎn)焊過程參數(shù)傳感與監(jiān)測(cè)

2、技術(shù)、點(diǎn)焊過程實(shí)時(shí)控制方案及焊點(diǎn)質(zhì)量在線評(píng)測(cè)方面展開綜合研究。
　　 第一,建立了以DSP為核心的點(diǎn)焊過程實(shí)時(shí)監(jiān)控與質(zhì)量在線評(píng)判平臺(tái),樣機(jī)采用上位工控機(jī)與下位DSP嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)架構(gòu)。上位機(jī)采用LabVIEW軟件編寫的人機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊規(guī)范參數(shù)的設(shè)置和焊后數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與顯示；下位DSP嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)負(fù)責(zé)點(diǎn)焊過程參數(shù)檢測(cè)和實(shí)時(shí)控制。實(shí)驗(yàn)表明整機(jī)性能穩(wěn)定,具有實(shí)時(shí)性高和可視化程度好的特點(diǎn)。
　　 第二,針對(duì)點(diǎn)焊過程中動(dòng)態(tài)功率因數(shù)

3、、焊接電流與動(dòng)態(tài)電阻等電參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)困難的問題,建立點(diǎn)焊電氣回路的數(shù)學(xué)模型,并推導(dǎo)出關(guān)鍵焊接參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,采用新型傳感器--微型洛氏線圈(Miniature RogowskiCoil)檢測(cè)焊接電流導(dǎo)數(shù),判斷焊接電流峰值點(diǎn),采用可行域全空間仿真數(shù)據(jù)對(duì)焊接參數(shù)關(guān)系的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)模型進(jìn)行離線訓(xùn)練和在線使用,執(zhí)行特殊的軟傳感器功能,實(shí)現(xiàn)焊接電路功率因數(shù)、電流導(dǎo)通角、電流有效值及動(dòng)態(tài)電阻的快速計(jì)算。結(jié)果表明,較之傳統(tǒng)的直接檢測(cè)法,基

4、于嵌入式人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方法將參數(shù)檢測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)1倍,控制步長(zhǎng)縮短一半,功率因數(shù)和焊接電流有效值的計(jì)算誤差均在2％以內(nèi),現(xiàn)有系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可控性提高,對(duì)基于可控硅整流回路電參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)問題具有普遍適用性。
　　 第三,電阻點(diǎn)焊接頭的良好質(zhì)量主要依靠電熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn),焊接熱量是動(dòng)態(tài)電阻、焊接時(shí)間和焊接電流有效值平方數(shù)的乘積。由于常規(guī)恒流點(diǎn)焊控制是對(duì)焊接電流參數(shù)的閉環(huán)控制和焊接質(zhì)量的開環(huán)控制,僅僅調(diào)整電流有效值大小而忽略焊接區(qū)的真實(shí)熱效

5、應(yīng),故而難以控制焊接區(qū)加熱狀態(tài)和焊點(diǎn)質(zhì)量。本文設(shè)計(jì)以焊接熱量控制為目標(biāo)的焊接系統(tǒng),該系統(tǒng)根據(jù)焊點(diǎn)形核所需熱量和時(shí)間調(diào)整焊接功率,實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)焊接。根據(jù)點(diǎn)焊過程非線性和建模困難的特點(diǎn),設(shè)計(jì)改進(jìn)型的CMAC-PID控制器,解決常規(guī)PID或CMAC-PID控制器始終處于振蕩狀態(tài)、干擾存在情形下收斂能力較弱的問題,提高控制器性能,削弱穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)態(tài)顫振現(xiàn)象。理論分析和工藝實(shí)驗(yàn)研究表明,該控制方法尤其適用于低碳鋼焊接,能夠?qū)Φ吞间摪宀狞c(diǎn)焊過程中造成的

6、焊接飛濺的熱量波動(dòng)因素起到“削峰補(bǔ)谷”的作用,使得低碳鋼焊接過程更加平穩(wěn)、可靠?；诤附訜崃康狞c(diǎn)焊過程自適應(yīng)控制方法控制精度高,能夠?qū)Ω鞣N典型干擾因素進(jìn)行有效補(bǔ)償。該控制律用于1mm十1mm低碳鋼板材的恒功率焊接,實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯優(yōu)于恒電流控制焊點(diǎn),平均抗剪切力比恒電流控制完成焊點(diǎn)的抗剪切力高12.6％,且焊接過程更加平穩(wěn)。
　　 第四,通過試驗(yàn)方法對(duì)新型點(diǎn)焊熱量控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置優(yōu)化提出解決方法,為新材料、新環(huán)境下的點(diǎn)焊工藝參數(shù)設(shè)

7、置提供適用的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析方法論。
　　 第五,結(jié)合點(diǎn)焊過程電極位移能夠綜合反映各種干擾因素的影響并明確指示焊點(diǎn)質(zhì)量的特點(diǎn),建立以點(diǎn)焊電極位移特征參數(shù)為輸入、焊點(diǎn)質(zhì)量為輸出的2個(gè)貝葉斯置信網(wǎng)絡(luò)(BBN)模型,分析電極位移特征之間的關(guān)系,監(jiān)測(cè)焊點(diǎn)質(zhì)量。模型Ⅰ針對(duì)基于電極位移法控制律的焊接參數(shù)尋優(yōu)展開研究,得出適用于不同生產(chǎn)要求的焊接參數(shù)設(shè)置；模型Ⅱ采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推斷方法研究電極位移曲線特征與焊點(diǎn)質(zhì)量之間的關(guān)系,該方法能夠在焊點(diǎn)飛