橋車車身螺柱焊接過程的控制系統

0 序  言

汽車工業現已發展成為世界上規模最大的工業，成為許多發達國家的支柱產業。特別是輕車生產做為其主要組成部分．越來越受到各個國家的重視。螺柱焊接是轎車車身焊裝中較為重要的環節．目前轎車車身多采用鍍鋅鋼板．其可焊性較差，而且焊后要求被焊件未焊部位的鍍鋅層不被破壞．保留防腐效果。普通螺柱焊接設備．由于波形不能調制．輸出熱量的控制精度較差，難以滿足上述要求。另外轎車的大批量和自動化生產還要求焊接設備能夠完成 自動送釘過程。因此需要設計一種新型的螺柱焊電源和時間控制系統來實現螺柱焊接過程的實耐控制和自動控制。本研究工作以波形控制的逆變式螺柱焊接電源為基礎．以8031單片機為核心建立了帶自動送料的拉弧式螺柱焊接過程控制系統。

1 逆變式波形控制螺柱焊接電源

普通螺柱焊機主電路多采用硅整流式、晶閘管整流式和電容儲能式．其輸出電流波形不能調制，焊接時間控制精度差，不能滿足轎車車身的焊接要求。采用焊接電流波形調幅工藝可以很好的解決轎車車身鍍鋅板焊接問題，即首先通過預焊電流燒掉鋅層，再用焊接電流進行焊接．必要時輸出焊后回火電流?。微機控制逆變式螺柱焊接電源可以實現焊接電流波形調制。主電路采用逆變頻率為20kHz 的雙 IGBT 單端正激式電路，如圖1所示。

2 螺柱焊接過程控制系統

2．1自動送料拉弧式螺柱焊機焊接過程分析

本焊機采用了自動送料的焊接設備，即焊接過程中除了螺柱焊機的焊接過程（即引弧，焊接）外還存在螺柱從送料機料斗經送料軟管自動出現在焊槍槍頭的自動送釘過程。從所用的自動送料機出發，根據螺柱的運動軌跡及控制開關的動作特點，本文將螺柱的自動焊接分為以下四個過程：螺柱的輸送(由送料機經送料軟管到達焊槍的過程)；螺柱的填入(自動出現于焊槍頭部的過程)；螺柱的提升；螺柱的下落。

2．2 設計任務

由上所述，本系統應該完成下述幾個功能：

（1）完成2．1 中所述自動焊接的四個過程。

（2）實現2．1 中焊接過程中焊接時間和螺柱動作時間的精確控制。

（3）實現時間參數的鍵盤輸入和錯誤信息的屏幕顯示。

2．3 系統硬件設計

從設計任務出發，建立了以8031 單片機為核心的微機控制系統，其原理框圖如圖 3所示。

2 ．3．1 8031最小系統

8031 單片機外接一片64KB 的程序存貯器和一片8KB 的數據存貯器，與外部時鐘電路一起構成微機控制的最小系統 J。本系統的定時器 T0采用定時器工作方式．以機器周期為時基進行計時，以產生焊接過程的時序脈沖．實現焊接過程和焊接規范之間的匹配。本系統與鍵盤一顯示(KIS)系統間采用串行通訊方式，實現了焊接參數的設定、顯示及故障信息的提示。

2 ．3．2 擴展接口電路

僅依靠 8031 單片機系統接口不能滿足實現對外部設備直接控制的需要。通過外擴一片可編程控制器8155芯片，豐富了系統接口．可以滿足控制需要。

擴展接口電路原理如圖4 所示。803t的 P2 I=1輸出AH 4 一AH7，經過 74154 芯片譯碼，作為8155芯片的選 通信號。8155 芯片的三個并行 W o 口被編程初始化，PA 口為輸入口，接收外設信息，PB、PC 口為輸出口，對外設進行控制。

2．3．3 外部設備控制電路

本焊機外部設備包括自動送料機和焊槍，對螺柱焊接的過程控制主要是對焊槍提升電磁鐵和送料機電磁氣閥的控制。利用開關量來控制其通斷從而實現螺柱焊接的四個過程。外設控制電路由焊槍選 通電路，焊槍提升電磁鐵控制電路及電磁氣閥控制電路等組成。

2．4 系統軟件設計

本系統的操作程序由主程序，中斷服務程序，故障處理程序，自動送料和焊接時序輸出程序及若干功能程序組成，程序固化在 EPRO M中。

2．4．1 主程序功能

主程序流程圖如圖4 所示。在主程序中包括系統及接口芯片的初始化程序段，與鍵盤一顯示系統通訊傳輸規范參數程序段、自動送料和焊接時序輸出程序段等。其工作過程如下：

系統上電復位后，進入初始化階段。此時系統中斷源及接口被初始化。自動送料時序輸出程序結束后．螺柱自動出現在焊槍頭部。由系統檢查外部設備狀態 確認外設狀態正常后，進入焊接過程時序輸出階段．進行焊接。從而實現螺柱焊接的四個過程。焊接結束后若需要調整參數，則要再霞新設定后才能進入下一個焊接循環。

2．4．2 中斷服務程序功能

（1）對主電路微機控制系統內部脈沖即機器周期進行計數．從而實現焊接過程與焊接電流電壓的匹配。

（2）故障處理操作，確保焊機工作穩定性。

2．4．3 故障處理程序功能

若外設狀態不正常，焊槍選通電路和開關斷開．使焊接無法進行，從而實現對整機的保護。同時將相應故障代碼傳送至鍵盤一顯示系統，使其顯示故障來源。為焊機維修和排除故障提供了方便。

2．5 抗干擾措施

2 ．5 ．1 硬件抗干擾措施

信號長線傳輸時采用屏蔽線和光耦，抑制了由于過程通道傳輸所引起的干擾。電源系統采用獨立電源的方法來實現電源系統與控制系統的完全分離。從而抑制了系統由于網壓波動等所引起干擾的串入。另外．控制板上各芯片均接去耦電容，抑制系統內部干擾。

2 ．5．2 軟件抗干擾措施

系統在每次焊接操作前，都對外設進行自檢，如有異常，系統 自動復位，封鎖主電路保證系統不受摜壞。

系統以外部定時器為高級中斷．對電源進行檢測，如有較大波動，便產生外部中斷，使系統復位，同時達到封鎖主電路的目的。

3 試驗結果

本系統的主要技術指標是：

螺柱的輸送時間：100±5ms；螺柱的填入時間：20 ±2m s；預焊時間：30一lOOm s；焊接時間：30一lOOms；螺柱的提升時間：10m s；螺柱的下落時間：12±0．5m s，這些時間參數需要和主電路控制系統中預焊電流時間、焊接電流時間相匹配，控制精度為0- - 4m s。試驗以¨螺柱為例，實測手動焊槍焊接電流電弧電壓及時間參數見表 l。

試驗結果表明，本系統成功地實現了對螺柱焊接過程自動控制，并且達到設計要求。

4 結  論

（1）逆變波式形控制螺柱焊機提供的輸出電流波形可以滿足轎車車身鍍鋅鋼板的螺柱焊接。

（2）對帶自動送料的螺柱焊機自動焊接過程的分析是正確的，焊接時間的精確控制保證了焊接質量。

（3）以8031 為核心的螺桂焊過程控制系統，成功地實現了對螺柱自動焊接過程的控制，為搭載機器人焊接提供了廣闊的前景。