CN108247189A - 电阻点焊电极位置跟踪装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电阻点焊电极位置跟踪装置及方法，属于焊接质量控制领域。跟踪装置由三轴加速度计、微控制器、无线通信模块、连接座、夹紧压板组成。三轴加速度计、微控制器、无线通信模块安装在连接座上，连接座通过夹紧压板安装在电阻点焊电极上，微控制器通过信号线分别与三轴加速度计1无线通信模块3焊接参数监测仪相连。整套装置随电阻点焊电极一起移动，在焊接过程中微控制器通过三轴加速度计获得X、Y、Z三个方向的瞬时加速度值，计算电极的瞬时空间坐标，根据预设焊点参数确定焊点编码，并通过无线通信模块将焊点编码发送至焊接参数监测仪，从而实现焊点的跟踪识别。
Description
技术领域
本发明涉及焊接质量控制领域，涉及装备制造过程中结构件焊接技术领域的一种电阻点焊电极位置跟踪技术，尤指一种电阻点焊电极位置跟踪装置及方法，用于焊接过程参数监测。
背景技术
随着能源紧缺和环境污染问题的日益加剧，作为制造业支柱产业的汽车、轨道客车工业正面临着越来越严峻的挑战。焊接结构车体作为核心承载部件，其高效、可靠的制造技术是企业产品保持良好市场竞争力的关键，也是各企业争相抢夺的技术制高点。
目前，交通车辆车体生产所采用的主要焊接工艺为电阻点焊，每台车大约包含数千个焊点，质量稳定、可靠的点焊接头是体现车身制造水平的关键。在焊接过程中对焊接参数进行在线监测，已经是当前点焊质量控制领域的关键技术。目前主流的点焊参数监控技术都是采用流水式记录方式进行，即监测仪顺序记录焊接设备每次焊接的过程参数并加以存储，作为焊接生产的监测结果数据。但是，对于手工式点焊，由于焊点的施焊顺序存在不确定性，监测仪无法保证监测结果数据与部件上的焊点一一对应，其可追溯性存在不足。因此，急需一种手工式点焊过程焊点自动跟踪与识别技术，从而实现每个焊点与其监测结果数据的可追溯性对应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电阻点焊电极位置跟踪装置及方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明采用三轴加速度计实时计算点焊设备电极的空间位置，结合工件的焊点参数信息预设输入，对焊接过程中每个焊点编号进行跟踪识别，并将该信息发送给焊接参数监测仪，从而实现焊接监测数据的一对一可追溯性管理。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
电阻点焊电极位置跟踪装置，包括三轴加速度计1、微控制器2、无线通信模块3、连接座4、夹紧压板5，所述三轴加速度计1、微控制器2、无线通信模块3分别安装在连接座4上，连接座4通过夹紧压板5安装在电阻点焊电极6上；微控制器2通过信号线分别与三轴加速度计1、无线通信模块3和焊接参数监测仪相连；
所述微控制器2为集成式单片机控制器，包含参数输入模块、初始化设置模块、信号接收模块、运算模块、信号输出模块，参数输入模块用于录入待焊工件的焊点编号及对应的各焊点空间坐标位置数据；初始化设置模块用于对电阻点焊电极6的位置信息的原点设置；信号接收模块用于接收三轴加速度计1反馈的瞬时加速度信息，同时接收焊接参数监测仪输出的焊点编码索取信号；运算模块用于根据加速度信号进行积分计算，求得X、Y、Z运动方向上的瞬时速度信息和位移信息，并根据位移信息计算电阻点焊电极在X、Y、Z方向上的坐标，将电阻点焊电极6的坐标信息与预置的焊点参数对比，匹配当前焊点的编号信息；信号输出模块用于将焊点的编号信息转化为电信号通过无线通信模块3输出给焊接参数监测仪。
所述的三轴加速度计1为压电式三轴加速度传感器，用于测量电阻点焊电极6在X、Y、Z运动方向上的瞬时加速度，并将瞬时加速度信息通过信号线传递给微控制器2。
所述的无线通信模块3为串口式WIFI通信模块，用于传输当前焊点的编号信息。
所述的焊接参数监测仪为电阻点焊过程中焊接电流、焊接压力的实时监测设备，当焊接参数监测仪监测到焊接电流、焊接压力超过预设阈值时，则判定在当前位置发生点焊过程，同时向微控制器2输出脉冲信号，索取当前焊点的编码信息。
本发明的另一目的在于提供一种电阻点焊电极位置跟踪方法，在待焊工件8的焊接过程参数监测过程中，电阻点焊电极位置跟踪装置随电阻点焊电极6移动，微控制器2实时计算电阻点焊电极6的瞬时空间坐标；焊接参数监测仪每监测到一次焊接过程参数，实时向微控制器2发送焊点编号索取指令，微控制器2则将电极瞬时的空间坐标其内部存储的部件焊点示教数据进行比对，确定此焊点编码，并将此编码发送至焊接过程参数监测仪，最终完成点焊参数监测过程中的焊点跟踪与定位。
所述的电阻点焊电极位置跟踪方法，包括如下步骤：
步骤（1）、焊点信息录入：在微控制器2中录入待焊工件8上的所有焊点的焊点编号及焊点对应的X、Y、Z方向上的空间坐标信息；
步骤（2）、坐标原点定义：将待焊工件8装夹至焊接工作台7上，移动电阻点焊电极6使其对准工作台7上的初始位置，即原点71，在此位置，微控制器2进行初始化工作，并生成原点71坐标（0，0，0）；
步骤（3）、焊点过程开始，实时计算焊点位置，并输出焊点编号：
（3.1）、移动电阻点焊电极6，使其对准待焊工件8的第一个焊点81位置，点焊过程开始，同时微控制器2实时读取三轴加速度计反馈的加速度信息，并积分计算，求解电阻点焊电极6的相对于原点71的X、Y、Z向实时空间坐标；
（3.2）、焊接参数监测仪实时监测焊接电流、焊接压力，当焊接电流、焊接压力超过预设阈值时，则判定点焊过程发生，同时向微控制器2输出脉冲信号，索取当前焊点的编码信息；
（3.3）、微控制器读取当前位置相对于原点71的相对坐标（X1，Y1，Z1），并与预制焊点位置参数匹配，计算焊点编号M1；
（3.4）、将焊点编号转化为电信号，并通过无线传输模块3输出给焊接参数监测仪；
（3.5）、移动焊钳6使电极对准待焊工件8的第二个焊点82位置，重复上述操作，获取焊点编号M2；
（3.6）重复上述操作，直至获取待焊工件8的最后一个焊点83的焊点编号Mn，完成待焊工件8的焊点位置跟踪。
本发明的有益效果在于：针对电阻点焊参数监测结果的可追溯性要求，本发明通过电阻点焊电极位置无线跟踪定位装置，实现了手工电焊生产条件下，在同一工件焊接过程中，无论采用何种焊接顺序，均能使焊接参数监测数据与焊接工件的焊点编码一一对应，大大提高了电阻点焊的质量监控效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实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。
图1为本发明的电阻点焊电极位置跟踪装置结构示意图；
图2为本发明的电阻点焊电极位置跟踪装置的工作示意图；
图3为本发明的焊点跟踪识别工作流程图。
图中：1、三轴加速度计；2、微控制器；3、无线通信模块；4、连接座；5、夹紧压板；6、电阻点焊电极；7、焊接工作台；71、原点；8、待焊工件；81、第一个焊点；82、第二个焊点；83、最后一个焊点。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图3所示，本发明的电阻点焊电极位置跟踪装置及方法，跟踪装置由三轴加速度计、微控制器、无线通信模块、连接座、夹紧压板组成。三轴加速度计、微控制器、无线通信模块安装在连接座上，连接座通过夹紧压板安装在电阻点焊电极上，微控制器2通过信号线分别与三轴加速度计1、无线通信模块3和焊接参数监测仪相连。整套装置随电阻点焊电极一起移动，在焊接过程中微控制器通过三轴加速度计获得X、Y、Z三个方向的瞬时加速度值，计算电极的瞬时空间坐标，根据预设焊点参数确定焊点编码，并通过无线通信模块将焊点编码发送至焊接参数监测仪，从而实现焊点的跟踪识别。
参见图1所示，本发明的电阻点焊电极位置跟踪装置由三轴加速度计1、微控制器2、无线通信模块3、连接座4、夹紧压板5构成，所述三轴加速度计1、微控制器2、无线通信模块3分别安装在连接座4上，连接座4通过夹紧压板5安装在电阻点焊电极6上；微控制器2通过信号线分别与三轴加速度计1、无线通信模块3和焊接参数监测仪相连；
所述微控制器2为集成式单片机控制器，包含参数输入模块、初始化设置模块、信号接收模块、运算模块、信号输出模块，参数输入模块用于录入待焊工件的焊点编号及对应的各焊点空间坐标位置数据；初始化设置模块用于对电阻点焊电极6的位置信息的原点设置；信号接收模块用于接收三轴加速度计1反馈的瞬时加速度信息，同时接收焊接参数监测仪输出的焊点编码索取信号；运算模块用于根据加速度信号进行积分计算，求得X、Y、Z运动方向上的瞬时速度信息和位移信息，并根据位移信息计算电阻点焊电极在X、Y、Z方向上的坐标，将电阻点焊电极6的坐标信息与预置的焊点参数对比，匹配当前焊点的编号信息；信号输出模块用于将焊点的编号信息转化为电信号通过无线通信模块3输出给焊接参数监测仪。
所述的三轴加速度计1为压电式三轴加速度传感器，用于测量电阻点焊电极6在X、Y、Z运动方向上的瞬时加速度，并将瞬时加速度信息通过信号线传递给微控制器2。
所述的无线通信模块3为串口式WIFI通信模块，用于传输当前焊点的编号信息。
所述的焊接参数监测仪为电阻点焊过程中焊接电流、焊接压力等参数的实时监测设备，当焊接参数监测仪监测到焊接电流、焊接压力等信号超过预设阈值时，则判定在当前位置发生点焊过程，同时向微控制器2输出脉冲信号，索取当前焊点的编码信息。
参见图2及图3所示，本发明的电阻点焊电极位置跟踪方法，在待焊工件8的焊接过程参数监测过程中，电阻点焊电极位置跟踪装置随电阻点焊电极6移动，微控制器2实时计算电阻点焊电极6的瞬时空间坐标；焊接参数监测仪每监测到一次焊接过程参数，实时向微控制器2发送焊点编号索取指令，微控制器2则将电极该瞬时的空间坐标其内部存储的部件焊点示教数据进行比对，确定此焊点编码，并将此编码发送至焊接过程参数监测仪，最终完成点焊参数监测过程中的焊点跟踪与定位。
所述的电阻点焊电极位置跟踪方法，包括如下步骤：
步骤（1）、焊点信息录入：在微控制器2中录入待焊工件8上的所有焊点的焊点编号及焊点对应的X、Y、Z方向上的空间坐标信息；
步骤（2）、坐标原点定义：将待焊工件8装夹至焊接工作台7上，移动电阻点焊电极6使其对准工作台7上的初始位置（原点71）。在此位置，微控制器2进行初始化工作，并生成原点71坐标（0，0，0）；
步骤（3）、焊点过程开始，实时计算焊点位置，并输出焊点编号：
（3.1）、移动电阻点焊电极6，使其对准待焊工件8的第一个焊点81位置，点焊过程开始，同时微控制器2实时读取三轴加速度计反馈的加速度信息，并积分计算，求解电阻点焊电极6的相对于原点71的X、Y、Z向实时空间坐标；
（3.2）、焊接参数监测仪实时监测焊接电流、焊接压力等信号，当焊接电流、焊接压力超过预设阈值时，则判定点焊过程发生，同时向微控制器2输出脉冲信号，索取当前焊点的编码信息；
（3.3）、微控制器读取当前位置相对于原点71的相对坐标（X1，Y1，Z1），并与预制焊点位置参数匹配，计算焊点编号M1；
（3.4）、将焊点编号转化为电信号，并通过无线传输模块3输出给焊接参数监测仪；
（3.5）、移动焊钳6使电极对准待焊工件8的第二个焊点82位置，重复上述操作，获取焊点编号M2；
（3.6）重复上述操作，直至获取待焊工件8的最后一个焊点83的焊点编号Mn，完成待焊工件8的焊点位置跟踪。
实施例：
下面以不锈钢车体侧墙窗口分块组成的点焊生产监测为例进行说明：
（1）、侧墙窗口分块组成为蒙皮墙板与U型骨架拼焊结构，待焊点位于U型骨架两侧的翼边上，每部件上焊点总数为90，焊点间距100mm。
（2）在待焊工件8的焊接过程参数监测过程中，电阻点焊电极位置跟踪装置随电阻点焊电极6移动，微控制器2实时计算电阻点焊电极6的瞬时空间坐标。焊接参数监测仪每监测到一次焊接过程参数时，实时向微控制器2发送焊点编号索取指令，微控制器2则将电极该瞬时的空间坐标其内部存储的部件焊点示教数据进行比对，确定此焊点编码，并将此编码发送至焊接过程参数监测仪，最终完成点焊参数监测过程中的焊点跟踪与定位。
具体实施步骤如下：
步骤（1）、焊点信息录入：在微控制器3中录入待焊工件8上的所有焊点的焊点编号及焊点对应的X、Y、Z方向上的空间坐标信息；
步骤（2）、坐标原点定义：将待焊工件8装夹至焊接工作台7上，移动电阻点焊电极6使其对准工作台7上的初始位置（原点71）。在此位置，微控制器2进行初始化工作，并生成原点71坐标（0，0，0）；
步骤（3）、焊点过程开始，实时计算焊点位置，并输出焊点编号：
（3.1）、移动电阻点焊电极6，使其对准待焊工件8第一个焊点81位置，点焊过程开始，同时微控制器2实时读取三轴加速度计反馈的加速度信息，并积分计算，求解电阻点焊电极6的相对于原点71的X、Y、Z向实时空间坐标；
（3.2）、焊接参数监测仪实时监测焊接电流、焊接压力等信号，当焊接电流、焊接压力超过预设阈值时，则判定点焊过程发生，同时向微控制器2输出脉冲信号，索取当前焊点的编码信息。
（3.3）、微控制器读取当前位置相对于原点71的相对坐标（X1，Y1，Z1），并与预制焊点位置参数匹配，计算焊点编号M1；
（3.4）、将焊点编号转化为电信号，并通过无线传输模块3输出给焊接参数监测仪。
（3.5）、移动焊钳6使电极对准待焊工件8第二个焊点82位置，重复上述操作，获取焊点编号M2。
（3.6）重复上述操作，直至获取待焊工件8最后一个焊点83的焊点编号Mn，完成待焊工件8的焊点位置跟踪。
在本实例所述的正常工艺条件下，采用本发明所述的跟踪装置进行焊点识别的准确率可以达到100%，每个焊点位置识别所消耗的时间≤100ms。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电阻点焊电极位置跟踪装置，其特征在于：包括三轴加速度计（1）、微控制器（2）、无线通信模块（3）、连接座（4）、夹紧压板（5），所述三轴加速度计（1）、微控制器（2）、无线通信模块（3）分别安装在连接座（4）上，连接座（4）通过夹紧压板（5）安装在电阻点焊电极（6）上；微控制器（2）通过信号线分别与三轴加速度计（1）、无线通信模块（3）和焊接参数监测仪相连；
所述微控制器（2）为集成式单片机控制器，包含参数输入模块、初始化设置模块、信号接收模块、运算模块、信号输出模块，参数输入模块用于录入待焊工件的焊点编号及对应的各焊点空间坐标位置数据；初始化设置模块用于对电阻点焊电极（6）的位置信息的原点设置；信号接收模块用于接收三轴加速度计（1）反馈的瞬时加速度信息，同时接收焊接参数监测仪输出的焊点编码索取信号；运算模块用于根据加速度信号进行积分计算，求得X、Y、Z运动方向上的瞬时速度信息和位移信息，并根据位移信息计算电阻点焊电极在X、Y、Z方向上的坐标，将电阻点焊电极（6）的坐标信息与预置的焊点参数对比，匹配当前焊点的编号信息；信号输出模块用于将焊点的编号信息转化为电信号通过无线通信模块（3）输出给焊接参数监测仪。
2.根据权利要求1所述的电阻点焊电极位置跟踪装置，其特征在于：所述的三轴加速度计（1）为压电式三轴加速度传感器，用于测量电阻点焊电极（6）在X、Y、Z运动方向上的瞬时加速度，并将瞬时加速度信息通过信号线传递给微控制器（2）。
3.根据权利要求1所述的电阻点焊电极位置跟踪装置，其特征在于：所述的无线通信模块（3）为串口式WIFI通信模块，用于传输当前焊点的编号信息。
4.根据权利要求1所述的电阻点焊电极位置跟踪装置，其特征在于：所述的焊接参数监测仪为电阻点焊过程中焊接电流、焊接压力的实时监测设备，当焊接参数监测仪监测到焊接电流、焊接压力超过预设阈值时，则判定在当前位置发生点焊过程，同时向微控制器（2）输出脉冲信号，索取当前焊点的编码信息。
5.一种电阻点焊电极位置跟踪方法，其特征在于：在待焊工件（8）的焊接过程参数监测过程中，电阻点焊电极位置跟踪装置随电阻点焊电极（6）移动，微控制器（2）实时计算电阻点焊电极（6）的瞬时空间坐标；焊接参数监测仪每监测到一次焊接过程参数，实时向微控制器（2）发送焊点编号索取指令，微控制器（2）则将电极瞬时的空间坐标其内部存储的部件焊点示教数据进行比对，确定此焊点编码，并将此编码发送至焊接过程参数监测仪，最终完成点焊参数监测过程中的焊点跟踪与定位。
6.根据权利要求5所述的电阻点焊电极位置跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤（1）、焊点信息录入：在微控制器（2）中录入待焊工件（8）上的所有焊点的焊点编号及焊点对应的X、Y、Z方向上的空间坐标信息；
步骤（2）、坐标原点定义：将待焊工件（8）装夹至焊接工作台（7）上，移动电阻点焊电极（6）使其对准工作台（7）上的初始位置，即原点（71），在此位置，微控制器（2）进行初始化工作，并生成原点（71）坐标（0，0，0）；
步骤（3）、焊点过程开始，实时计算焊点位置，并输出焊点编号：
（3.1）、移动电阻点焊电极（6），使其对准待焊工件（8）的第一个焊点（81）位置，点焊过程开始，同时微控制器（2）实时读取三轴加速度计反馈的加速度信息，并积分计算，求解电阻点焊电极（6）的相对于原点（71）的X、Y、Z向实时空间坐标；
（3.2）、焊接参数监测仪实时监测焊接电流、焊接压力，当焊接电流、焊接压力超过预设阈值时，则判定点焊过程发生，同时向微控制器（2）输出脉冲信号，索取当前焊点的编码信息；
（3.3）、微控制器读取当前位置相对于原点（71）的相对坐标（X1，Y1，Z1），并与预制焊点位置参数匹配，计算焊点编号M1；
（3.4）、将焊点编号转化为电信号，并通过无线传输模块（3）输出给焊接参数监测仪；
（3.5）、移动焊钳（6）使电极对准待焊工件（8）的第二个焊点（82）位置，重复上述操作，获取焊点编号M2；
（3.6）重复上述操作，直至获取待焊工件（8）的最后一个焊点（83）的焊点编号Mn，完成待焊工件（8）的焊点位置跟踪。
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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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180706 |