【摘 要】
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电阻点焊技术由于具有高效、快速、无耗材的焊接特点,被广泛应用在公共交通、家用电器、汽车船舶、航空航天等制造领域。但是由于焊点是在密闭环境下形成的,无法直接观测,且焊接过程存在众多影响因素,因此焊点质量的预测一直是研究重点。传统的预测方法有无损检测和破坏性试验两种。无损检测是使用超声波探伤或者声发射信号检验,这种办法费时费力且抗干扰能力差。破坏性试验是通过测量焊点直径或抗拉伸剪切力大小,该方法的检测
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电阻点焊技术由于具有高效、快速、无耗材的焊接特点,被广泛应用在公共交通、家用电器、汽车船舶、航空航天等制造领域。但是由于焊点是在密闭环境下形成的,无法直接观测,且焊接过程存在众多影响因素,因此焊点质量的预测一直是研究重点。传统的预测方法有无损检测和破坏性试验两种。无损检测是使用超声波探伤或者声发射信号检验,这种办法费时费力且抗干扰能力差。破坏性试验是通过测量焊点直径或抗拉伸剪切力大小,该方法的检测成本随检验焊点数量线性增加。本文以焊点质量预测为目标,研究通过采集焊接过程信号,建立焊点质量预测模型。针对焊接过程信号的采集研究,本文搭建了以STM32H743IIT6为控制芯片的过程监测平台。该平台具有:精确采集焊接电流、电极电压、焊接功率和动态电阻四个过程信号;人机交互实时显示信号波形;触摸操作放大缩小波形;采集参数设置;信号数据传输;异常数据报警等功能。该平台在硬件上研究设计了:罗氏线圈配合积分电路和调理电路实现焊接电流信号采集,双绞线配和调理电路实现电极电压信号采集,RS485串口和蓝牙通信电路实现信号数据传输,TFTLCD液晶屏幕接口电路实现人机交互,外扩存储NAND FLASH实现信号数据存储,外扩SDRAM实现数据缓存。该平台在软件开发上由于需要实现上述大量复杂功能,传统的前后台系统不再适用,因此本文研究使用Free RTOS开发实时操作系统。在操作系统中将电流传感器、电压传感器、ADC模块、TFTLCD液晶屏幕、串口、外部存储和缓存等硬件的底层驱动程序封装制作成API接口函数,当系统创建信号采集存储、人机交互波形显示、信号预警与数据传输等任务时,通过调用相应的API函数,实现对应功能任务。由于监测平台在焊接过程中需要实时存储显示波形,对数据传输速度要求很高,本文软件开发上研究使用DMA将采集的数据存储到NAND FLASH中,使用STem Win开发了人机交互的底层GUI,利用DMA2D读取SDRAM中缓存的信号数据直接画出波形,从而实现过程信号波形实时显示。在完成焊接过程监测平台的软硬件设计后,使用该平台对1mm厚DX51D+Z热镀锌冷成型钢板进行点焊实验。以焊点的抗拉伸剪切力作为质量衡量指标,研究其预测问题。实验使用控制变量法,首先通过改变焊接电流和焊接时间,进行190组焊接实验,再将PC与MCU进行RS485通信,从监测平台获取信号数据,对其进行FFT滤波处理,从焊接功率曲线和动态电阻曲线选取22个特征量进行Pearson相关性分析,最终提取出6个与焊点抗拉伸剪切力强相关的特征量:焊接功率拐点时刻、焊接结束前功率下降初始值、焊接功率初始峰值点到拐点下降速率、焊接功率波形变异系数、动态电阻初始峰值点到拐点下降幅值、动态电阻初始峰值点到拐点下降速率。之后再结合焊接电流和焊接时间两个重要影响因素,建立8-10-1结构的BP神经网络预测模型,该模型预测误差的标准差在3.88%。为使模型预测精度更高,使用遗传算法优化该网络的初始权值和阈值,建立GA-BP神经网络预测模型,优化后模型预测误差的标准差在0.68%,表明优化后的模型可以准确预测焊点质量。图[62]表[15]参[93]
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