0 序  言

汽車(chē)工業(yè)現已發(fā)展成為世界上規模最大的工業(yè)，成為許多發(fā)達國家的支柱產(chǎn)業(yè)。特別是輕車(chē)生產(chǎn)做為其主要組成部分．越來(lái)越受到各個(gè)國家的重視。螺柱焊接是轎車(chē)車(chē)身焊裝中較為重要的環(huán)節．目前轎車(chē)車(chē)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(mǎn)足上述要求。另外轎車(chē)的大批量和自動(dòng)化生產(chǎn)還要求焊接設備能夠完成 自動(dòng)送釘過(guò)程。因此需要設計一種新型的螺柱焊電源和時(shí)間控制系統來(lái)實(shí)現螺柱焊接過(guò)程的實(shí)耐控制和自動(dòng)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(dòng)送料的拉弧式螺柱焊接過(guò)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(shí)間控制精度差，不能滿(mǎn)足轎車(chē)車(chē)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(chē)車(chē)身鍍鋅板焊接問(wèn)題，即首先通過(guò)預焊電流燒掉鋅層，再用焊接電流進(jìn)行焊接．必要時(shí)輸出焊后回火電流?。微機控制逆變式螺柱焊接電源可以實(shí)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(guò)程控制系統

2．1自動(dòng)送料拉弧式螺柱焊機焊接過(guò)程分析

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

2．2 設計任務(wù)

由上所述，本系統應該完成下述幾個(gè)功能：

（1）完成2．1 中所述自動(dòng)焊接的四個(gè)過(guò)程。

（2）實(shí)現2．1 中焊接過(guò)程中焊接時(shí)間和螺柱動(dòng)作時(shí)間的精確控制。

（3）實(shí)現時(shí)間參數的鍵盤(pán)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(wù)出發(fā)，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(shí)鐘電路一起構成微機控制的最小系統 J。本系統的定時(shí)器 T0采用定時(shí)器工作方式．以機器周期為時(shí)基進(jìn)行計時(shí)，以產(chǎn)生焊接過(guò)程的時(shí)序脈沖．實(shí)現焊接過(guò)程和焊接規范之間的匹配。本系統與鍵盤(pán)一顯示(KIS)系統間采用串行通訊方式，實(shí)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(mǎn)足實(shí)現對外部設備直接控制的需要。通過(guò)外擴一片可編程控制器8155芯片，豐富了系統接口．可以滿(mǎn)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(jīng)過(guò) 74154 芯片譯碼，作為8155芯片的選 通信號。8155 芯片的三個(gè)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(jìn)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(dòng)送料機和焊槍?zhuān)瑢β葜附拥倪^(guò)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(kāi)關(guān)量來(lái)控制其通斷從而實(shí)現螺柱焊接的四個(gè)過(guò)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(wù)程序，故障處理程序，自動(dòng)送料和焊接時(shí)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(pán)一顯示系統通訊傳輸規范參數程序段、自動(dòng)送料和焊接時(shí)序輸出程序段等。其工作過(guò)程如下：

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

2．4．2 中斷服務(wù)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(jìn)行計數．從而實(shí)現焊接過(guò)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(tài)不正常，焊槍選通電路和開(kāi)關(guān)斷開(kāi)．使焊接無(wú)法進(jìn)行，從而實(shí)現對整機的保護。同時(shí)將相應故障代碼傳送至鍵盤(pán)一顯示系統，使其顯示故障來(lái)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(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí)采用屏蔽線(xiàn)和光耦，抑制了由于過(guò)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(lái)實(shí)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(wǎng)壓波動(dòng)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(jìn)行自檢，如有異常，系統 自動(dòng)復位，封鎖主電路保證系統不受摜壞。

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

3 試驗結果

本系統的主要技術(shù)指標是：

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

試驗結果表明，本系統成功地實(shí)現了對螺柱焊接過(guò)程自動(dòng)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(mǎn)足轎車(chē)車(chē)身鍍鋅鋼板的螺柱焊接。

（2）對帶自動(dòng)送料的螺柱焊機自動(dòng)焊接過(guò)程的分析是正確的，焊接時(shí)間的精確控制保證了焊接質(zhì)量。

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