Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки
Рассмотрены структурная схема и алгоритмы работы системы контроля качества сварных соединений, выполненных контактной точечной сваркой, построенной на основе карманного персонального компьютера. Кроме контроля качества в реальном времени, в системе реализованы функции экспертной системы для выбора...
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101414 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. — 2010. — № 2 (682). — С. 36-40. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101414 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1014142025-02-23T18:13:49Z Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки Portable system of monitoring and control of process of resistance spot welding Руденко, П.М. Гавриш, В.С. Производственный раздел Рассмотрены структурная схема и алгоритмы работы системы контроля качества сварных соединений, выполненных контактной точечной сваркой, построенной на основе карманного персонального компьютера. Кроме контроля качества в реальном времени, в системе реализованы функции экспертной системы для выбора технологии и анализа производства. The paper presents the block-diagram and operating algorithm of the system of quality control of welded joints made by resistance spot welding based on a pocket PC. In addition to real-time quality control, the system also implements the functions of expert system for technology selection and production analysis. 2010 Article Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. — 2010. — № 2 (682). — С. 36-40. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101414 621.791.763.1.01 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Руденко, П.М. Гавриш, В.С. Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки Автоматическая сварка |
| description |
Рассмотрены структурная схема и алгоритмы работы системы контроля качества сварных соединений, выполненных
контактной точечной сваркой, построенной на основе карманного персонального компьютера. Кроме контроля качества в реальном времени, в системе реализованы функции экспертной системы для выбора технологии и анализа
производства. |
| format |
Article |
| author |
Руденко, П.М. Гавриш, В.С. |
| author_facet |
Руденко, П.М. Гавриш, В.С. |
| author_sort |
Руденко, П.М. |
| title |
Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки |
| title_short |
Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки |
| title_full |
Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки |
| title_fullStr |
Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки |
| title_full_unstemmed |
Портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки |
| title_sort |
портативная система контроля и управления процессом контактной точечной сварки |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101414 |
| citation_txt |
Портативная система контроля и
управления процессом контактной точечной сварки / П.М. Руденко, В.С. Гавриш // Автоматическая сварка. — 2010. — № 2 (682). — С. 36-40. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT rudenkopm portativnaâsistemakontrolâiupravleniâprocessomkontaktnojtočečnojsvarki AT gavrišvs portativnaâsistemakontrolâiupravleniâprocessomkontaktnojtočečnojsvarki AT rudenkopm portablesystemofmonitoringandcontrolofprocessofresistancespotwelding AT gavrišvs portablesystemofmonitoringandcontrolofprocessofresistancespotwelding |
| first_indexed |
2025-11-24T06:04:13Z |
| last_indexed |
2025-11-24T06:04:13Z |
| _version_ |
1849650581222719488 |
| fulltext |
УДК 621.791.763.1.01
ПОРТАТИВНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
ПРОЦЕССОМ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ
П. М. РУДЕНКО, В. С. ГАВРИШ, кандидаты техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрены структурная схема и алгоритмы работы системы контроля качества сварных соединений, выполненных
контактной точечной сваркой, построенной на основе карманного персонального компьютера. Кроме контроля ка-
чества в реальном времени, в системе реализованы функции экспертной системы для выбора технологии и анализа
производства.
К л ю ч е в ы е с л о в а : контактная точечная сварка, свар-
ные соединения, контроль качества, управление процессом,
диаметр ядра сварной точки, экспертная система, карман-
ный персональный компьютер
Качество контактной точечной сварки зависит от
многих факторов, в первую очередь от выбранной
технологии, применяемого оборудования и авто-
матического контроля процесса в реальном вре-
мени.
Известно много стационарных и карманных
приборов, систем на основе офисных и промыш-
ленных компьютеров и ноутбуков, предназначен-
ных для контроля процесса контактной точечной
и шовной сварки сопротивлением.
Эти приборы и системы позволяют исследо-
вать процесс сварки новых и известных матери-
алов и конструкций, автоматизировать выбор ре-
жима сварки, оптимизировать его, задавать и про-
верять допустимые пределы колебаний парамет-
ров режима, следить в реальном времени за ка-
чеством сварки. С их помощью можно накапли-
вать, статистически обрабатывать и анализиро-
вать данные, сертифицировать производство, ка-
либровать датчики, осуществлять техническое об-
служивание сварочных машин и электродов.
В качестве примера систем контроля процесса
контактной точечной сварки можно отметить ши-
рокую номенклатуру приборов Miyachi Uniteсk
[1], мониторы WeldComputer Corp., ATek Resis-
tance Welding и Dengensha America (все США),
карманный тестер TECNA (Италия) [2], измери-
тельные системы ВНИИЭСО (Россия) [3].
В ИЭС им. Е. О. Патона также разработана
серия приборов контроля и диагностики процесса
(УДК-01, -02, -05) [4] и систем управления ре-
жимом сварки, которые имеют широкий набор
функций по контролю параметров режима и ка-
чества сварного соединения (РВК-100, КСУ КС-
02) [5, 6].
Описанные выше приборы по контролируе-
мым параметрам отличаются несущественно.
Обычно это ток сварки или ток в первичной об-
мотке сварочного трансформатора, напряжение
между электродами, давление или усилие сжатия
электродов, перемещение электродов и время от-
работки операций в циклограмме. Однако по тех-
нической реализации они могут сильно отличать-
ся. Так, серия Miyachi Uniteсk включает стаци-
онарные MG3, ММ-370 (массой 5 кг) с графи-
ческим дисплеем, более компактный ММ-122А
(1,9 кг) с возможностью подключения к внеш-
нему персональному компьютеру (например, но-
утбуку) и печатающему устройству, так называ-
емый наладонный MM-380 (0,9 кг) и, наконец,
карманные приборы для измерения параметров
тока MM-315A и усилия сжатия MM-601A. В то
же время мониторы WeldComputer Corp. похожи
на промышленные рабочие станции с полноцен-
ным графическим экраном с возможностью ра-
ботать как локальное, удаленное или сетевое ус-
тройство, контролирующее несколько сварочных
машин.
В ИЭС им. Е. О. Патона создана экспертная
система для контактной точечной сварки [7], ко-
торая на основе баз данных и знаний выдает ре-
комендации по технологии сварки изделий с за-
данной толщиной деталей, состоянием их повер-
хности, особенностей конструкции и марки ма-
териала. Для повышения конкурентоспособности
желательна разработка приборов контроля с фун-
кциями экспертной системы. Кроме работы спра-
вочной системы, существует также возможность
выбора наиболее эффективного способа оценки
качества для рассматриваемого изделия и авто-
матического переключения прибора в требуемый
режим контроля.
Приборы УДК были построены на основе про-
мышленных контроллеров. Реализация в них ал-
горитмов, аналогичных экспертным системам, из-за
ограниченного объема памяти для хранения прог-
раммы и данных невозможна. Дисплеи для вывода
данных имеют ограниченные возможности по
объему выдаваемой текстовой и графической ин-
формации. Вместе с тем полноценный вывод ин-
© П. М. Руденко, В. С. Гавриш, 2010
36 2/2010
формации является очень важным и его
отсутствие приводит к ограничению
возможностей экспертных систем. В то
же время приборы контроля и управ-
ления являются сложными компьютер-
ными устройствами и выпуск их малы-
ми партиями приводит к большой се-
бестоимости.
В настоящее время широкое приме-
нение в быту (развлечения, организация
рабочего дня, перевод текста, GPS, кон-
троль здоровья и т. п.) находят мобиль-
ные компьютерные вычислительные
средства с экранами от 3…4 дюймов
для отображения текстовой и графичес-
кой информации — карманные персо-
нальные компьютеры (КПК), смартфо-
ны, коммуникаторы, нетбуки и ноутбу-
ки. Их технические характеристики при
обеспечении возможности съема ин-
формации о параметрах процесса свар-
ки со сварочной машины с успехом мо-
гут заменить перечисленные выше при-
боры и, кроме того, получить допол-
нительные преимущества путем реали-
зации требуемых функций экспертной системы.
Целью настоящей работы является создание
портативной компьютерной системы, в которой
одновременно реализованы функции экспертной
системы и функции контроля процесса сварки,
присущие специализированным приборам. При
этом система должна максимально использовать
широко распространенное серийное оборудова-
ние, которое имеет высокую надежность, низкую
стоимость и может быть приспособлено к при-
менению в условиях сварочного цеха.
Одной из основных задач при разработке такой
системы является создание аппаратуры и прог-
раммного обеспечения сопряжения мобильных
компьютеров с датчиками параметров процесса.
В ИЭС им. Е. О. Патона для сопряжения кон-
тактной точечной машины с универсальными мо-
бильными компьютерными устройствами разра-
ботана система контроля параметров процесса то-
чечной сварки КСУ КС-03, назначением которой
является измерение параметров процесса и пере-
дача этих данных в компьютер верхнего уровня.
Блок разработан на основе однокристального кон-
троллера C8051F020 компании «Silicon Laborato-
ry», основным преимуществом которого является
наличие необходимых ресурсов для построения
измерительной системы: 12-разрядного восьмика-
нального АЦП с производительностью до 100 К
измерений за 1 с и входным усилителем с прог-
раммируемым коэффициентом усиления при вы-
сокой производительности по вычислениям и уп-
равлению. Структурная схема системы приведена
на рис. 1.
Технические характеристики блока измерения
Диапазон измерения тока сварки, кА ................... 2,0…25,0;
4,0…50,0
Диапазон измерения напряжения между
электродами, В ......................................................... 0…5,0
Диапазон измерения усилия сжатия
электродов, кН ........................................................ 0…10 ; 0…20
Диапазон измерения ускорения перемещения
электродов, g .......................................................... ±1,7
Приведенная погрешность измерения
параметров, не более, % ........................................ 3,0
Скорость передачи данных по радиоканалу,
Кбит/с ...................................................................... 19,2…115,2
Напряжение питания, В ......................................... 220…380
Габаритные размеры, мм ....................................... 260 220 160
Основным отличием блока от приборов кон-
троля является наличие одного из двух каналов
связи, которые имеются практически во всех пор-
тативных компьютерах, USB и Bluetooth. В пер-
вом случае скорость обмена составляет до
921,6 Кбит/с, во втором Bluetooth адаптер рабо-
тает в режиме последовательного канала RS232
и максимальная скорость передачи составляет
115,2 Кбит/с. Хотя радиоканал имеет скорость ни-
же, его применение может быть предпочтитель-
нее, так как не требуется проводная связь между
устройствами, расстояние между приемником и
передатчиком может быть до 100 м, исключается
попадание высоких напряжений на вход компь-
ютерной системы, простое подключение.
В качестве базового набора в состав блока
входят следующие датчики: пояс Роговского
разъемного типа производства Инженерного цен-
тра сварки давлением им. Е. О. Патона; датчик
усилия сжатия MEGATRON KMB 31K 10 KN
0000D; датчик ускорения ANALOG DEVICE
ADXL 103.
Рис. 1. Структурная схема сис-
темы контроля контактной то-
чечной сварки
2/2010 37
Кроме того, для измерения напряжения между
электродами имеется пара измерительных провод-
ников со специальными зажимами.
Датчик тока — гибкий разъемный и имеет ди-
аметр 150 мм, чувствительность 1 Вс/кА, пог-
решность измерения тока не зависит от положе-
ния датчика. Датчик усилия сжатия выполнен из
высококачественной стали, рабочий температур-
ный диапазон –10…+40 °С, исполнение IP66.
Датчик ускорения — одноосный, чувствитель-
ность 1 В/g, смещение нуля при 0 g равно 2,5 В.
В состав блока также входят измерительные
преобразователи датчиков. В комплекте с датчи-
ком усилия сжатия используется измерительный
преобразователь MEGATRON IMA 3-DMS-2405.
Измерительный преобразователь датчика напря-
Рис. 2. Алгоритм работы системы контроля
38 2/2010
жения устраняет помеху, наводимую от свароч-
ного тока, и позволяет измерять сигнал непос-
редственно на электродах с прокладкой измери-
тельных цепей по сварочному контуру.
Алгоритм работы системы контроля приведен
на рис. 2.
При контроле технологического процесса блок
контроля с периодом 10 мс выдает интегральные
значения тока, напряжения, усилия сжатия и ус-
корения электродов, по которым компьютер вер-
хнего уровня рассчитывает входные величины ал-
горитма контроля качества и стабильности про-
изводства:
входные параметры допускового контроля:
ток, напряжение, перемещение и сопротивление
в последнем периоде сварки, относительное из-
менение сопротивления, интегральные оценки
погрешности отработки кривых тока, напряжения,
перемещения (сумма абсолютных значений отк-
лонения текущих величин относительно эталон-
ных кривых);
входные параметры регрессионной модели —
энергия Q, выделенная в сварочном контакте;
входные параметры нейронной сети — сред-
ние значения тока и напряжения на четырех пос-
ледовательных и по возможности равных интер-
валах, которые в сумме равны времени сварки.
При допусковом контроле качества использу-
ют алгоритмы, основанные на «нечеткой» логике
[8].
Контроль диаметра ядра сварной точки по рег-
ресионным уравнениям осуществлялся по выра-
жению
d = a0 + a1Q + a2Q2,
где a0, a1, a2 — коэффициенты уравнения.
При контроле качества сварки по нейронным
сетям использовали зависимости, приведенные в
работе [9].
Для контроля выплеска используют показания
акселерометра (рис. 3), который устанавливается
на электрододержателе. При этом учитывают вре-
мя его возникновения: выплеск в начале сварки
недопустим и может свидетельствовать о недос-
таточном усилии сжатия электродов, некачествен-
ной подготовке поверхности свариваемых деталей
или износе рабочей поверхности электродов. В
любом из этих случаев необходимо остановить
сварку изделия и устранить причину нестабиль-
ного прохождения процесса. В то же время вып-
леск в конце сварки во многих случаях не является
браковочным признаком.
По полученному значению диаметра ядра свар-
ной точки далее вычисляют среднее значение,
среднеквадратическое отклонение, а также сколь-
зящее среднее значение и скользящее среднек-
вадратическое отклонение, с помощью которых
можно попытаться определить нежелательные
тенденции в качестве сварки. Для наглядности,
кроме данных о качестве сварки, на дисплей также
выводят данные, графики и гистограммы по всему
массиву и по скользящим средним значениям.
Имеется возможность сбросить данные по пос-
ледней точке для исключения их из общей оценки,
сбросить весь массив или сохранить его в памяти
компьютера в виде отдельного файла для даль-
нейшего анализа.
Выбор технологии сварки, настройка парамет-
ров алгоритма контроля качества и статистичес-
Рис. 3. Осциллограмма сигналов с выходов измерительных
преобразователей акселерометра 1 и тока 3 при выплеске (а)
и без него (б) (2 — сигнал на выходе акселерометра)
Рис. 4. Данные по технологии сварки на дисплее КПК
2/2010 39
кий анализ производства осуществляют в диало-
говом режиме.
Рекомендации по выбору режима сварки и вы-
бору оборудования выдаются на дисплее КПК на
основании заданной марки материала, толщины
деталей, конструкции, способа обработки повер-
хности, а также требований, предъявляемых к ка-
честву сварки (рис. 4).
Для измерения параметров циклограммы уси-
лия сжатия необходимо отработать заданный ре-
жим с включенным током сварки при установ-
ленном между электродами датчике усилия сжа-
тия. В этом случае длительность тока и время
его в общей циклограмме определяются по дат-
чику напряжения между электродами (рис. 5).
В процессе сварки изделия или образцов при
подборе режима измеряют значение тока в пос-
леднем периоде Iк, средний ток за время сварки
Iс и длительность тока Tсв. Для перечисленных
значений рассчитывают и выводят на дисплей
средние значения, среднеквадратические и мак-
симальные относительные отклонения. При этом
массив для расчета этих значений в любой момент
испытаний может быть сброшен в нулевые зна-
чения либо полностью, либо только по последней
точке.
При статистическом анализе производства из
памяти прибора может быть выбран любой файл
контроля процесса сварки. Обычно один файл со-
ответствует работе сварочной машины в течение
дня и его имя выбирается по дате создания (дню,
месяцу и году). Из него формируется протокол
в виде документа программы Microsoft WORD,
в котором указывают количество сваренных то-
чек, данные по качеству сварки, данные по пог-
решностям воспроизведения контролируемых па-
раметров, рекомендации по зачистке и замене
электродов. На дисплей можно вывести гистог-
раммы контролируемых параметров и сравнить
их с аналогичными гистограммами при подборе
режима.
Таким образом, созданная система контроля
и управления процессом контактной точечной
сварки на основе современных устройств вычис-
лительной техники значительно расширяет воз-
можности контроля, повышает его достоверность
и тем самым обеспечивает требуемое качество
сварных соединений.
1. Resistance welding. Weld checkers. Spirit of innovation.
Miyachi Uniteсk. 991-041 03/07.
2. TECNA. Test and measurement instruments. 1000-10/2007.
3. Иоффе Ю. Е. Аппаратура управления и контроля для
контактной сварки // Контактная сварка и другие виды
сварки давлением. Технологии и оборудование: Матери-
алы Третьего междунар. науч.-практ. семинара 13–15
июня 2006 г. — С.-Пб., 2006.
4. Подола Н. В., Гавриш В. С., Руденко П. М. Компьютер-
ная диагностика контактной сварки // Автомат. сварка.
— 1994. — № 7/8. — С. 32–35.
5. Компьютерная система типа РВК-100 управления ма-
шиной для контактной точечной сварки / Н. В. Подола,
П. М. Руденко, В. И. Гейц и др. // Там же. — 1991. —
№ 7. — С. 61–68.
6. Гавриш В. С., Руденко П. М. Система автоматического уп-
равления и контроля процесса контактной точечной свар-
ки КСУ КС-02 // Там же. — 2007. — № 11. — С. 43–46.
7. Подола Н. В., Гавриш В. С., Руденко П. М. Система авто-
матического управления и контроля контактной точеч-
ной сварки // Там же. — 2007. — № 9. — С. 54–58.
8. Контроль качества контактной сварки межэлементных
соединений аккумуляторов на основе нечеткой логики /
Н. В. Подола, П. М. Руденко, Н. П. Горун, В. М.
Ягнятинский // Там же. — 1999. — № 5. — С. 42–45.
9. Подола Н. В., Руденко П. М., Гавриш В. С. Применение
адаптивного алгоритма для контроля качества сварки в
системах управления контактными точечными машина-
ми // Там же. — 1991. — № 7. — С. 61–68.
The paper presents the block-diagram and operating algorithm of the system of quality control of welded joints made by
resistance spot welding based on a pocket PC. In addition to real-time quality control, the system also implements the
functions of expert system for technology selection and production analysis.
Поступила в редакцию 16.10.2009
Рис. 5. Циклограмма усилия сжатия электродов на дисплее
КПК
40 2/2010
|