點焊工藝參數與質量的智能化管控探索

王春喜　姜旭東　孟樂　李瑞方

摘 要：點焊，是指焊接時利用柱狀電極，在兩塊搭接工件接觸面之間形成焊點的焊接方法。它是電阻焊的一種，主要用于薄板結構及鋼筋等的焊接。本方案能夠實現點焊工藝參數從研發端到設備端的在線管控和點焊質量的預測，以降低人力物力耗費較大的問題，同時提高焊接質量并降低成本。本文介紹了點焊工藝參數與質量的智能化管控思路、系統架構、工藝控制流程、主要功能等。

關鍵詞：點焊 工藝參數 焊接質量 智能化

1 引言

焊接工藝作為汽車行業四大工藝之一，肩負著車身成型、為整車提供支撐框架的重要使命，既要保證外觀造型，還須保證總裝零部件安裝點的精度，在一定程度上決定了車輛的被動安全性能。電阻點焊是白車身制造過程中的主要連接工藝方式，尤其以鋼材料為主的白車身，在主機廠內的電阻點焊的數量一般3000左右個焊點，所以電阻點焊質量的穩定性，直接決定白車身的連接質量水平。近些年，隨著法規及終端客戶對車身防腐性能及安全性能日益嚴格的要求，鍍鋅鋼板及高強度鋼板、熱成型鋼板、高性能結構膠廣泛應用于車身結構，材料的多樣性及差異性導致焊接性能變差。目前焊接參數及質量管控多以線下管理為主，焊接參數和常規質量檢測多以excel表格進行管控；焊接記錄也大多未實現一車一檔，沒有對焊接質量進行在線統計分析及質量預測。如何有效管控焊點參數及質量，成為汽車行業焊接工程師必須直面的課題。

本文針對上述問題， 打通研發端與制造基地，實現了車身焊接參數的自動下發上傳；在車間點焊質量管控方面，實現了超聲波、破壞性、鑿檢等常規檢查的在線管控；另外通過實時采集焊接記錄不僅實現了一車一檔功能，還通過焊接質量預測提高了質檢人員發現問題的效率，使得質檢更加具有針對性。

2 思路綜述

要想實現點焊工藝參數的整體管控，需要打通研發端和基地設備端，實現焊接參數能夠自動下發到基地側，同時基地側焊接設備參數也能夠自動上傳到研發端，便于整體的參數管控。

要想實現焊接質量的智能化管控，需要實現車身焊接記錄的自動采集、存儲和分析。目前電阻點焊工藝都安裝有群控軟件對焊機進行整體管控，同時它也可采集焊機焊接過程數據，一般工藝人員要想查看焊接數據需要到群控軟件上進行查看，但目前大多焊接數據還未與車身號進行綁定，因此首要工作是實現焊接數據與車身號綁定，實現一車一檔，然后對群控焊接記錄進行自動采集、存儲和分析。

要想實現焊接質量的智能化管控，需要實現超聲波、刨檢及鑿檢等常規點焊質檢數據的實時采集、存儲和分析。對于超聲波等設備質檢，可以從設備自動采集質檢信息；對于刨檢、鑿檢等人工質檢，可以人工在線錄入質檢結果信息。

要想實現焊接質量的智能化管控，需要將整個管控流程線上化和智能化，實現信息的自動流轉和推送。當出現點焊質量等問題時，自動推送到相關人員進行問題整改和解決，提高管理效率。

3 焊接參數的集中管控

一般情況下，焊接工藝參數多通過excel方式進行管理。當研發端有參數變更時，一般多通過郵件方式通知基地，基地再進行相應參數修改，研發端也難以獲取基地實際的工藝參數；同時基地工藝參數也經常存在與設備端參數不一致的情況，焊接工程師需要定期到車間進行工藝文件參數與設備端參數的一致性比對。目前存在參數更改隨意、維護麻煩等很多問題，焊接參數的集中管控很難得到有效落實。本方案通過打通研發端與基地設備端，實現研發端焊接參數的自動下發和基地設備端焊接參數的自動采集，并與工藝文件進行對比，自動識別工藝參數的變化點，一旦有參數不一致，進行報警推送，提醒焊接工藝人員。點焊工藝參數一致性比對頁面如圖1所示。這種管理方式，在確保工藝參數一致性得到有效管控的同時，也節省了大量的人工校核工時和溝通成本。另外焊接工藝參數一旦涉及更改，系統自動記錄更改時間和更改人員，對具體參數也可以查看更改記錄，實現了參數的管控檔案。目前焊接參數集中管控主要實現了以下功能：

（1）焊接工藝文件集中管理，包括研發端參數的自動下發、設備端參數的自動采集，研發端參數與工藝文件參數的一致性比對，工藝文件參數與設備端參數的一致性比對，焊接參數的在線修改等功能；

（2）工藝參數不一致實時報警推送；

（3）研發端、工藝文件及設備端參數變更記錄及查詢；

4 焊接記錄的自動采集、存儲及分析

要想實現焊接質量的智能化管控，首先需要實現焊接記錄的一車一檔，將焊接記錄與車身號綁定，然后對焊接記錄進行自動采集、存儲和智能化分析。

4.1 焊接記錄與車身號綁定

將車身VIN號、焊點號、焊接數據進行綁定，為焊接質量的智能化管控提供基礎。具體實現路徑如圖2所示。服務器將訂單號通過車間網絡下發至各線體PLC，PLC收到訂單號后將相關車型信息寫入起始工位車身RFID電子標簽，車型信息隨車身RFID電子標簽傳遞至后續焊接工位，車身到達焊接工位后，PLC讀取車身RFID電子標簽信息，PLC將車身訂單號發送至機器人，機器人將訂單號綁定焊接程序號后發送至焊接控制器調取相應焊接參數，焊接控制器將當前的焊接數據綁定訂單號后上傳至群控系統作本地存檔。

4.2 焊接記錄的自動采集及存儲

要想實現焊接群控數據采集，首先需要焊接群控電腦連接到車間網絡，并在焊接群控電腦安裝數據采集接口軟件IOT Connector，該軟件可以根據業務數據需求對外提供MQTT傳輸協議。具體數采方案如圖3所示。焊接控制器SST連接到群控電腦Line PC，群控電腦上BOS6000數據庫存儲焊接工藝參數、焊機報警記錄、焊接記錄、參數更改記錄等數據，其中焊接記錄包括車身的每個焊點的焊接電壓、電流、能量、UIP和PSF等信息，焊接曲線以.rui文件格式存儲；焊接群控數據通過MQTT方式傳輸到中央服務器進行集中存儲。

4.3 焊接記錄的統計分析

通過對焊接設備中提取的焊接數據多維度展示分析，可以幫助管理人員及時發現問題，提高管理效率。

（1）車身焊接質量檔案

管理人員可以通過VIN號、焊點號等查詢具體車身的焊點質量數據，用于質量追溯分析，具體查詢界面如圖4所示。

（2）焊接質量多維度分析

對焊接質量數據可以從自適應開啟率、飛濺率、電壓、電流、能量、UIP、PSF等維度進行多維度分析，幫助工藝質量人員及時發現質量和設備問題，比如飛濺率排名、平均UIP排名、自適應開啟率排名等。UIR自適應開啟率統計頁面如圖5所示。

（3）焊機報警統計分析

按照故障類別、故障次數等維度進行焊機報警統計分析，重要故障信息進行報警推送。圖6所示為焊機故障統計分析。

（4）漏焊統計分析

在焊接記錄及一車一檔基礎上，對車身漏焊焊點進行統計，讓工藝質量人員及時識別車身漏焊焊點。

5 超聲波、刨檢及鑿檢數據的自動采集、存儲及分析

要想實現焊接質量的智能化管控，需要實現超聲波、刨檢及鑿檢等常規點焊質檢數據的實時采集、存儲和分析。對于超聲波等設備質檢，可以從設備自動采集質檢信息；對于刨檢、鑿檢等人工質檢，可以人工在線錄入質檢結果信息。

（1）超聲波數據的自動采集、存儲及分析

對于點焊焊接質量，我們通常每天采用超聲波檢測設備進行線下抽檢，隨著科技的進步，目前超聲波設備都已具備聯網功能，可以直接采集超聲波檢測記錄并存儲到中央服務器，并進行相應統計分析。超聲波統計分析頁面如圖7所示。

（2）破壞性質檢數據的自動采集、存儲及分析

除了超聲波檢測，車間還會定期進行破壞性檢查，對車身進行破拆后檢查每個焊點的質量情況，由于焊點眾多，檢查人員需要通過PII文件查找焊點號及具體位置，同時對檢查結果進行手工記錄，影響了檢查效率。本方案提供焊點在線查看及檢查結果錄入界面，界面顯示車身數模，檢查人員通過點擊數模上的檢查焊點后，自動顯示該焊點信息，并且實現焊接結果的在線錄入功能。刨檢在線錄入頁面如圖8所示。

（3）線上質檢數據的自動采集、存儲及分析

和破壞性檢查一樣，本方案同樣可以給線上檢查工位提供焊點在線查看及檢查結果錄入界面，線上檢查工位界面會自動以數模方式顯示出待檢查的焊點，檢查人員通過點擊數模上的檢查焊點后，自動顯示該焊點信息，并且實現焊接結果的在線錄入功能。線上檢查工位錄入頁面如圖9所示。

6 焊接質量預測

傳統的焊接質量線上檢查工作一般采用循環檢測方式，例如A車檢測1～10號焊點、B車檢測11～20號焊點，以此類推。這種檢查方式相對隨機，缺乏針對性，將存在缺陷的焊點遺漏的可能性較大，不能起到杜絕質量流出的作用。焊接記錄的集中采集和存儲為機器學習提供了大量的學習數據，再結合焊點的板材、位置坐標等數據作為輸入，超聲波、破壞性檢查和線上檢查結果作為輸出，建立焊接質量預測的神經網絡模型，得到每個焊點的合格判斷標準，在車身到達檢查工位后，調取該車身焊接數據，結合每個焊點的合格判斷標準，實現可疑焊點實時推送，幫助檢查工位人員有針對性地對可疑焊點進行檢查。

7 焊接最優參數推薦

焊接參數的調試過程，一般基于調試人員經驗，輸入初始工藝參數后，通過現場實際工況下不斷的調試改進，并結合多輪鑿測破檢等質量檢測手段，最終達到滿足質量要求的工藝參數設定，過程需要耗費大量的時間和資源。通過焊接參數數據庫的建立，基于大量焊接歷史數據（含板材信息/焊接參數/焊接結果等因素），以板材組合和焊接參數數據作為輸入，以焊接結果評價值作為輸出，選擇線性回歸算法進行數據訓練，可得到基于板材組合和焊接參數數據對焊接結果評價的預測模型，構建得出焊接結果評價值。焊接最優參數推薦邏輯示意圖如圖10所示。應用焊接結果預測模型，可以逐一求解出不同板材組合條件下每種參數組合對應的焊接結果預測值，從中選取得到最高預測結果值的參數組合，作為該特定板材條件下的最優焊接參數組合，可作為焊接調試項目啟動時焊接參數的初始設定值，這樣就可以減少大量的調試時間和調試費用。

8 點焊質量管理流程智能化

在上述點焊工藝參數和質量的智能管理和分析基礎上，完全可以實現點焊質量管理信息的自動流轉和推送，當出現點焊質量等問題時，自動推送到相關人員進行問題整改和解決，提高管理效率。

（1）線上檢查工位檢查焊點的自動推送

當超聲波、刨檢檢測出有質量問題的焊點時，系統自動推送到線上檢查工位；當焊點參數發送變更時，系統自動推送焊點到檢查工位；同時系統也會將質量預測的可疑焊點推送到檢查工位。

（2）質量問題整改的自動推送

當超聲波、刨檢、線檢發現焊點質量問題時，系統自動生成問題整改工單進行問題閉環管理。

9 總結

點焊工藝參數與質量的智能化管控項目實施表明：通過打通研發端和基地設備端，實現焊接參數能夠自動下發到基地側，同時基地側焊接設備參數也能夠自動上傳到研發端，便于整體的參數管控；通過焊接質量的智能管控，實現了點焊質量和管理效率的提升。

參考文獻：

[1]吳晶波.車身電阻點焊質量控制.吉林冶金，2009，（006）-47～58.

[2]趙立新.如何保證點焊質量.望江科技，1989，000（003）-10～13.