一種不銹鋼在線焊縫質(zhì)量判定系統(tǒng)的應用

洪 濤，呂孟靜，徐云飛

（1.寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江寧波 315807；2.上海鍥孚智能科技有限公司，上海 201700）

0 引言

寧波寶新不銹鋼有限公司2BA 機組是2012 年投產(chǎn)的不銹鋼光亮板連續(xù)生產(chǎn)線，焊機設備是機組的關鍵設備，在生產(chǎn)線上有著連接前后帶鋼的重要作用。良好的焊接質(zhì)量是保證機組生產(chǎn)線穩(wěn)定運行的基礎，該機組采用的是米巴赫公司的QMH13 滾焊機[1]，是前期不銹鋼連續(xù)產(chǎn)線應用比較廣泛的一種電阻焊機。此焊機設計配備了一臺離線杯凸實驗機用于焊縫質(zhì)量的判斷，原有的設備配置已無法滿足當前發(fā)展的需求。由于焊機是早期產(chǎn)品，因機械結(jié)構(gòu)問題無法加裝米巴赫公司后期研發(fā)的QCDS（Quality-Cost-Delivery-Services，品質(zhì)、成本、交期和服務）系統(tǒng)。針對寶新不銹鋼有限公司2BA 機組實際生產(chǎn)情況，開發(fā)出一種適合QMH13 型電阻焊機焊接不銹鋼的在線焊縫質(zhì)量判定系統(tǒng)，并在線應用。

1 在線焊縫質(zhì)量判定系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

在線焊縫質(zhì)量判定系統(tǒng)的主要硬件有：①臺式工作站一臺（預裝智能焊機管理系統(tǒng)）；②網(wǎng)絡交換機兩臺，一臺用于服務器端，一臺用于臺式機端；③臺式機一臺（用于訪問智能焊機管理系統(tǒng)的看板及管理頁面）；④溫度檢測系統(tǒng)與電壓檢測系統(tǒng)（接入焊機PLC）；⑤焊機設備本體上的各類傳感器（從焊機PLC 讀取）（圖1）。其中，PWA-C 為中間件服務器，用于焊機相關數(shù)據(jù)的讀取以及與大數(shù)據(jù)服務器通信，負責數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和調(diào)度功能。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)軟件模型簡介

在線焊縫判定系統(tǒng)應用數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析，使用針對焊機定制化的HPF（Highest Priority First，優(yōu)先級調(diào)度算法）智能化算法[2]。該方法包括3 個階段：物理空間的分割和映射，特征模型的開發(fā)和驗證，特征模型的聯(lián)動與整合。

在物理空間的分割和映射階段，針對焊接過程提取出焊機和被焊帶鋼兩個物理對象，再從這兩個物理對象進一步抽象出相應的3 個重要物理特征關注點：焊機溫度傳感器的健康度，焊機的工作參數(shù)，焊縫的質(zhì)量。基于上述關注點，結(jié)合焊機的歷史數(shù)據(jù)與相關領域知識，分別建立其對應的的數(shù)學模型（圖2）[2]，即焊機溫度傳感器健康管理模型、焊機參數(shù)優(yōu)化模型和焊縫反饋評估模型。

圖2 模型

這樣就初步建立了基于物理特征的焊接過程表征，也就是HPF 的第二階段。最后階段需要把這3 個模型整合在一起，徹底完成焊接過程的數(shù)字化鏡像。在這一階段，可以通過近期的焊縫質(zhì)量變化來評價焊機的溫度傳感器健康狀態(tài)，也可以根據(jù)焊機的狀態(tài)調(diào)整焊機的工作參數(shù)，讓焊縫質(zhì)量在當前狀態(tài)下達到最優(yōu)。

3 在線焊縫質(zhì)量判定系統(tǒng)的工作流程

2BA 焊機的在線焊縫判定系統(tǒng)安裝于單臺硬件服務器中，服務器需要接入焊機PLC 所在網(wǎng)絡。任何接入該網(wǎng)絡的計算機，只需要安裝Chrome 瀏覽器就可以訪問系統(tǒng)的看板和管理員歷史數(shù)據(jù)查詢頁面?？窗迮c管理員界面為本系統(tǒng)的主要人機交互接口，提供了一整套直接查詢的統(tǒng)一入口。

本系統(tǒng)除了提供看板和管理員歷史數(shù)據(jù)查詢界面外，還提供了兩個數(shù)據(jù)接口，用于接收數(shù)據(jù)和提供反饋，可供第三方系統(tǒng)在后臺直接調(diào)取使用。

（1）接口1：參數(shù)實際設定采集、推薦設定接口。焊接開始前，由網(wǎng)絡內(nèi)的PWA-C 系統(tǒng)獲取帶鋼信息，包括：前行以及后行帶鋼的卷號、寬度，厚度，鋼種，并發(fā)送到本接口。接口收到數(shù)據(jù)后會反饋出設定參數(shù)的推薦值，包括電流、速度、焊輪壓力、搭接量、搭接補償?shù)取?/p>

（2）接口2：焊縫評分接口。焊接結(jié)束后，由網(wǎng)絡內(nèi)的PWA-C 系統(tǒng)獲取焊接過程中采集的溫度以及反饋電壓數(shù)據(jù)，并發(fā)送到本接口。

4 在線焊縫質(zhì)量判斷系統(tǒng)在BA 產(chǎn)線的應用

在線焊縫質(zhì)量判斷系統(tǒng)在2BA機組的應用界面主要分為主界面和歷史數(shù)據(jù)庫兩部分，其中主界面由5個部分組成（圖3）：①顯示最近一次焊接的判斷結(jié)果（分數(shù)）；②當前焊接時間及當時焊接的帶鋼參數(shù)，以及推薦和實際設定的焊接參數(shù)；③下次焊接帶鋼參數(shù)及參數(shù)推薦；④溫度傳感器健康度；⑤當前焊接的溫度、速度、電流、電壓、壓力等曲線。

圖3 主界面

歷史數(shù)據(jù)庫由歷史數(shù)據(jù)記錄和曲線詳情組成（圖4、圖5）。

圖4 歷史數(shù)據(jù)

圖5 曲線詳情

原2BA 機組采用的焊縫質(zhì)量判定方法：在焊接結(jié)束后首先將焊縫定位到焊機輔助設備月牙剪處，進行剪月牙[3]作業(yè)；把剪下的焊縫在相關設備上進行彎折試驗或杯凸實驗，待檢測合格后放行帶鋼，如檢測不合格后再把焊縫拉回焊機的雙精剪處進行剪切重焊作業(yè)。這種在線焊縫判定系統(tǒng)是在焊機焊接時測量和收集相關數(shù)據(jù)，在焊接結(jié)束后第一時間給出質(zhì)量判定結(jié)果：判定合格后再進行剪月牙作業(yè)后直接放行，對認為有疑問的焊縫可以再按原方法操作檢測；把判定不合格的結(jié)果傳輸給焊機PLC，可以直接進行重焊焊接，減少焊縫重新拉回來的定位過程，有效縮短重焊時間。在線焊縫質(zhì)量判定系統(tǒng)可以有效判定不合格焊縫，與圖4 歷史庫數(shù)據(jù)所對應的實際不合格焊縫見圖6。

圖6 實際不合格焊縫

5 結(jié)論

在線焊縫質(zhì)量判定系統(tǒng)可以有效替代原有的人工彎折、敲擊或杯凸檢驗，有效節(jié)約操作時間，降低員工的工作負荷。