超声波焊接数优化实验设计.docx
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超声波焊接数优化实验设计
超声波焊接参数优化实验设计
1.实验目的：
通过实验的方法寻求EndCapandHousing超声波焊接的最佳参数
2.实验物料及设备：
物料：
RTP399PC注塑产品
设备：
BRANSON2000ae超声波焊接机
超声波焊接机规格：
三种模式：
时间模式、能量模式、峰值功率模式
焊接时间（Weldtime）:
0.01-30seconds
保持时间（Holdtime）:
0.01-30seconds
振幅（Amplitude）:
10%-100%（机器默认状态为100%）
触发（TriggerForce）:
1-24
下降速度（DownSpeed）:
10-15
3.客户要求：
根据客户图纸01-00237-00版本号P4要求，EndCap和Housing经超声波焊接机焊接后拔出力不小于20磅力（ForcetoremoveEndCapformHousingtobeatleast20pounds）
1磅力=4.45牛顿所以20磅力=89牛顿
4.可能影响焊接后拔出力的因素（鱼骨图）
环境
法
人
压缩空气湿度过大
EndCap和Housing经超声波焊接机焊接拔出力不小于20磅
5.实验设计：
1.实验前通过以下方法来排除一些因素对实验的影响：
1.1.仅使用同一模号的EndCap与同一模号的Housing装配（排除不同的模号配合不一致）
1.2.使用同一个经过培训合格的员工装配EndCap和Housing（排除装EndCap时员工操作不当）
1.3.使用同一台超声波焊接机和夹具（排除夹具不当和压缩空气湿度过大）
1.4.使用同一个经过培训合格的员工操作超声波焊接机（排除Housing放入超声波机夹具时操作不当）
1.5.使用同一台拔出力测试机和同一个经过培训合格的测试员测试（排除拔出力测试时操作不当和
拔出力测试时方法不正确）
2.根据超声波焊接机的工作原理可以排除以下因素对实验的影响：
2.1.下降速度：
BRANSON2000ae工作时间，焊头下降过程中分下降和触发两个阶段，下降阶段焊头不接触产品，只有触发阶段焊头才与产品发生接触；所以下降阶段速度的大小只会影响生产周期，不会影响焊接效果。
3.确定实验因子及因子水平：
通过以上因子筛选决定出气压大小、焊接时间、保持时间、触发压力四个可能影响因子。
3.1.第一次实验设计：
目的：
通过2-level分析决定显著因子及因子水平：
3.1.1.选择第一次实验因子水平：
因子
现生产参数
机床规格
实验参数
（-）
（+）
气压（WeldPressure）
12-15Psi
0-100
10
20
焊接时间WeldTime
0.21-0.24s
0.01-30s
0.1
0.3
保持时间HoldTime
0.6-0.7s
0.01-30s
0.5
0.8
触发压力TriggerForce
1-2
1-24
1
4
3.1.2.选择合适的样本大小：
已知四个中心点，五个重复试验
Minitab>Stat>DOE>Factorial>CreateFactorialDesign
StdOrder
RunOrder
CenterPt
Blocks
WeldPressure
WeldTime
HoldTime
TriggerForce
PullForce（Unit:
N）
MarkinEndCap（帽子压伤）
48
1
1
1
20
0.3
0.8
4
117.0
X
24
2
1
1
20
0.3
0.8
1
152.9
81
3
0
1
15
0.2
0.65
2.5
54.9
12
4
1
1
20
0.3
0.5
4
121.2
78
5
1
1
20
0.1
0.8
4
113.5
52
6
1
1
20
0.3
0.5
1
216.1
84
7
0
1
15
0.2
0.65
2.5
180.1
X
55
8
1
1
10
0.3
0.8
1
244.0
X
32
9
1
1
20
0.3
0.8
4
164.0
X
23
10
1
1
10
0.3
0.8
1
181.7
77
11
1
1
10
0.1
0.8
4
106.1
37
12
1
1
10
0.1
0.8
1
73.1
11
13
1
1
10
0.3
0.5
4
204.3
X
71
14
1
1
10
0.3
0.8
1
248.3
X
28
15
1
1
20
0.3
0.5
4
155.1
16
16
1
1
20
0.3
0.8
4
223.1
15
17
1
1
10
0.3
0.8
4
121.9
70
18
1
1
20
0.1
0.8
1
132.5
64
19
1
1
20
0.3
0.8
4
87.7
31
20
1
1
10
0.3
0.8
4
193.0
X
19
21
1
1
10
0.3
0.5
1
169.9
X
58
22
1
1
20
0.1
0.5
4
291.5
67
23
1
1
10
0.3
0.5
1
121.8
X
79
24
1
1
10
0.3
0.8
4
190.0
X
40
25
1
1
20
0.3
0.8
1
221.6
X
41
26
1
1
10
0.1
0.5
4
189.2
51
27
1
1
10
0.3
0.5
1
28.5
X
7
28
1
1
10
0.3
0.8
1
241.5
X
8
29
1
1
20
0.3
0.8
1
219.2
X
27
30
1
1
10
0.3
0.5
4
157.9
45
31
1
1
10
0.1
0.8
4
81.1
35
32
1
1
10
0.3
0.5
1
75.2
X
69
33
1
1
10
0.1
0.8
1
278.8
39
34
1
1
10
0.3
0.8
1
42.4
56
35
1
1
20
0.3
0.8
1
229.0
54
36
1
1
20
0.1
0.8
1
127.2
80
37
1
1
20
0.3
0.8
4
82.4
33
38
1
1
10
0.1
0.5
1
9.5
76
39
1
1
20
0.3
0.5
4
127.8
X
82
40
0
1
15
0.2
0.65
2.5
114.9
29
41
1
1
10
0.1
0.8
4
23.7
72
42
1
1
20
0.3
0.8
1
209.6
60
43
1
1
20
0.3
0.5
4
42.2
75
44
1
1
10
0.3
0.5
4
138.4
X
83
45
0
1
15
0.2
0.65
2.5
83.5
1
46
1
1
10
0.1
0.5
1
19.3
46
47
1
1
20
0.1
0.8
4
50.0
22
48
1
1
20
0.1
0.8
1
71.4
53
49
1
1
10
0.1
0.8
1
24.1
6
50
1
1
20
0.1
0.8
1
38.9
43
51
1
1
10
0.3
0.5
4
187.0
25
52
1
1
10
0.1
0.5
4
99.6
X
59
53
1
1
10
0.3
0.5
4
139.2
X
5
54
1
1
10
0.1
0.8
1
32.4
21
55
1
1
10
0.1
0.8
1
33.4
20
56
1
1
20
0.3
0.5
1
77.7
10
57
1
1
20
0.1
0.5
4
199.9
61
58
1
1
10
0.1
0.8
4
78.8
66
59
1
1
20
0.1
0.5
1
107.2
44
60
1
1
20
0.3
0.5
4
170.2
X
9
61
1
1
10
0.1
0.5
4
75.3
68
62
1
1
20
0.3
0.5
1
221.4
X
34
63
1
1
20
0.1
0.5
1
63.7
57
64
1
1
10
0.1
0.5
4
28.9
38
65
1
1
20
0.1
0.8
1
10.6
17
66
1
1
10
0.1
0.5
1
28.2
13
67
1
1
10
0.1
0.8
4
86.1
49
68
1
1
10
0.1
0.5
1
60.9
4
69
1
1
20
0.3
0.5
1
127.2
42
70
1
1
20
0.1
0.5
4
126.4
50
71
1
1
20
0.1
0.5
1
103.8
62
72
1
1
20
0.1
0.8
4
71.0
18
73
1
1
20
0.1
0.5
1
30.4
14
74
1
1
20
0.1
0.8
4
191.0
36
75
1
1
20
0.3
0.5
1
273.7
X
74
76
1
1
20
0.1
0.5
4
114.3
3
77
1
1
10
0.3
0.5
1
141.5
47
78
1
1
10
0.3
0.8
4
184.2
65
79
1
1
10
0.1
0.5
1
57.7
30
80
1
1
20
0.1
0.8
4
119.2
2
81
1
1
20
0.1
0.5
1
50.0
26
82
1
1
20
0.1
0.5
4
69.3
63
83
1
1
10
0.3
0.8
4
121.5
X
73
84
1
1
10
0.1
0.5
4
118.4
3.1.2.第一次DOE数据分析
3.1.2.1.实验测得FullForce数据的正态分布分析：
Minitab>Stat>BasicStatistics>NormalityTest
上图为正态分布图，很明显这次实验测得的FullForce成正态分布
3.1.2.2.实验因子交互作用及主效果的显著性：
上图为单因子对FullForce的影响；三个主因子均显著，且均在高水平获得大的FullForce,
Rweldtime>Rweldpressure>RHoldtime>RTriggerforce.
Minitab>Stat>DOE>Factorial>FactorialPlots
上图为交互作用图，WeldTime与HoldTime,WeldTime与TriggerForce交互作用显著.WeldTime显著性受HoldTimeandTriggerForce交互作用的混淆.
三个因子两个水平的中点所获得的FullForce均可能满足客户的需要（89牛顿），而且WeldPressure过大可以引起产品外观压伤，WeldTimeandHoldTime过长会引起生产周期过长；所以需要再做一次实验。
3.1.3.求中位数
已知客户要求拔出力不小于20磅力（89牛顿）;以现在的生产能力计算出能满足客户需要的中位数（CPK=1.67）
以下为PQ时的测量数据
FullForce（Unit:
Pounds）
FullForce（Unit:
N）
FullForce（Unit:
Pounds）
FullForce（Unit:
N）
1
47.18
209.95
21
26.67
118.68
2
38.08
169.46
22
34.3
152.64
3
35.96
160.02
23
43.8
194.91
4
33.93
150.99
24
43.89
195.31
5
53.36
237.45
25
40.81
181.6
6
55.23
245.77
26
41.28
183.7
7
50.13
223.08
27
45.98
204.61
8
42.11
187.39
28
47.1
209.6
9
38.53
171.46
29
34.46
153.35
10
59.76
265.93
30
50.62
225.26
11
48.48
215.74
31
56.49
251.38
12
59.7
265.67
32
42.97
191.22
13
39.03
173.68
33
31.8
141.51
14
34.85
155.08
34
27.35
121.71
15
46.72
207.9
35
48.05
213.82
16
26.78
119.17
36
50.84
226.24
17
43.86
195.18
37
50.37
224.15
18
42.34
188.41
38
43.74
194.64
19
42.96
191.17
39
52.88
235.32
20
28.08
124.96
40
55.92
248.84
DescriptiveStatistics:
FullForce（Unit:
N）
VariableNMeanMedianTrMeanStDevSEMean
FullFor40193.17194.77193.2639.906.31
VariableMinimumMaximumQ1Q3
FullFor118.68265.93162.38223.88
CPK=Min（USL-u）/3σor（u-LSL）/3σ
u=1.67*3*6.31+89=31.6131
则USL=153LSL=89Mean=121,所以目标（Target）为121牛顿.
3.2.第二次实验设计：
目的：
在第一次实验的基础上设计一个实验，寻求最佳的参数：
3.2.1.选择第二次实验因子水平：
假如四个显著因子均成正态分布，那么可以得到89牛顿时各因子的水平；从主效果图可以看出四个显著因子的中位值均能满足客户的需要，所以第二次实验因子的二个水平取值如下：
因子
现生产参数
机床规格
实验参数
（-）
（+）
（-）
（+）
气压（WeldPressure）
10
20
0-100
11
15
焊接时间WeldTime
0.1
0.3
0.01-30s
0.15
0.2
保持时间HoldTime
0.5
0.8
0.01-30s
0.52
0.65
触发压力TriggerForce
1
4
1-24
1
2.5
3.1.2.选择合适的样本大小：
已知四个中心点，一个重复试验
Minitab>Stat>DOE>Factorial>CreateFactorialDesign
StdOrder
RunOrder
CenterPt
Blocks
WeldPressure
WeldTime
HoldTime
TriggerForce
FullForce（Unit:
N）
5
1
1
1
11
0.15
0.65
1
72.878
4
2
1
1
15
0.2
0.52
1
136.669
1
3
1
1
11
0.15
0.52
1
130.555
11
4
1
1
11
0.2
0.52
2.5
147.377
20
5
0
1
13
0.175
0.585
1.5
170.237
3
6
1
1
11
0.2
0.52
1
109.985
9
7
1
1
11
0.15
0.52
2.5
89.882
16
8
1
1
15
0.2
0.65
2.5
146.965
10
9
1
1
15
0.15
0.52
2.5
133.662
12
10
1
1
15
0.2
0.52
2.5
148.396
18
11
0
1
13
0.175
0.585
1.5
165.441
13
12
1
1
11
0.15
0.65
2.5
129.904
15
13
1
1
11
0.2
0.65
2.5
123.295
17
14
0
1
13
0.175
0.585
1.5
164.429
2
15
1
1
15
0.15
0.52
1
186.843
8
16
1
1
15
0.2
0.65
1
150.828
6
17
1
1
15
0.15
0.65
1
129.538
14
18
1
1
15
0.15
0.65
2.5
146.45
7
19
1
1
11
0.2
0.65
1
179.265
19
20
0
1
13
0.175
0.585
1.5
140.084
Minitab>Stat>DOE>Factorial>Responseoptimizer
最佳参数:
当超声波焊接机参数设置为WeldPressure=11.0；WeldTime=0..2；HoldTime=0.65；TriggerForce=2.5时焊接后产品的拔出力有92.8%的机会为123.295牛顿
3.3.验证实验设计：
目的：
验证最佳参数的可信度
X
W
Y
Z
Side1
Side2
mid
段差
FullForce
序号
0.45+/-0.25
0.45+/-0.25
0.45+/-0.25
0.45+/-0.25
0.78+/-0.30
0.78+/-0.30
0.70+/-0.3
0.01/-0.25
MIN89.9
1
0.3627
0.4433
0.4489
0.3112
0.6572
0.7794
0.7234
-0.1444
120.2907
2
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