专利名称：基于伺服焊枪点焊的电极修磨在线判别方法
技术领域：
本发明涉及的是一种焊接技术领域的方法，具体是一种基于伺服焊枪点焊的电极修磨在线判别方法。
背景技术：
电阻点焊是一种重要的薄板连接技术，是车身制造的主要焊接装配方法。为了满足汽车轻量化、安全性与燃油经济性的需要，大量高强度、轻质材料如镀锌板、铝合金等应用于车身制造中。由于特殊的材料属性，点焊这类材料需要更强的焊接规范且易与电极发生合金化，使电极磨损严重，不确定性大。严重与不确定的电极磨损增大了电极端面面积，降低了电极与工件接触面的电流密度与电极压力，对焊点质量造成很大影响，电极磨损造成的电极端面面积增加是造成焊点质量下降的主要原因。
目前一般采用递增电流的方法以补偿电极磨损造成的电流密度降低，但该方法需要耗费更大的能量，反而加剧了电极磨损，且只能按照事先通过实验确定的电流递增工艺方案进行焊接，无法解决由于不确定性电极磨损造成的焊点质量下降。减少电极磨损对焊点质量影响的另一方法是进行电极修磨，即电极以既定的焊接参数焊接，由于电极磨损导致电极端面面积增加，降低了电极端面的电流密度，过低的电流密度会使不合格焊点几率大大增加。此时利用电极修磨器修磨电极头，使电极的端面面积与表面状态恢复到新电极状态。该方法不需耗费较大的能量，但须对电极磨损程度给出在线判别，进而根据电极磨损程度确定电极何时需要修磨。而目前只是根据试验事先确定某种材料的电极修磨时刻，然后应用于实际生产，还没有简捷可行的电极修磨在线判别方法。
经对现有技术的查新，未发现有关伺服焊枪电极修磨在线判别的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于伺服焊枪点焊的电极修磨在线判别方法。使其利用伺服焊枪可在线检测焊点压痕深度的特性，通过研究压痕深度随电极磨损的变化规律，利用压痕深度信息实现对电极修磨时刻的在线判别，减小了不确定性电极磨损对焊点质量的影响。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明利用伺服焊枪在线获取压痕深度，实现电阻点焊过程中各电极磨损阶段的压痕深度在线提取，根据压痕深度随电极磨损的变化规律，通过压痕深度信息实现对磨损电极修磨的在线判别，确定电极是否需要修磨。所述的压痕深度随电极磨损的变化规律，具体为在电极初始磨损阶段，压痕深度较深，随着电极磨损的增加，降低了电极端面的电流密度与电极压力，使压痕深度快速下降；随着电极磨损的进一步增加，压痕深度不再快速下降，而是稳定波动。
本发明具体实现步骤如下(1)机器人控制器控制机器人将伺服焊枪移动到指定焊接位置。伺服焊枪的下电极固定在下电极臂上，上电极作为机器人的一个运动控制轴，可上下移动。伺服焊枪的伺服电机接受到控制器运动指令后，通过传动装置控制上电极运动。在机器人控制器的指令作用下，使上、下电极闭合并以既定电极力压紧工件。
(2)达到预定电极压力后，机器人控制器给焊接控制器发出通电焊接信号，焊接控制器通过固定于伺服焊枪上的变压器以既定的焊接参数使上、下电极通电完成一个焊点的焊接。焊接结束后，在热、电、力的耦合作用将工件焊接到一起，并在工件表面留下焊点压痕。
(3)机器人控制器运行压痕深度检测程序，编码器记录当前焊点的压痕深度信息并存储到控制器中。电极磨损使电极端面面积增大，增大的电极端面面积降低了电极与工件接触面的电流密度与电极压力，而压痕深度与电流密度以及电极压力有着密切的关系。因此，压痕深度随着电极磨损的增加呈一定的规律变化。通过对不同类型镀锌板的点焊试验发现在开始焊接时，由于较高的电流密度与电极压力，压痕深度较深。随着焊接点数的增加，电极端面面积逐渐增大，使压痕深度快速下降。随着电极磨损的进一步增加，压痕深度不再减小，而是稳定波动。通过对几种镀锌板在不同电极磨损阶段的焊点质量分析表明，当压痕深度开始处于稳定波动阶段后，此时的焊点最大拉剪力虽然没有明显的下降，但金相试验分析表明，焊点的熔核已经有虚焊等缺陷，不合格焊点的几率大大提高。根据试验所建立的压痕深度与焊点质量(焊点最大拉剪力、熔核直径、疲劳强度)关系模型，由于电极的磨损影响，在压痕深度处于稳定波动阶段后，不合格焊点的几率大大提高，此时需要进行电极修磨。
(4)根据压痕深度随电极磨损的变化规律，通过以伺服焊枪获取不同电极磨损阶段压痕深度的变化信息来实现磨损电极修磨的在线判别。当测得压痕深度处于稳定阶段后，机器人控制器运行电极修磨程序，将伺服焊枪的上、下电极移动的电极修磨器的刀具槽内，使上、下电极在既定的电极压力下压紧修磨器的上、下刀具，以既定修磨参数对磨损的上、下电极同时进行修磨，使上下电极恢复到焊接前的几何尺寸与表面状态。
本发明根据压痕深度随电极磨损成一定规律变化的特点，利用伺服焊枪可在线获取压痕深度的技术特性，通过在线获取压痕深度实现了对磨损电极修磨的在线判别，以确定电极是否需要修磨，减小了不确定性电极磨损对焊点质量的影响。
图1本发明实施例伺服焊枪与机器人集成控制的点焊系统结构示意2本发明实施例伺服焊枪点焊后的焊点压痕3本发明实施例焊点压痕深度随电极磨损的变化规律图具体实施方式
结合本发明的技术方案提供以下实施例(1)本实施例采用伺服焊枪与机器人集成控制的点焊系统开始焊接，如图1所示，机器人控制器1通过信号光缆2将运动控制指令传给机器人3，机器人3执行运动指令将固定于机器人臂上的伺服焊枪21运动到指定焊接位置，使固定于下电极臂13上的下电极12贴紧工件11。机器人控制器1通过信号光缆4将控制上电极9运动的指令传给伺服电机6，伺服电机6通过传动装置7控制固定于上电极臂8上的上电极9以既定的速度运行到指定位置，使上电极9与下电极12在既定电极压力下夹紧焊接工件10与焊接工件11，上电极9的位移信息通过编码器5反馈，由信号光缆4传送并存储到机器人控制器1中。
(2)机器人控制器1通过信号光缆18将焊接信号传给焊接控制器17，焊接控制器17运行焊接程序，以既定的焊接参数进行焊接。焊接控制器17出来的电流为高电压、低电流的初级交流电，通过电源光缆16传到固定于伺服焊枪上的变压器15，经过变压器15转换为低电压、高电流的次级交流电。转换后的次级电流通过电源光缆14传到上电极9，使其与下电极臂13、下电极12、工件11以及工件10共同组成焊接回路，在电、热、力的耦合作用下，完成一个焊点的焊接，将工件11与工件10连接到一起。焊接完成后，如图2所示，上电极9与下电极12在工件10与工件11的表面分别留下一个焊点压痕22与焊点压痕23，图2中的I即为焊点压痕的深度，工件10与工件11在高温、高压下熔化的金属会形成一个焊点熔核24，该熔核将工件10与工件11连接到一起，图2中的D即为所形成的焊点熔核24的直径。
(3)焊接完成后，运行压痕深度检测程序，使上电极9与下电极12在既定电极力下压入压痕22与压痕23，焊后的电极位移信息被编码器5反馈并通过信号光缆4传送到焊接控制器1中保存，将此位移信息与焊前压紧工件状态时的电极位移信息相比较，则压痕深度(I)即可在线获得。通过对不同类型镀锌板的电极磨损试验，发现压痕深度(I)随着焊接点数的增加而呈一定的规律性变化，其变化规律如图3所示，在开始焊接阶段，由于电极端面积较小，使电极端面的电流密度与电极压力较大，压痕深度(I)较深。随着焊接点数的增加，电极磨损使电极端面积逐渐增大，降低了电极端面的电流密度与电极压力，使压痕深度(I)逐渐减小。随着电极磨损的进一步增加，压痕深度(I)不再减小，而是稳定波动。通过对此阶段的焊点质量分析表明，在压痕深度处于稳定波动阶段后，不合格焊点的几率大大提高。
(4)伺服焊枪测得焊点压痕深度(I)处于稳定阶段后，焊接控制器1发出电极修磨指令，机器人3将上电极9与下电极12移动到电极修磨器20的上、下刀具槽内，通过信号光缆19控制电极修磨器20在既定修磨参数下同时对上电极9与下电极12修磨，使电极几何尺寸与表面状态恢复到焊接前的新电极状态。
权利要求
1.一种基于伺服焊枪点焊的电极修磨在线判别方法，其特征在于，利用伺服焊枪在线获取压痕深度，实现电阻点焊过程中各电极磨损阶段的压痕深度在线提取，根据压痕深度随电极磨损的变化规律，通过压痕深度信息实现对磨损电极修磨的在线判别，确定电极是否需要修磨，所述的压痕深度随电极磨损的变化规律，具体为在开始焊接阶段，压痕深度较深，随着电极磨损的增加，电极端面积逐渐增大，降低了电极端面的电流密度与电极压力，使压痕深度快速下降；随着电极磨损的进一步增加，压痕深度不再减小，而是稳定波动。
2.根据权利要求1所述的基于伺服焊枪点焊的电极修磨在线判别方法，其特征是，具体实现步骤如下(1)机器人控制器控制机器人将伺服焊枪移动到指定焊接位置，伺服焊枪的下电极固定在下电极臂上，上电极作为机器人的一个运动控制轴，能上下移动，伺服焊枪的伺服电机接受到控制器运动指令后，通过传动装置控制上电极运动，在机器人控制器的指令作用下，使上、下电极闭合并以既定电极力压紧工件；(2)达到预定电极压力后，机器人控制器给焊接控制器发出通电焊接信号，焊接控制器通过固定于伺服焊枪上的变压器以既定的焊接参数使上、下电极通电完成一个焊点的焊接，焊接结束后，在热、电、力的耦合作用将工件焊接到一起，并在工件表面留下焊点压痕；(3)机器人控制器运行压痕深度检测程序，编码器记录当前焊点的压痕深度信息并存储到控制器中，获得压痕深度随电极磨损的变化规律；(4)根据压痕深度随电极磨损的变化规律，通过以伺服焊枪获取各电极磨损阶段压痕深度的变化信息来实现磨损电极修磨的在线判别，当测得压痕深度处于稳定阶段后，机器人控制器运行电极修磨程序，将伺服焊枪的上、下电极移动的电极修磨器的刀具槽内，使上、下电极在既定的电极压力下压紧修磨器的上、下刀具，以既定修磨参数对磨损的上、下电极同时进行修磨，使上下电极恢复到焊接前的几何尺寸与表面状态。
全文摘要
一种焊接技术领域的基于伺服焊枪点焊的电极修磨在线判别方法。本发明利用伺服焊枪在线获取压痕深度，实现电阻点焊过程中各电极磨损阶段的压痕深度在线提取，根据压痕深度随电极磨损的变化规律，即在开始焊接阶段，压痕深度较深，随着电极磨损的增加，电极端面积逐渐增大，降低了电极端面的电流密度与电极压力，使压痕深度逐渐变浅，通过压痕深度信息实现对磨损电极修磨的在线判别，确定电极是否需要修磨。本发明对比分析不同电极磨损阶段的压痕深度变化特征，通过提取的压痕深度信息实现了对电极修磨的在线判别，进而确定电极是否需要修磨，减小了不确定性电极磨损对焊点质量的影响。
文档编号B23K11/36GK1864905SQ20061002797
公开日2006年11月22日 申请日期2006年6月22日 优先权日2006年6月22日
发明者林忠钦, 王培中, 陈关龙, 张旭强, 张延松 申请人:上海交通大学