专利名称：用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种焊接技术领域的方法，特别是一种用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法。
背景技术：
一直以来，轿车车体的焊接制造中，技术上无法实现对以上发生的焊点质量问题实施目测法检测，而通常采用的是成品抽样式的破坏性检测，即是说无法实时了解车体的焊接质量状况。因此，实际生产中需求一项新的轿车车身点焊的实时质量检测与报警技术，能够实时检测轿车车体焊点的熔核大小及焊点熔化金属液体飞溅的现象并判别质量合格与否，同时，按设定的技术条件及时报警，为点焊工艺的研究和改进以及工人的操作改进提供一种可靠的依据，从而保证轿车车体点焊质量的稳定。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利号为200410073305，名称为点焊熔核直径的实时检测方法，此发明采用下述步骤取与焊接件相同厚度的焊接试样进行多点点焊，通过测量与计算获得每点的动态电阻曲线；进而获得每点的准稳态电阻值r#-[D]；沿贴合面剖开焊接试样，测量每个焊点的熔核直径d#-[核]，根据每个焊点熔核直径d#-[核]与准稳态电阻值r#-[D]的对应关系，绘制出准稳态电阻值r#-[D]与熔核直径d#-[核]关系曲线；将不同厚度材料的r#-[D]-d#-[核]曲线存储在计算机系统中，当点焊某种材料时，计算机系统先获得该焊点的准稳态电阻值r#-[D]，再与相同厚度材料的r#-[D]-d#-[核]曲线进行比较可获得对应的熔核直径，当熔核直径小于设定的标准值时，判定焊点质量不合格，实现对不锈钢及高温合金材料的实时检测。该方法应用电阻曲线与焊点熔核直径的相关性，实现了对不锈钢及高温合金材料的实时检测，但是不能够以电极位移为信号实时检测并记录轿车车体镀锌低碳钢板的电阻点焊的熔核大小及焊点熔化金属液体飞溅的现象并及时发出警报。
研究表明，对于低碳钢而言，使用电阻点焊过程中每半周的波动态电阻和电极位移RMS值参量作为神经网络输入，可以有效地预测电阻点焊接头的抗拉剪切强度。在没有发生喷溅现象时，点焊过程中的焊接电压、焊接电流以及电极位移曲线上没有明显的突变，在发生了喷溅现象后，从电极位移曲线上可以看到有明显的突变。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，使其依据实时采集的电极位移曲线(存在一个相对应的实时焊点的熔核尺寸)与实验得出的标准质量控制区域的电极位移曲线图(存在一组相对应的标准焊点的熔核尺寸)进行比较，按设定的判定准则进行判定，判断出合格、不合格、焊点飞溅、焊点过小四种实时焊接状态，同时，按设定的技术条件及时发出警报。
本发明是通过以下技术方案实现的，方法步骤如下a、依据激光感应测量，得到点焊机电极的位移量，并生成电子模拟信号(理想的采样变量参数)。
b、将采集到的位移信号(模拟信号即电压值)转化为数字系统可以识别的数字信号。
c、将实时采集的电极位移曲线与实验得出的标准电极位移曲线图进行比较，依据质量判定准则，判定合格、不合格，同时，依据判定不合格焊点状态的判定准则，判定焊点飞溅或焊点过小，按设定的不合格焊点次数发出警报。
所述的步骤a中，电极位移可直接度量焊点熔核直径合格与否，根据实际测量确定的具体对应关系即判定准则为(1)若点焊机的电极位移落在上、下限(上、下限由优质焊点对应的电极位移来确定)之间，表示焊点熔核直径均达到规定尺寸，其接头强度高，无飞溅和裂纹。该区为焊点熔核尺寸的质量合格区域；(2)若点焊机的电极位移落在上限以上，则表示焊点由于加热过大，熔核直径超过规定值，以至会出现飞溅，过烧和压痕过深等缺陷。倘若焊接规范参数再增大，则会产生早期的飞溅，破坏了焊接过程，严重时烧坏焊件，该区为焊点熔核尺寸的质量不合格区域及焊点熔化金属液体飞溅的系统报警区域；(3)若点焊机的电极位移落在下限以下，则表示熔核直径低于标准值的区域。由于点焊规范参数过小，或存在严重电流分流等因素，造成焊点加热不足，形成的熔核直径偏小，低于规定值，甚至未熔化(无熔核)，该区为焊点熔核尺寸的质量不合格区域。
所述的步骤a中，通过电极位移量来度量焊点熔核直径合格与否，电子模拟信号与焊点熔核直径的大小存在着一一对应的关。
所述的步骤b，如要有效的进行质量判别，必须做到如下(1)在0.5ms时间内，可稳定的接收测量到的位移为150um距离之内对应的模拟电子信号；(2)在0.5ms时间内，将采集到的位移信号(模拟信号即电压值)转化为数字系统可以识别的数字信号。同时，采样瞬间将输入信号的瞬间状态“冻结”，消除转换时带来的时间误差。
所述的步骤c，具体实现如下(1)以常用的ST1203 1.0mm+1.0mm钢板为实验板材；(2)实验中使用的焊接电流为6800A-8200A之间；(3)焊接时间为10个周波。
(4)实验得到焊点的以数字位移信号表示的质量合格区(可存储在PC机中并可在PC机的虚拟仪器上显示)。
(5)依据步骤a中判定准则，可直观地判定实时采集的焊点的以数字位移信号表示的焊点质量为合格、不合格并记录保存下来。(因实时采集的数字位移信号可同时显示在PC机上的虚拟仪器上的焊点质量合格区图上)。
(6)依据焊点熔核过小、焊点飞溅判定准则，判定不合格焊点中熔核过小、焊点飞溅并记录保存下来。
(7)依据设定的不合格焊点数进行报警并记录保存下来。
步骤c中，使用6800A-8200A之间不同焊接电流进行实验得到电极位移曲线，确定焊点飞溅发生时边界位移曲线与合格的位移曲线(上升与下降的速率都很平缓)相比有飞溅的位移曲线在上升阶段后出现了一个急剧下降沿，所以可以把位移曲线这个急剧下降沿作为判定焊点发生飞溅的特征信息，此时的焊接电流达到8200A，其算法上可通过对曲线移动平滑后求导，计算各点的一阶导数，当导数大于某临界值时，认为飞溅发生。确定焊点熔核过小发生时边界位移曲线当整个焊接周期的前半段的位移膨胀量均小于位移合格区域下限时，位移曲线上升速率小于位移合格区域下限时，认为是电机磨损严重或焊点分流等原因造成的焊点加热不足，形成的焊核直径偏小，所以，可判定焊点熔核过小，此时的焊接电流达到6800A。
对于判断判定进一步的验证如下沿贴合面剖开焊接试样，直接测量焊点的熔核直径，结合焊后焊点的力学性能实验和金相实验，证实以上方法所确定的边界的电极位移曲线真实合理，最后，根据此电极位移曲线确定焊点熔核尺寸的质量合格区域。
当焊接工况出现异常时，通常会出现连续的质量不合格情况，为了防止异常情况时工人仍然继续焊接，当连续有10个焊点超限时，可实现自动报警。
本发明具有实质性特点，依据实时采集的电极位移曲线(存在一个相对应的实时焊点的熔核尺寸)与实验得出的标准质量控制区域的电极位移曲线图(存在一组相对应的标准焊点的熔核尺寸)进行比较，按设定的判定准则进行判定并判断出合格、不合格、焊点飞溅、焊点过小四种实时焊接状态，同时，按设定的技术条件及时发出警报。形象直观地实时检测焊点的质量问题并记录保存下来，为改进轿车车体设计、工艺以及焊接工人的操作提供一种可靠的依据，从而提高轿车车体的质量。
图1本发明检测与报警方法框2本发明的实时采集电极位移判定准则3本发明实施例的由实验得到的不同焊接电流的电极位移曲线图4本发明实施例的焊点质量合格区域(标准曲线)的电极位移曲线5本发明熔核过小判定准则图6本发明焊点飞溅发生判定准则图7本发明实施例的焊点不合格累积次数报警流程8本发明的方法实施后在PC机显示器上的虚拟仪器的界面图具体实施方式
根据本发明内容提供具体实施例XX有限公司车身车间的轿车车身左侧框部件，120#焊接工位的C型焊枪，其型号是59D-370，标准焊接电流为7400A，焊接时间为10周波，气缸压力为2KN。
a、如图1所示依据激光感应测量，得到点焊机电极的位移量，并生成电子模拟信号(理想的采样变量参数)，实际质量检测过程中，电极位移可直接度量焊点熔核直径，根据实际测量确定的具体对应关系如图2所示(1)若点焊机的电极位移落在上、下限(上、下限由边界上的合格焊点对应的电极位移来确定)之间，表示焊点熔核直径均达到规定尺寸，其接头强度高，无飞溅和裂纹。该区为焊点熔核尺寸的质量合格区域；(2)若点焊机的电极位移落在上限以上，则表示焊点由于加热过大，熔核直径超过规定值，会出现飞溅。倘若焊接规范参数再增大，则会产生早期的飞溅，破坏了焊接过程，严重时烧坏焊件，该区为焊点熔核尺寸的质量不合格区域及焊点熔化金属液体飞溅的系统报警区域；(3)若点焊机的电极位移落在下限以下，则表示熔核直径低于标准值的区域。由于点焊规范参数过小，或存在严重电流分流等因素，造成焊点加热不足，形成的熔核直径偏小，低于规定值，甚至未熔化(无熔核)，该区为焊点熔核尺寸的质量不合格区域。
b、如图1所示将采集到的位移信号(模拟信号即电压值)转化为数字系统可以识别的数字信号。
所述的步骤b，具体如下(1)在0.5ms时间内，可稳定的接收测量到的位移为150um距离之内对应的模拟电子信号；(2)在0.5ms时间内，将采集到的位移信号(模拟信号即电压值)转化为数字系统可以识别的数字信号。同时，采样瞬间将输入信号的瞬间状态“冻结”，消除转换时带来的时间误差。
c、如图1所示将实时采集的焊枪的电极位移曲线(数字信号)与实验得出的标准(数字信号)电极位移曲线图(质量合格区域)进行比较，依据质量判定准则，判定合格、不合格，同时，依据判定不合格焊点状态的判定准则，判定焊点飞溅或焊点过小，按设定的不合格焊点次数发出警报。
具体如下(1)以常用的ST1203 1.0mm+1.0mm钢板为实验板材；(2)实验中使用的焊接电流为6800A-8200A之间；(3)焊接时间为10个周波。
(4)图3为实验得到不同焊接电流下焊点位移曲线，从图3中看出当焊接电流达到8200A时，发生了飞溅现象，所以确定焊点位移合格区域的上限焊接电流值为8200A。根据XX有限公司的焊点标准，通过焊后的力学拉剪试验和金相检验，确定位移合格区域的下限焊接电流值为6800A(同时考虑了多层板焊接的情况)。通过对8100A和6800A的焊点进行大量的试验分析，最终确定的120#工位59D-370焊枪所焊部位的焊点以位移曲线表示的质量合格区域如图4所示(可存储在PC机中并可在PC机的虚拟仪器上显示)。
(5)依据实时采集的焊点位移曲线位于焊点位移合格区域(焊点熔核尺寸的控制区域)就认为焊点质量合格的判断准则，可直观地判定实时采集的焊点的以数字位移信号表示的焊点质量为合格、不合格。
(6)根据焊点热膨胀位移监测原理，当位移曲线上升速率小于位移合格区域下限时，认为是电机磨损严重或焊点分流等原因造成的焊点加热不足，形成的焊核直径偏小，当整个焊接周期的前半段的位移膨胀量均小于位移合格区域下限时，可判定焊点熔核过小如图5所示。
与正常的位移曲线(上升与下降的速率都很平缓)相比有飞溅的位移曲线在上升阶段后出现了一个急剧下降沿，所以可以把位移曲线这个急剧下降沿作为判读焊点发生飞溅的特征信息，如图6所示。
(7)当焊接工况出现异常时，通常会出现连续的质量不合格情况，为了防止异常情况时工人仍然继续焊接，当连续有10个(这个数字可以根据车间的要求设置)焊点超限时，可实现自动报警，如焊点不合格累积次数报警流程图7所示。
本发明实施后的效果显著，如使用图形化的编程语言LabVIEW(LaboratoryVirtual instrument Engineering)编写的虚拟仪器可将本发明的方法即检测与报警的结果显示在PC机显示器上的虚拟仪器的界面上，如图8所示将实时采集的数字位移信号可同时显示在PC机上的虚拟仪器上的焊点以位移曲线表示的质量合格区图上，并在实时显示电极位移曲线的同时显示出合格、不合格、焊点飞溅、焊点过小四种实时焊接状态及按设定的不合格焊点次数发出警报。
本发明解决了轿车车身点焊的实时质量检测与报警的问题，形象直观地实时检测焊点的质量问题并记录保存下来，为改进设计、工艺以及工人的操作提供一种可靠的依据，从而提高轿车车体的质量。
权利要求
1.一种用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，其特征在于，步骤如下a、依据激光感应测量，得到点焊机电极的位移量，并生成电子模拟信号；b、将采集到的位移信号转化为数字系统能识别的数字信号；c、将实时采集的电极位移曲线与实验得出的标准电极位移曲线图进行比较，依据质量判定准则，判定合格、不合格，同时，依据判定不合格焊点状态的判定准则，判定焊点飞溅或焊点过小，按设定的不合格焊点次数发出警报。
2.根据权利要求1所述的用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，其特征是，所述的步骤a，电极位移能直接度量焊点熔核直径合格与否，判定准则为(1)若点焊机的电极位移落在上、下限之间，表示焊点熔核直径均达到规定尺寸，其接头强度高，无飞溅和裂纹，该区为焊点熔核尺寸的质量合格区域；(2)若点焊机的电极位移落在上限以上，则表示焊点由于加热过大，熔核直径超过规定值，以至会出现飞溅，过烧和压痕过深，倘若焊接规范参数再增大，则会产生早期的飞溅，破坏了焊接过程，严重时烧坏焊件，该区为焊点熔核尺寸的质量不合格区域及焊点熔化金属液体飞溅的系统报警区域；(3)若点焊机的电极位移落在下限以下，则表示熔核直径低于标准值的区域，由于点焊规范参数过小，或存在严重电流分流等因素，造成焊点加热不足，形成的熔核直径偏小，低于规定值，甚至未熔化，该区为焊点熔核尺寸的质量不合格区域。
3.根据权利要求1所述的用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，其特征是，所述的步骤b，要求如下(1)在0.5ms时间内，可稳定的接收测量到的位移为150um距离之内对应的模拟电子信号；(2)在0.5ms时间内，将采集到的位移信号转化为数字系统能识别的数字信号，同时，采样瞬间将输入信号的瞬间状态“冻结”，消除转换时带来的时间误差。
4.根据权利要求1所述的用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，其特征是，所述的步骤c，具体如下(1)以ST12031.0mm+1.0mm钢板为实验板材；(2)使用的焊接电流为6800A-8200A之间；(3)焊接时间为10个周波；(4)实验得到焊点的以数字位移信号表示的质量合格区；(5)根据步骤a中判定准则，直观地判定实时采集的焊点的以数字位移信号表示的焊点质量为合格、不合格并记录保存下来；(6)依据焊点熔核过小、焊点飞溅判定准则，判定不合格焊点中熔核过小、焊点飞溅并记录保存下来；(7)依据设定的不合格焊点数进行报警并记录保存下来。
5.根据权利要求3所述的用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，其特征是，所述的(4)中，得到的结果能存储在PC机中并能在PC机的虚拟仪器上显示。
6.根据权利要求3所述的用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，其特征是，所述的(5)中，因实时采集的数字位移信号能同时显示在PC机上的虚拟仪器上的焊点质量合格区图上。
7.根据权利要求1或者3所述的用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，其特征是，对于判定结果进一步的验证如下沿贴合面剖开焊接试样，直接测量焊点的熔核直径，结合焊后焊点的力学性能实验和金相实验，证实所确定的边界的电极位移曲线真实合理，最后，根据此电极位移曲线确定焊点熔核尺寸的质量合格区域。
8.根据权利要求1或者3所述的用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，其特征是，当焊接工况出现异常时，会出现连续的质量不合格情况，为了防止异常情况时工人仍然继续焊接，当连续有10个焊点超限时，实现自动报警。
全文摘要
一种焊接技术领域的用于轿车车身点焊的实时质量检测与报警的方法，步骤如下a.依据激光感应测量，得到点焊机电极的位移量，并生成电子模拟信号；b.将采集到的位移信号转化为数字系统能识别的数字信号；c.将实时采集的电极位移曲线与实验得出的标准电极位移曲线图进行比较，依据质量判定准则，判定合格、不合格，同时，依据判定不合格焊点状态的判定准则，判定焊点飞溅或焊点过小，按设定的不合格焊点次数发出警报。本发明形象直观地实时检测焊点的质量问题并记录保存下来，为改进轿车车体设计、工艺以及焊接工人的操作提供一种可靠的依据，从而提高轿车车体的质量。
文档编号G01B11/04GK1766587SQ20051003045
公开日2006年5月3日 申请日期2005年10月13日 优先权日2005年10月13日
发明者林忠钦, 陈关龙, 李永兵, 张延松, 许君 申请人:上海交通大学