[發(fā)明專利]電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610130126.6
• 申請日: 2006-12-13
• 公開（公告）號: CN101201339A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘存海
• 申請（專利權(quán)）人: 天津科技大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G05B19/048;B23K11/11
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王來佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料電阻點(diǎn)焊領(lǐng)域，尤其是一種由多傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置構(gòu)成的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

電阻點(diǎn)焊過程是一個高度非線性和大量不確定因素相互影響的過程。由于電阻點(diǎn)焊形核處于封閉狀態(tài)而無法直接觀測，并且形核時間極短，因此，焊接條件的短時波動就會造成較嚴(yán)重的噴濺、未完全熔合或未熔合等缺陷，對鋁及鋁合金的電阻點(diǎn)焊更是如此。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于受工件表面狀態(tài)的變化、電極磨損、裝配間隙和機(jī)械結(jié)構(gòu)的擾動等諸多因素的影響，即使按照相同焊接工藝組織生產(chǎn)，仍然有可能出現(xiàn)質(zhì)量波動，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，往往采用大量的解剖實(shí)驗(yàn)或增加焊點(diǎn)數(shù)目來保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量，這樣勢必會增加生產(chǎn)成本。目前，對電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量仍然缺乏可靠、實(shí)用的無損檢驗(yàn)技術(shù)和方法。

電阻點(diǎn)焊過程涉及到力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、冶金等多領(lǐng)域的知識，其電阻點(diǎn)焊過程涉及到力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、冶金等物理化學(xué)參數(shù)的變化，這些參數(shù)的變化，可采用先進(jìn)的傳感技術(shù)、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測與控制電阻點(diǎn)焊過程。許多研究者已經(jīng)注意到電阻點(diǎn)焊過程比較復(fù)雜，單一傳感器獲得的信息有限，需要采用多傳感器獲取更多信息。剔除冗余，互相補(bǔ)充，監(jiān)控電阻點(diǎn)焊的核心技術(shù)是最終提取具有明顯、穩(wěn)定的關(guān)鍵特征信息。

電阻點(diǎn)焊過程可監(jiān)測的信息很多，如：電極電流、電極電壓、點(diǎn)焊能量、動態(tài)電阻、電極壓力、電極位移、聲發(fā)射、超聲波、紅外輻射等，尋找和電阻點(diǎn)焊質(zhì)量有明顯對應(yīng)關(guān)系的特征信息是實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測與控制的關(guān)鍵，主要有以下一些方法：

(1)1996年，Hao?M采用多傳感器研究了鋁電阻點(diǎn)焊過程，提取了274個特征量，該方法通過回歸分析，尋找電參數(shù)與焊點(diǎn)直徑之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)電極電壓和電極位移可以反映電阻點(diǎn)焊過程的噴濺現(xiàn)象。但該文獻(xiàn)并沒有獲得能夠反映電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的普適性特征信息。

(2)恒熱或恒能量控制法，該方法同時測量電阻點(diǎn)焊電極電壓與電極電流，由于電阻點(diǎn)焊大電流造成電磁感應(yīng)噪音很大，雖然可以通過采用縮小雙絞線包羅的面積來實(shí)現(xiàn)降噪方法，但是，由于工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場使用條件的限制，雙絞線包絡(luò)的面積無法減少到很小，從而造成信號嚴(yán)重失真。

(3)動態(tài)電阻監(jiān)控法是一種比較成熟的監(jiān)測方法。例如：早在1990年Broomhead聲稱，采用動態(tài)電阻反饋實(shí)現(xiàn)了載重汽車部件或電池電極電阻點(diǎn)焊過程的閉環(huán)控制，遺憾的是，鋁及鋁合金電阻點(diǎn)焊過程動態(tài)電阻的變化規(guī)律與低碳鋼不同，該方法不適用鋁及鋁合金。

綜上所述，國內(nèi)外的研究多數(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，只是能夠監(jiān)測出電阻點(diǎn)焊某些參量的變化或者借助于機(jī)器與人工結(jié)合作出某些判斷。但是，在試驗(yàn)階段使用的傳感器越多越好，通過多信息相互驗(yàn)證，相互補(bǔ)充，剔除冗余，最終提取特征明顯的、適用范圍寬的關(guān)鍵特征信息，但是在工業(yè)實(shí)用階段使用的傳感器越少越好，這就要求特征信息與質(zhì)量之間的關(guān)系簡單明確、信噪比高、算法簡潔、處理快速，最終，利用明顯的關(guān)鍵特征便于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測與質(zhì)量評定。對如何使用較少的傳感器獲取對點(diǎn)焊質(zhì)量有明顯對應(yīng)關(guān)系的特征信息的來達(dá)到對點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)測，現(xiàn)有技術(shù)還沒有較好的實(shí)用辦法，同時對于電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)測的穩(wěn)定性和適應(yīng)范圍還無法滿足實(shí)用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多傳感器與數(shù)據(jù)采集分析處理裝置能夠?qū)c(diǎn)焊質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)測及預(yù)測的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

該電阻點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)測裝置，由電阻點(diǎn)焊設(shè)備主體、上機(jī)臂、下機(jī)臂、上電極、下電極構(gòu)成，其特征在于：上電極固裝的剛性支架上方安裝一位移傳感器，該位移傳感器的下表面與上機(jī)臂外側(cè)水平伸出的金屬平板平行，在下機(jī)臂的底部安裝一壓力傳感器，位移傳感器及壓力傳感器均通過屏蔽電纜與數(shù)據(jù)采集分析裝置相連接。

而且，在上電極和下電極上還安裝一電壓傳感器，在下電極外側(cè)還安裝一電流傳感器，二者均通過屏蔽電纜與數(shù)據(jù)采集分析裝置相連接。

而且，所述的位移傳感器為渦流位移傳感器；所述的壓力傳感器為高靈敏石英應(yīng)變電極壓力傳感器，二者均通過屏蔽電纜與數(shù)據(jù)采集分析裝置相連接。

而且，所述的電壓傳感器為LEM霍爾效應(yīng)電極電壓傳感器；所述的電流傳感器為一骨架采用柔性材料，匝數(shù)在500至50000匝之間的空心線圈。

而且，所述數(shù)據(jù)采集分析裝置包括數(shù)據(jù)采集處理單元、數(shù)據(jù)傳輸控制單元及數(shù)據(jù)分析處理單元構(gòu)成，其中，數(shù)據(jù)采集處理單元由位移傳感器單元、電壓傳感器單元、電流傳感器單元、壓力傳感器單元構(gòu)成，該四個傳感器單元通過串行接口與數(shù)據(jù)傳輸控制單元相連接，數(shù)據(jù)傳輸控制單元通過并行接口與數(shù)據(jù)處理中心相連接。