CN102590340B - 一种整套白车身焊点失效检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种整套白车身焊点失效检测设备，包括：白车身焊接总成，其通过专用的夹具系统被固定在台架上，激振器，所述激振器的一侧与控制及数据采集系统连接，另一侧为自由端用于激振，加速度传感器，其用磁铁贴在所要检测的白车身的关键部位，控制及数据采集系统，其与加速度传感器相连接，将采集的电压信号进行简单的处理后，将数据传输给微机；所述控制及数据采集系统和微机一起构成了数据检测与分析系统即MIMO系统，它综合了控制及数据采集系统，能够进行模态分析和残余力向量的损伤识别，能够对当前区域内的采集到信号进行采样、分析、处理，得到准确的检测结果。
Description
技术领域
本发明涉及工程测试技术领域，尤其涉及一种整套白车身焊点失效检测设备。
背景技术
在汽车制造工业过程中，汽车制造水平主要体现在两个方面，一个是外观质量水平，一个是汽车本身的力学性能。在现有的技术中，外观质量水平可以通过主观判断以及三维坐标仪等很快进行评估，但是汽车本身的力学性能目前还无法通过肉眼或者设备进行预测和评估，因此一般在现有的汽车产业中，主要是通过路面的强化试验来预测。在汽车制造中，点焊已经成为汽车制造工业中的主要连接工艺方法，在汽车制造工业中发挥着不可替代的重要作用。点焊的完整性决定了汽车的整体结构刚度和完整性，故点焊的焊接质量直接关系到车身及汽车的质量和性能；并且随着汽车向中高档方向发展，对焊装设备和焊接质量提出了越来越高的要求。然而在中国现有的国情情况下，点焊自动化生产线的投入成本相当高，为了降低成本，在很多工位都是用人工来完成，如焊接及许多零部件的制造中。在焊接中及零部件的制造中，由于焊接质量及零部件质量受人的客观因素影响非常大，从而使得制造的白车身质量与设计一致性得不到保证。这些制造与设计不一致性的车，一方面影响着路试车试验验证决策，另一方面也影响着投入市场的车的质量。
为了保证汽车的质量，检测技术应运而生。目前存在主要有目视检测，电气检测和机械破坏性检测等焊点质量检测技术。目视检测是最常用的一种非破坏检测方法，可用万能投影仪或10倍放大镜进行检测。检测速度和精度与检测人员能力有关，并且其评价基准复杂，对检测人员的技术水平要求比较高。电气检测是产品在加载条件下通电，以检测是否满足所要求的规范。它能有效地查出目视检测所不能发现的微小裂纹和桥连等。但它不易操作并且是离线检测不能及时地反馈信息。机械性破坏检测是将焊点进行机械性破坏，从它的强度和断裂面来检查缺陷的，显然这种方法是不可用来进行白车身焊点失效检测。
为了解决上述现有技术的不足和节省开发成本，本发明提出了车身及零部件焊点质量在线检测系统，该检测设备能够检测出白车身焊接总成及零部件中焊点一致性问题，使得推出市场的整车能够达到和设计比较高的一致性，降低市场上问题车的几率，同时也达到提高市场上车型疲劳耐久性的目的。另外，本发明所提供的检测方法结构简单，操作简便，检测精度高并且不具有破坏性，特别适合现代技术发展的方向，更重要的是这套设备能够及时地反馈信息，并且结果直观。
发明内容
本发明的目的在于提供一整套白车身焊点失效的在线检测系统，来进行设计与制造的一致性检测，避免白车身焊接过程的不确定性。
本发明提供一种整套白车身焊点失效检测设备，包括：
白车身焊接总成，其通过专用的夹具系统被固定在台架上，所述夹具系统的定位点为前轮悬挂支撑点和后悬弹簧支撑点，使得检测环境更接近于实车路试；
激振器，其为带有力传感器的激振器，所述激振器的一侧与控制及数据采集系统连接，另一侧为自由端用于激振，对于一个位置进行若干次激振，最后的结果求平均，激振的信号是白噪声信号；
加速度传感器，所述加速度传感器是三向加速度传感器，其一侧也与控制及数据采集系统连接，另一侧用磁铁贴在所要检测的白车身的关键部位，布置多个加速度传感器，使其能够反映出所要检测车身部件的形状，记下加速度传感器的方向，以便于下一步的参数设置；
控制及数据采集系统，其与加速度传感器相连接，将采集的电压信号进行简单的处理后，将数据传输给微机；
微机，其对传感器的灵敏度、类型及方向进行设定，并且要设置传感器的测量范围，所述微机用于进入检测模块，开始激振，采集数据，把每次检测到的有效数据都要保存下来，以便为下一步的计算分析；
所述控制及数据采集系统和微机一起构成了数据检测与分析系统即MIMO系统，它综合了控制及数据采集系统，能够进行模态分析和残余力向量的损伤识别，能够对当前区域内的采集到信号进行采样、分析、处理，得到准确的检测结果，并提供简单灵活的人机交互界面，且适用于所有检测区域；
所述数据检测与分析系统进行模态分析和残余力向量的损伤识别，通过比较白车身未损伤时的刚度矩阵和损伤时的刚度矩阵之差，达到白车身损失检测的目的，首先，构建自由度为n的损伤结构的模型的特征值问题方程：
(K-λiM)Φi＝0 (1)
式中,K、M分别是该测试结构的整体刚度矩阵、整体质量矩阵，λi和Φi分别是结构的第i阶特征值和第i阶特征向量，其中i<n,Ke为白车身未损伤时的刚度,由于损伤前后的质量不发生变化，则有：
(Ke-λjM)Φj＝0 (2)
λj和Φj分别是结构的第j阶特征值和第j阶特征向量，ΔK为由损伤，即焊点失效引起的结构整体刚度矩阵变化量，K＝Ke-ΔK，如果结构存在损伤，则会引起车身结构的变化，则ΔK>0,从而导致测试的模态值和模态向量与标准的白车身存在一定的差距；如果不存在损伤，则ΔK=0。
特别地，测量出所述白车身的振动传递函数，利用振动传递函数计算该构件的模态值和模态向量，采用特征值和特征向量来比较白车身质量的好坏，如果特征值误差很小，并且特征向量和标准白车身类似(MAC>90%,MAC指的是模态置信度)，则认为白车身质量为合格，反之，则认定白车身质量不合格。
特别地，进行多次激振，以便能够分析出结构的多阶模态，进而根据多阶模态计算出结构中是否存在的焊点失效。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的提出主要针对现有白车身制造过程中，出现的焊点质量与设计不一致的情况，通过微机输出控制及数据采集系统特定的信号，从而控制激振器的输入信号。在特定的输入信号下，无焊点失效的白车身系统能够通过测试分析产生特定的输出信号，而焊点失效的白车身引起车身刚度的变化，从而导致模态值和模态向量发生变化，从而便能达到焊点失效检测的目的。它操作简单，原理也不复杂，而且具有通用性，结果直观；它能够检查出白车身在焊装后，其焊点的一致性情况，从而降低问题车或者路试车由于失效焊点问题而破坏的几率，提高了路试试验的效率，缩短整车的验证开发周期。另外，本发明所提供的检测方法结构简单，操作简便，检测精度高并且不具有破坏性，特别适合现代技术发展的方向，更重要的是这套设备能够及时地反馈信息，并且结果直观。
附图说明
图1是具体实施例的白车身焊点失效检测各部件连接示意图；
其中：⒈白车身焊装总成 ⒉加速度传感器 ⒊连接线缆 ⒋控制及数据采集系统 ⒌微机 ⒍台架夹具系统 ⒎激振器
图2是检测过程的流程框图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
参见图1，其示出了本发明一整套白车身焊点检测设备，其硬件设备包含激振器7，控制及数据采集系统4，以及加速度传感器2，微机5，连接线缆3，以及安装白车身1对应的夹具系统6。其软件设备包含信号处理系统。其中具体安装方式为：白车身1通过夹具固定在台架6上，激振器7与控制及数据采集系统连接4，传感器2与控制及数据采集系统连接4，控制及数据采集系统4与微机5连接，传感器2通过磁铁贴在车身的关键部位。
其中用于焊点检测设备的白车身1，为焊接总成，通过台架及夹具系统6定位，定位点为前轮悬挂支撑点和后悬弹簧支撑点。在控制及数据采集系统4的控制下，激振器7产生特定的信号，从而使得白车身被激发出特定的信号。通过加速度传感器3，获取三向加速度信号，并且将加速度信号转为电压信号，并且通过线缆将采集的信号传给控制及数据采集系统4进行简单的处理后，将数据传输给微机。
下面将结合检测白车身顶盖是否有焊点失效来详细说明本发明设备的操作流程，其具体实施步骤如下：
对于一整套白车身焊点失效检测设备，其特征在于，检测步骤如下：
（1）过专用的夹具系统把要检测的白车身焊接总成1固定在台架6上，此夹具系统是设计的一套专用于白车身焊点检测试验的夹具系统，该系统定位点为前轮悬挂支撑点和后悬弹簧支撑点，使得检测环境更接近于实车路试。
（2）过连接线缆连接好激振器7和加速度传感器2：激振器7的一侧与控制及数据采集系统4连接，另一侧为自由端，用于激振；加速度传感器2一侧也与控制及数据采集系统4连接，另一侧用磁铁贴在所要检测的白车身的关键部位（即布置传感器）。
（3）控制及数据采集系统4与微机通过连接线缆连接。
（4）开启微机检测系统，设置好传感器的灵敏度、类型及方向，并且要设置好传感器的测量范围。
（5）进入检测模块，开始激振，采集数据，把每次检测到的有效数据都要保存下来，以便为下一步的计算分析。
（6）根据上一步采集到的数据，利用新开发出的数据检测与分析系统检测出所检测白车身结构中是否存在焊点失效。
本发明中采用的加速度传感器是一种三向加速度传感器，它一般是通过磁座贴在所要检测车身的关键部位，加速度传感器布置的原则是布置的越多测得的数据越精确，但是一般情况下，为了节约成本，提高检测效率，在能保证一定精度的情况下，只要所布置的加速度传感器能够反映出所要检测车身部件的形状即可，选择好定加速度传感器的点，用磁座把加速度传感器贴上即可，应该记住加速度传感器的方向，以便于下一步的参数设置；
本发明中所采用的激振器是一种带有力传感器的激振器，通常一个位置激振若干次，最后的结果求平均。激振的信号是白噪声信号。
在本发明中，控制及数据采集系统与微机一起构建了数据检测与分析系统即MIMO系统，它是开发出的一套MIMO系统数据检测与分析软件，它综合了控制及数据采集系统，模态分析方法和残余力向量的损伤识别方法，能够对当前区域内的采集到信号进行采样、分析、处理，得到准确的检测结果，并提供简单灵活的人机交互界面。该软件具有通用性，适用于所有检测区域。它包含模态测量原理与残余力向量的损伤识别原理，因为焊点失效可以认为是结构损伤，而一般来说，结构损伤不会改变结构的质量，所以，自由度为n的损伤结构的模型的特征值问题方程为
(K-λiM)Φi＝0 (1)
式中,K、M分别是该测试结构的整体刚度矩阵、整体质量矩阵，λi和Φi分别是结构的第i阶特征值和第i阶特征向量，其中i<n,假定Ke为白车身未损伤时的刚度,由于损伤前后的质量不发生变化，则有：
(Ke-λjM)Φj＝0 (2)
λj和Φj分别是结构的第j阶特征值和第j阶特征向量，假定ΔK为由损伤（即焊点失效）引起的结构整体刚度矩阵变化量，K＝Ke-ΔK，如果结构存在损伤，则会引起车身结构的变化，则ΔK>0,从而导致测试的模态值和模态向量与标准的白车身存在一定的差距。如果不存在损伤，则ΔK=0，测试的模态值和模态向量与标准的重合度较高。
由激振法测量出构件的振动传递函数，再利用振动传递函数计算该构件的模态值和模态向量。分析出的模态值，采用特征值和特征向量来比较白车身质量的好坏，如果特征值误差很小，并且特征向量和标准白车身类似(MAC>90%,MAC指的是模态置信度),则认为白车身质量为合格，反之，则认定白车身质量不合格。
由此可以对车身焊点的设计与制造的一致性做出评价。
本发明中要进行多次激振，以便能够分析出结构的多阶模态，进而根据多阶模态计算出结构中是否存在的焊点失效的。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种整套白车身焊点失效检测设备，包括：
白车身焊接总成，其通过专用的夹具系统被固定在台架上，所述夹具系统的定位点为前轮悬挂支撑点和后悬弹簧支撑点；
激振器，其带有力传感器，所述激振器的一侧与控制及数据采集系统连接，另一侧为自由端用于激振，其对于一个位置进行若干次激振，最后的结果求平均，激振的信号是白噪声信号；
加速度传感器，所述加速度传感器是三向加速度传感器，其一侧也与控制及数据采集系统连接，另一侧用磁铁贴在所要检测的白车身的关键部位，布置多个加速度传感器，使其能够反映出所要检测车身部件的形状，记录加速度传感器的方向，以便于下一步的参数设置；
控制及数据采集系统，其与加速度传感器相连接，将采集的电压信号进行简单的处理后，将数据传输给微机；
微机，其对所述加速度传感器的灵敏度、类型及方向进行设定，并设置传感器的测量范围，所述微机用于进入检测模块，开始激振，采集数据，把每次检测到的有效数据都要保存下来，以便为下一步的计算分析；
所述控制及数据采集系统和微机一起构建了数据检测与分析系统即MIMO系统，其综合了控制及数据采集系统，能够进行模态分析和残余力向量的损伤识别，能够对当前区域内的采集到信号进行采样、分析、处理，得到准确的检测结果，并提供人机交互界面，且适用于所有检测区域；所述数据检测与分析系统进行模态分析和残余力向量的损伤识别，通过比较白车身未损伤时的刚度矩阵和损伤时的刚度矩阵之差，达到白车身损伤检测的目的，首先，构建自由度为n的损伤结构的模型的特征值问题方程：
(K-λiM)Φi＝0 (1)
式中,K、M分别是该检测车身部件的整体刚度矩阵、整体质量矩阵，λi和Φi分别是结构的第i阶特征值和第i阶特征向量，其中i<n,Ke为白车身未损伤时的刚度,由于损伤前后的质量不发生变化，则有：
(Ke-λjM)Φj＝0 (2)
λj和Φj分别是结构的第j阶特征值和第j阶特征向量，ΔK为由损伤，即焊点失效引起的结构整体刚度矩阵变化量，K＝Ke-ΔK，如果结构存在损伤，则会引起车身结构的变化，则ΔK>0,从而导致测试的模态值和模态向量与标准的白车身存在一定的差距；如果不存在损伤，则ΔK＝0。
2.根据权利要求1所述的一种整套白车身焊点失效检测设备，其特征在于：通过激振法测量出所述白车身的振动传递函数，再利用振动传递函数计算该检测车身部件的模态值和模态向量，对于计算出的模态值，采用特征值和特征向量来比较白车身质量的好坏，如果特征值误差很小，并且特征向量和标准白车身类似或者说模态置信度MAC>90％,则认为白车身质量为合格，反之，则认定白车身质量不合格。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种整套白车身焊点失效检测设备，其特征在于：进行多次激振，以便能够分析出结构的多阶模态，进而根据多阶模态计算出结构中是否存在的焊点失效。
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