CN102944609B - 一种整套多通道白车身焊点检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整套多通道白车身焊点检测系统，包括：多个超声波焊点检测探头，其通过专用的探头夹具与白车身相连，对白车身上关键焊点进行检测，多通道信号采集分析仪，一侧与多个超声波焊点检测探头相连，将采集分析的数据传输给计算机。多通道焊点检测系统通过超声波检测探头将高频信号转换成超声波信号，按照系统设定顺序发射，并对目标区域进行覆盖，超声波探头在收到反射回来的超声波信号后，将其转换成为电信号，传给多通道信号采集分析仪，进行处理后的信息传给计算机，通过开发的专用软件将所得到的信号在计算机上进行图形化显示，并对信号做出指标评价。

Description

一种整套多通道白车身焊点检测系统

技术领域

本发明涉及工程测试技术领域，尤其涉及到一种整套多通道白车身焊点检测系统。

背景技术

在汽车制造工业过程中，点焊已经成为主要的连接工艺，对白车身的质量而言其重要性不言而喻。目前国际上较为先进检测方法是通过超声波进行无损检测，这也是目前汽车无损检测的一个主要方向。在国内，无损检测已经逐步进入各个行业，汽车行业中发展较快，需求较大，但是仍不能满足实际生产的需要。国内汽车企业生产过程中，无损检测的应用范围并不大，对白车身的检测不能完全覆盖，因而无法保证所有的白车身制造与设计的一致性。目前，对白车身焊点的检测主要是通过抽检，而这种检测方式由于是小样本采样，并不能完全代表整体白车身的焊点质量。在汽车路试过程中有很多的问题都是由于车身焊点质量引起的，由于这些问题，大大延迟了新车型的定型，拉长了新车型的研制周期。

焊点的质量直接关系到车身及汽车的质量和安全性能；随着汽车工业的发展越来越受到人们重视，在这种实际需求下，各种检测方法应运而生，主要分为无损检测和破坏性检测。由于破坏性检测会对试件造成不可修复性影响，因而其应用范围狭窄。无损检测在这种情况下得到迅速的发展。当前汽车工业应用的主流无损检测技术主要是超声波检测。目前市场上针对汽车工业的超声波检测设备主要是单通道检测系统，一次只能对一个焊点进行检测，其检测效率较低，无法满足生产的需要，因而造成目前白车身检测主要以抽检的方式进行检测。

为了解决上述现有技术的不足，满足实际生产需要，本发明提出了多通道白车身焊点检测系统，该检测设备能够一次对多个白车身焊点进行检测，同时其安装方便，检测速度快捷，能够适应生产线的需求，在生产过程中即可检测到焊点是否失效，避免将缺陷延续至下个工艺，降低了由于相关缺陷带来的成本。同时，使得市场上的整车的质量达到较高的水平，减少了市场上问题车辆的产生。另外，本发明提供的多通道焊点检测系统操作方便，效率高，结果精确，适合于生产的实际需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一整套多通道白车身焊点检测系统，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；本发明的技术方案具体如下：

方案1.一种整套多通道白车身焊点检测系统，包括：

多个超声波探头，其通过探头夹具与白车身相连，连接点为白车身的关键焊点处，超声波探头通过线缆与多通道超声波信号检测分析控制仪相连接，并将多通道超声波信号检测分析控制仪发出的信号转换为超声波信号顺序发射，经过焊点的反射后，所述超声波探头接收反射的超声波信号并将其转换成电信号传输给所述多通道超声波信号检测分析控制仪；

所述探头夹具能将多个超声波探头与白车身稳固连接，并使得超声波探头覆盖所预定要测量的焊点，并且所述探头夹具与超声波探头是可分离的；所述探头夹具包括气缸，直线导轨和探头锁紧装置，其中探头夹具固定在台架系统上，由气缸推动沿直线导轨运动，同时超声波探头与探头锁紧装置相连，而且拆卸方便，所述探头锁紧装置可以调节超声波探头与待检车身焊点贴合紧度。

所述多通道超声波信号检测分析控制仪控制超声波探头顺序发射，并将超声波探头检测到的反射回来的超声波信号进行放大、滤波、检波处理，然后将处理后的信号通过USB接口传输给计算机；

计算机系统，其对多通道超声波信号检测分析控制仪输送的数据进行分析和评价，将处理后的数据在计算机上图形化显示，分析和评价处理后的评价结果显示在图形显示界面内；其中所述图形显示界面包含人机交互系统，能够对检测系统的超声波频率、高频信号通断时间参数进行设置；对于判断失效的焊点，所述计算机系统将对其进行标示，并发出提示音。

方案2.根据方案1所述的多通道白车身焊点检测系统，其特征在于：该系统为多通道检测系统，每个通道对应一个超声波探头，每个通道都能对白车身焊点进行检测，实际使用过程中，各个超声波探头按照从1到N的顺序，依次发射超声波信号，顺序检测。

方案3.根据方案1所述的多通道白车身焊点检测系统，其特征在于：所述计算机系统能将多通道超声波信号检测分析控制仪传输的多个信号同时显示在一个界面上，同时每个通道的图形可以单独提取成为独立的界面，并且每个界面都可以进行人机交互，设置超声波频率、高频信号通断时间参数，也能够将若干通道的信号在一个界面显示。

方案4.根据方案1所述的多通道白车身焊点检测系统，其特征在于，所述多通道超声波信号检测分析控制仪的通道数目是可调的，也能够将任意条通道的信号单独提取出来，用一个软件界面单独显示；所述计算机系统对采集到的数据进行分析评价：首先提取超声波回波波形特征值，提取的主要特征值为回波幅值的衰减率α、回波个数N₁、底面回波波峰间隔D、中间回波个数N₂、最小增益β五个特征量；然后将提取的超声波回波波形特征值与系统数据库中的超声波回波波形特征值进行比较，如果提取的特征值在数据库中设定的阈值区间内，则认为焊点合格。

方案5.根据方案4所述的多通道白车身焊点检测系统，其特征在于，所述计算机系统对采集到的数据进行分析评价进一步包括：

首先构建自由度为5的超声波特征值方程：

λ_pM_p＝Φ_p                    (1)

${\mathrm{\λ}}_p=\left[\begin{array}{ccccc}{\mathrm{\λ}}_1& & & & \\ & {\mathrm{\λ}}_2& & & \\ & & {\mathrm{\λ}}_3& & \\ & & & {\mathrm{\λ}}_4& \\ & & & & {\mathrm{\λ}}_5\end{array}\right]---\left(2\right)$

M_p＝[α  N₁  D  N₂  β]T          (3)

Φ_p＝[α  N₁  D  N₂  β]T         (4)

式中,M_p是检测焊点的五个特征值组成的特征矩阵，λ_p分别是检测焊点的五个特征值的矩阵系数，Φ_p是数据库中各个焊点对应的五个特征阀值矩阵，该特征值矩阵为质量良好焊点的特征值矩阵；

其次计算已得到所述检测焊点的五个特征值的系数λ_p并与系统设定的相应特征值系数的阈值进行比较，高于最高阈值或者低于最低阈值则判定该焊点失效；

其中，所述特征值系数的阈值可根据焊点质量要求进行设定，最高阈值和最低阈值区间越小，质量要求越高；反之区间越大，质量要求越低。

方案6.根据方案1所述的一种整套多通道白车身焊点检测系统，其特征在于：所述超声波探头接收的反射的超声波信号，经过多通道超声波信号采集分析控制仪处理后以图形化显示在计算机图形显示界面上，其显示的图形对所述超声波的特征值进行了处理比较，并对焊点是否失效做出评价，如判断焊点失效则在显示的图形上进行标示，同时会有提示音产生。

方案7.根据方案1-3任意一项所述的一种整套多通道白车身焊点检测系统，其特征在于，多通道超声波信号采集分析控制仪的每个通道都进行多次检测，取其多次检测平均值，以求尽可能减小误差。

方案8.根据方案7所述的一种整套多通道白车身焊点检测系统，其特征在于，对于回波幅值的衰减率α，每个通道对焊点检测的次数为i，则该通道对应的回波幅值的衰减率α检测结果为

与现有技术相比，本发明的各个方案优点在于：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设备特定的信号，从而控制多个超声波探头顺序发射、检测信号，能极大的提高检测效率，在传统检测的基础上，能一次对多个焊点进行检测，并且其探头个数是可调，同时其探头夹具是针对特定车型进行开发的，探头夹具能够很好的将超声波探头与特定的白车身待检部位良好结合。超声波探头发射信号后，检测到反射回的信号，并将其转换成点信号传输给多通道信号采集分析控制仪，再传给计算机，经过数据分析评价软件处理，提取超声波信号的5个特征值，根据这5个特征值与数据库中的数据进行对比，从而对焊点做出评价。本系统能一次对多个焊点进行检测，效率高，能够适应生产节奏，并且操作简单，结果直观，容易辨认。本系统针对白车身焊点进行设计，主要检测白车身上对车身质量影响大的关键区域的焊点，减少在路试时车身质量问题的出现，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系统，操作简便，检测效率高，检测精度高并且不会对工件造成破坏，同时也是现代汽车检测的重点发展方向。

附图说明

图1是根据本发明具体实施例的白车身焊点失效检测系统各部件连接示意图；

其中：1、白车身焊装总成；2、超声波探头；3、连接线缆；4、多通道信号采集分析控制仪；5、计算机；6、台架；7、探头夹具

图2是根据本发明具体实施例的探头夹具安装在台架上的俯视图(左图)以及探头夹具的放大图(右图)以及探头锁紧装置的放大图；

其中：7、探头夹具；8、气缸；9、直线导轨；10、探头锁紧装置；11、白车身定位销

图3是根据本发明具体实施例的白车身焊点失效检测系统的检测原理方框图。

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1-2，其示出了本发明一整套多通道白车身焊点检测系统。其中，白车身焊装总成1通过台架6的白车身定位销11固定(参见图2)，多个超声波探头2通过可滑动地固定在台架6上的探头夹具7贴合到白车身焊装总成1上，所述超声波探头2通过连接线缆3连接到多通道信号采集分析控制仪4，多通道信号采集分析控制仪4通过连接线缆3连接到计算机5。

本发明的探头夹具7包括气缸8，直线导轨9和探头锁紧装置10。其中超声波探头可拆卸地固定到所述探头锁紧装置上，所述探头锁紧装置固定所述直线导轨上。使用时气缸8的活塞推动探头锁紧装置10沿夹具装置中的直线导轨9运动，使探头锁紧装置10与车身贴合，再通过调节探头锁紧装置10使探头2与白车身紧密贴合。

图3示出了本发明的检测原理，多个超声波探头2通过探头夹具7固定在白车身重点检测区域上，超声波探头2的另一端与多通道信号采集分析控制仪4相连，多通道信号采集分析控制仪4通过线缆将采集处理的数据传给计算机5。

本发明还提供了一种计算机系统，其包括数据分析与评价系统，其可以对多通道信号采集分析控制仪4采集的数据进行分析评，如出现焊点失效的情况则提醒检测人员。

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：

(1)将专用的探头夹具7把多个超声波探头2固定在白车身待检部位，本处所涉及到的探头夹具7是针对不同车型不同部位进行设计的，这种探头夹具7与超声波探头2能自由组合，拆装方便。通过白车身定位销11将车身准确定位，使探头夹具7与白车身在台架水平面上的相对位置固定下来，然后气缸8推动探头锁紧装置10沿夹具装置中的直线导轨9运动，使探头2与车身贴合，再通过调节探头锁紧装置10使探头2与白车身紧密贴合。

(2)通过连接线缆3连接好超声波探头2和多通道信号采集分析控制仪4。多通道信号采集分析控制仪4一端与多个超声波探头2连接，控制超声波探头2按照一定顺序发射、检测信号；多通道信号采集分析控制仪4的另一侧通过USB接口与计算机5连接，将检测到的信号经过初步处理后传输给计算机5，通过数据分析评价软件进行进一步分析评价。

(3)开启微机检测系统，通过计算机上的数据分析评价软件的人机交互界面进行系统设置，一般情况为默认设置，即设置好超声波探头的高频信号的通断时间、发射顺序、信号增益倍数等相关参数。

(4)进入检测环节，超声波探头2开始顺序发射、采集信号，各个探头2通过各自对应的通道传输给多通道信号采集分析控制仪4，发射一次、采集一次，对每个焊点采集若干次，每次的数据都在多通道信号采集分析控制仪4进行处理后传给计算机5。

(5)根据多通道信号采集分析控制仪4采集到的数据，利用数据分析评价软件对数据进一步进行处理，做出评价。每个探头对应的每个焊点的数据有若干个，对这些数据分析处理后，取其平均值作为该焊点的特征评价值，然后与数据库中数据进行比对，从而对焊点做出评价。

在本发明中，数据分析与评价系统与计算机5一起完成了对多通道信号采集分析控制仪4传输的信号的进一步处理，其功能综合了数据处理、质量评价、人机交互等。

所述多通道超声波信号检测分析控制仪4的通道数目是可调的，也可以将任意条通道的信号单独提取出来，用一个软件界面单独显示；计算机系统对采集到的数据进行分析评价：首先提取超声波回波波形特征值，提取的主要特征值为回波幅值的衰减率α、回波个数N₁、底面回波波峰间隔D、中间回波个数N₂、最小增益β五个特征量；然后将提取的超声波回波波形特征值与系统数据库中的超声波回波波形特征值进行比较，如果提取的特征值在数据库中设定的阈值区间内，则认为焊点合格。

该系统对采集到的数据进行分析，处理，得到准确的检测结果。其主要的分析过程如下，首先建立自由度为5的超声波特征值问题方程：

λ_pM_p＝Φ_p                      (1)

${\mathrm{\λ}}_p=\left[\begin{array}{ccccc}{\mathrm{\λ}}_1& & & & \\ & {\mathrm{\λ}}_2& & & \\ & & {\mathrm{\λ}}_3& & \\ & & & {\mathrm{\λ}}_4& \\ & & & & {\mathrm{\λ}}_5\end{array}\right]---\left(2\right)$

M_p＝[α  N1  D  N2  β]T        (3)

Φ_p＝[α  N1  D  N2  β]T       (4)

式中,M_p是检测焊点的五个特征值组成的特征矩阵，λ_p分别是检测焊点的五个特征值的矩阵系数，Φ_p是数据库中各个焊点对应的五个特征阀值矩阵，该特征值矩阵为质量良好焊点的特征值矩阵；计算已得到所述检测焊点的五个特征值的系数λ_p与系统设定的相应特征值系数的阈值进行比较，高于最高阈值或者低于最低阈值则判定该焊点失效；

其中，对于每个焊点的特征值，是采取多次采样，取其平均值得到的，这样能最大可能的减少误差，实现精准测量与判断。如对回波幅值的衰减率α，每个通道对焊点检测的次数为i，则该通道对应的回波幅值的衰减率α检测结果为

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。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，应视为落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种整套多通道白车身焊点检测系统，包括：

多个超声波探头，其通过探头夹具与白车身相连，连接点为白车身的关键焊点处，超声波探头通过线缆与多通道超声波信号检测分析控制仪相连接，并将多通道超声波信号检测分析控制仪发出的信号转换为超声波信号顺序发射，经过焊点的反射后，所述超声波探头接收反射的超声波信号并将其转换成电信号传输给所述多通道超声波信号检测分析控制仪；

所述探头夹具能将多个超声波探头与白车身稳固连接，并使得超声波探头覆盖所预定要测量的焊点，并且所述探头夹具与超声波探头是可分离的；所述探头夹具包括气缸，直线导轨和探头锁紧装置，其中探头夹具固定在台架系统上，由气缸推动沿直线导轨运动，同时超声波探头与探头锁紧装置相连，而且拆卸方便，所述探头锁紧装置可以调节超声波探头与待检车身焊点贴合紧度；

所述多通道超声波信号检测分析控制仪控制超声波探头顺序发射，并将超声波探头检测到的反射回来的超声波信号进行放大、滤波、检波处理，然后将处理后的信号通过USB接口传输给计算机；

所述多通道超声波信号检测分析控制仪的通道数目是可调的，也能够将任意条通道的信号单独提取出来，用一个软件界面单独显示；所述计算机系统对采集到的数据进行分析评价：首先提取超声波回波波形特征值，提取的主要特征值为回波幅值的衰减率α、回波个数N₁、底面回波波峰间隔D、中间回波个数N₂、最小增益β五个特征量；然后将提取的超声波回波波形特征值与系统数据库中的超声波回波波形特征值进行比较，如果提取的特征值在数据库中设定的阈值区间内，则认为焊点合格；

计算机系统，其对多通道超声波信号检测分析控制仪输送的数据进行分析和评价，将处理后的数据在计算机上图形化显示，分析和评价处理后的评价结果显示在图形显示界面内；其中所述图形显示界面包含人机交互系统，能够对检测系统的超声波频率、高频信号通断时间参数进行设置；对于判断失效的焊点，所述计算机系统将对其进行标示，并发出提示音。

2.根据权利要求1所述的整套多通道白车身焊点检测系统，其特征在于：该系统为多通道检测系统，每个通道对应一个超声波探头，每个通道都能对白车身焊点进行检测，实际使用过程中，各个超声波探头按照从1到N的顺序，依次发射超声波信号，顺序检测。

3.根据权利要求1所述的整套多通道白车身焊点检测系统，其特征在于：所述计算机系统能将多通道超声波信号检测分析控制仪传输的多个信号同时显示在一个界面上，同时每个通道的图形可以单独提取成为独立的界面，并且每个界面都可以进行人机交互，设置超声波频率、高频信号通断时间参数，也能够将若干通道的信号在一个界面显示。

4.根据权利要求1所述的整套多通道白车身焊点检测系统，其特征在于，所述计算机系统对采集到的数据进行分析评价进一步包括：

首先构建自由度为5的超声波特征值方程：

λ_pM_p＝Φ_p                       (1)

${\mathrm{\λ}}_p=\left[\begin{array}{ccccc}{\mathrm{\λ}}_1& & & & \\ & {\mathrm{\λ}}_2& & & \\ & & {\mathrm{\λ}}_3& & \\ & & & {\mathrm{\λ}}_4& \\ & & & & {\mathrm{\λ}}_5\end{array}\right]---\left(2\right)$

M_p＝[α  N₁  D  N₂  β]T             (3)

Φ_p＝[α  N₁  D  N₂  β]T            (4)

式中,M_p是检测焊点的五个特征值组成的特征矩阵，λ_p分别是检测焊点的五个特征值的矩阵系数，Φ_p是数据库中各个焊点对应的五个特征阀值矩阵，该特征值矩阵为质量良好焊点的特征值矩阵；

其次计算已得到所述检测焊点的五个特征值的系数λ_p并与系统设定的相应特征值系数的阈值进行比较，高于最高阈值或者低于最低阈值则判定该焊点失效；

其中，所述特征值系数的阈值可根据焊点质量要求进行设定，最高阈值和最低阈值区间越小，质量要求越高；反之区间越大，质量要求越低。

5.根据权利要求1所述的一种整套多通道白车身焊点检测系统，其特征在于：所述超声波探头接收的反射的超声波信号，经过多通道超声波信号采集分析控制仪处理后以图形化显示在计算机图形显示界面上，其显示的图形对所述超声波的特征值进行了处理比较，并对焊点是否失效做出评价，如判断焊点失效则在显示的图形上进行标示，同时会有提示音产生。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种整套多通道白车身焊点检测系统，其特征在于，多通道超声波信号采集分析控制仪的每个通道都进行多次检测，取其多次检测平均值，以求尽可能减小误差。

7.根据权利要求6所述的一种整套多通道白车身焊点检测系统，其特征在于，对于回波幅值的衰减率α，每个通道对焊点检测的次数为i，则该通道对应的回波幅值的衰减率α检测结果为