CN103383357B - 无损焊接检测的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无损焊接检测的方法和装置。用于检测多件工件结合的完整性的方法，包括捕捉工件的第一图像，对工件加应力，捕捉工件的加应力图像，以及对比工件的第一图像和工件的加应力图像以确定结合的完整性。

Description

无损焊接检测的方法和装置

技术领域

本发明涉及无损检测焊接接合。

背景技术

本段的陈述仅提供涉及本发明的背景技术信息并且可不构成现有技术。

结合是连接两块材料到一起以在工件中形成单独连续材料的方法。结合工艺可以包括粘结、焊接和压接。两块材料可以是同种材料，例如金属结合在一起或塑料结合在一起，或异种材料，例如异种金属的结合或金属和塑料的结合。在焊接的情况中，两块材料典型的有相似化学组成，例如，每个由铁质或非铁质金属组成，或可以有不同的化学组成，例如，铁质和非铁质金属的结合。焊接工艺可以包括很多形式，包括弧焊、氧气燃料焊、电阻焊、电渣焊、激光束焊、超声波焊、和电子束焊。

焊接可以是局部的或沿着工件相互作用的长度进行。局部焊接的例子是点焊和凸焊。点焊是典型的电阻焊方式，其中两个电极保持工件在一起并且电流穿过电极以形成点焊熔核。凸焊使用在一个或两个材料上的隆起部分结合。在凸起中热量可以被施加到隆起部分形成点焊熔核。

焊接工艺具有很多变化需要考虑，包括使用的能量的持续时间和用量。一旦这些被确定，焊接工艺可以一致地重复。当不完整或没有焊接在工件上形成时，供给能量的持续时间或用量的变化可以导致较差的焊接完整性或没有焊接完整性。具有较差完整性或没有完整性的不完整或没有焊接导致比希望的接头性能差，例如，强度和导电性，并且可能导致工件不希望的性能。

发明内容

用于检测多件工件结合的完整性的方法包括捕捉工件的第一图像，对工件加压，捕捉工件的加压图像，并且对比工件的第一图像和工件的加压图像以确定结合的完整性。

本发明还提供了以下方案：

1.一种用于检测多件工件的结合的完整性的方法，包括：

捕捉工件的第一图像，

对工件加应力；

捕捉工件的加应力图像；和

对比工件的第一图像和工件的加应力图像以确定结合的完整性。

2.如方案1所述的方法，其中对工件加应力包括激励工件至特定频率。

3.如方案2所述的方法，其中捕捉工件的第一图像发生在特定频率的一个终端并且捕捉工件的加应力图像发生在特定频率的相对终端。

4.如方案2所述的方法，其中激励工件至特定频率包括激励工件至一系列的特定频率。

5.如方案4所述的方法，其中激励工件至一系列的特定频率包括激励工件至表示多件工件的每件的固有频率的一系列固有频率。

6.如方案2所述的方法，其中激励工件至特定频率包括激励工件至工件的固有频率。

7.如方案1所述的方法，其中对工件加应力包括对工件施加压缩力。

8.如方案1所述的方法，其中对工件加应力包括对工件施加拉伸力。

9.如方案1所述的方法，其中对比工件的第一图像和工件的加应力图像以确定结合的完整性包括确定工件的剪切图像。

10.如方案9所述的方法，进一步包括对比工件的剪切图像和参照图像。

11.如方案10所述的方法，其中对比工件的剪切图像和参照图像包括自动对比剪切图像和参照图像。

12.如方案1所述的方法，其中对比工件的第一图像和工件的加应力图像以确定结合的完整性包括计算结合区域。

13.如方案1所述的方法，其中工件包括多件电池终端。

14.如方案1所述的方法，其中结合包括焊接。

15.一种用于检测多件工件的结合的方法，包括：

捕捉工件的第一图像；

振动所述工件；

捕捉工件的加应力图像；和

对比第一图像和加应力图像以生成剪切图像。

16.如方案15所述的方法，其中振动所述工件包括振动所述工件至一系列频率。

17.如方案15所述的方法，其中振动所述工件包括振动所述工件至一系列预设频率。

18.如方案15所述的方法，进一步包括对比剪切图像和参照图像以检测多件工件的结合。

19.如方案18所述的方法，其中对比剪切图像和参照图像包括计算结合区域。

20.如方案15所述的方法，其中结合包括粘结。

附图说明

通过实施例的方式，参照附图，一个或多个实施方式将被说明，其中：

图1示意性地说明了根据本发明的用于电池中包括多个焊接的示例性注液电池连接器；

图2是根据本发明的用于工件上的错位散斑干涉法检测装置的示意图；

图3是根据本发明的具有结合区域和自由区域的示例性工件，具有加载期间代表性的剪切图的示意图；

图4-1，4-2和4-3是根据本发明的工件振动加载期间分别在4.5KHz、9.3KHz、和11.5KHz的不同振动频率下三个良好点焊的错位散斑干涉法结果的示意图；以及

图5-1，5-2和5-3是根据本发明的工件振动加载期间分别在5.0KHz、8.7KHz和11.9KHz不同振动频率下单个良好点焊的错位散斑干涉法结果的示意图。

具体实施方式

现在参照附图，其中图示的目的仅是说明特定示例性实施方式并且不作为限制本发明的目的，图1示意性地说明了用于电池中的包括多个结合(即点焊12)的示例性注液电池连接器10。注液电池连接器10包括用于互连多个板16的连接总线14。连接总线14具有从第一端18延伸到远端第二端20的大致U型截面。U型截面包括基底22和分别第一及第二连接构件24和26。第二端20包括用于互连电池到其他电池和作为所需特殊应用的装置的互连突片28。

第一和第二连接构件24、26分别焊接到第一和第二组多个板30、32。第一和第二组多个板30、32包括内板34、中板36和外板38。由于第一和第二组多个板30、32完全相同，将仅详细说明第一组多个板30。内板34、中板36和外板38包括大致与用于结合其上的竖直连接构件24重叠的竖直部分40。在示例性实施方式中结合通过固定第一组多个板30到连接总线14的三个点焊12完成。内板34伸出基底22以下，朝着基底22的中心逐步向内，然后以大致竖直方向远离基底22向下到底边42。中板26大致竖直向下延伸到与底边42共线的底边44。外板38关于中板36与内板34对称地相对，即远离基底22的中心逐步向外，并且具有与底边42共线的底边46。内板34、中板36和外板38可以随后插入到电解液容器从而产生化学反应以产生电力。将明显的是第一和第二组多个板30、32可以是多个粘贴板、普兰特板、平板、管板，或当引入到电解液中能够传输电力的其他任何电极。

每个点焊12熔合内板34、中板36和外板38到连接器总线14并且使有效电流从内板34、中板36和外板38的每个流到连接器总线14。连接器总线14输送电流到与其相连的其他电池或装置。不能恰当熔合单个板到其余的多个板30、32和连接器总线14的不合格的点焊12产生次优电流并且会完全阻止电流。不合格的点焊12会妨碍电池提供所需量的电流从而妨碍待供给电流的装置正确的运行。不合格的的点焊12可以通过使用错位散斑干涉法确定。

图2是用于工件100，例如注液电池连接器10上的错位散斑干涉法检测装置50的示意图。错位散斑干涉法检测装置50包括激光器52、楔状物54、透镜56和图像捕捉装置58。激光器52是可以预先指向目标照亮特定区域或整个目标，例如工件100，的发光装置。楔状物54能够以预定量改变光源的轨迹。透镜56接受发散的入射光并且在预定距离重新聚焦入射光从而获得缩放图像。图像捕捉装置58是数字图像捕捉传感器，例如本领域公知的CCD传感器，能够记录投影在传感器的图像。透镜56以预定距离置于工件100和图像捕捉装置58之间，用以按照错位散斑干涉法检测装置50重新聚焦入射光。楔状物54置于工件100和透镜56之间并且定位在透镜56的一半，用以对一半进入透镜56的光线的光线轨迹产生适当的改变。

工件100以允许激光器52照射工件100的方式位于错位散斑干涉法检测装置50中。从激光器52发出的光通过分束器60可以投射到工件100上。分束器60分散从激光器52射出的光为比普通光束更宽的区域，表示为第一光束62和第二光束64。可以理解的是讨论第一光束62和第二光束64仅是为了容易定义参照点并且第一光束62和第二光束64之间的部分与最近的参照光束表现相似。

第一光束62照射工件100上的第一点66，以第一上光束68和第一下光束70折射向透镜56。第二光束64照射工件100上的第二点72，以第二上光束74和第二下光束76折射向透镜56。第一下光束70和第二下光束76进入透镜56并且在第一投射点86和第二投射点88投射到图像捕捉器58。

第一上光束68和第二上光束74投射到楔状物54。楔状物54折射大部分第一上光束68和第二上光束74从而产生预定量的偏移。未偏移的部分光显示为第一聚焦光束80和第二聚焦光束82。第一图像出现在图像捕捉装置58通过第一投射点86和第二投射点88表示，代表第一点66和第二点72之间工件100的区域。第一上光束68和第二上光束74具有焦点，沿着线84在透镜56和图像捕捉装置58之间相同距离，如第一聚焦光束80和第二聚焦光束82。第二图像出现在图像捕捉装置58通过偏移第一投射点90和偏移第二投射点92所示，后者对应于第一投射点86的位置。

产生的第一和第二图像提供记录在图像捕捉装置58的叠加第一图像。工件100施加应力，例如改变负载、温度、真空度、和振动，随后叠加从图像捕捉装置58记录的应力图像。对比第一图像和应力图像，即相加或相减，以确定工件100中剪切线和杂质，以生成剪切图像。剪切图像可以与指示所需生成图像的参照图像对比。对比可以手动或自动的方式完成。明显的当工件100被施加振动负载时，图像可以在工件100激励终端下记录，例如在离图像捕捉装置58最近和最远的位置。

图3是具有结合区域，例如焊接，和自由区域，没有任何结合的区域，的典型工件100的示意图，具有在加载下代表性的剪切图。工件100包括具有单独共同结合区域，即点焊106，的上构件102和相邻下构件104。负载在远离点焊106的方向，即由箭头108表示的方向，沿着上和下构件102、104均等施加到工件100上。点焊106保持上和下构件102、104之间的关系而当距离从点焊增加时偏斜增加，如虚线所示。应变图110指示没有应变112的区域对应于点焊106的尺寸。然而，相对较大应变114存在于临近点焊106并且随着从点焊106距离增加而减小。

振动负载116可以施加到工件上。振动负载116可以任意施加或控制到特定频率或系列频率。振动负载116导致如同上述有关负载的相似发生。也就是，当工件被激励时，在工件被结合的点，例如点焊106，保持上和下构件102、104之间的关系。当距离从点焊增加时，上和下构件102、104的偏斜增加，如虚线所示。应变图110保持相同，即，没有应变的区域112对应于点焊106的尺寸并且相对较大应变114临近点焊106，随着从点焊106距离增加而减小。这种关系保持在单个点焊106或系列点焊。振动负载116的频率可以改变以匹配点焊的间隔，以这样的方式提供容易区分的错位散斑干涉法结果。将明显的是振动加载116可以是工件或形成工件的一个或多个件的固有频率。

错位散斑干涉法可以通过在点焊106的位置产生节点检测临近点焊106的应变114，即点焊106在错位散斑干涉法图像对比中会显示持续的阴影图像。具有较差焊接完整性或没有焊接完整性的点焊106，错位散斑干涉法图像会通过穿过具有较差或没有焊接完整性的点焊部分的阴影变化的方式显示部分折射。

图4-1、4-2和4-3是工件振动加载期间分别在4.5KHz、9.3KHz、和11.5KHz的不同振动频率下三个良好点焊的错位散斑干涉法结果的示意图。图4-1是激励工件100至振动频率为4.5KHz并且显示三个节点130，左节点131、中节点133和右节点135，表示三个点焊的示意图。节点130表示形成良好的点焊，即，各节点130与点焊的整体形状一致。由于在极端振动周期截取错位散斑干涉法图像产生左、中、和右节点131、133、135的双图像，即，从相机的最远点和到图像捕捉装置的最近点，如上所述彼此重叠。产生在4.5KHz频率的剪切线132环绕三个节点130的组合。剪切线132开始大致分别在中和左节点133、131以下，在工件的边缘向上朝着相关节点130延伸到左边。剪切线132围绕并且在左节点131之上延伸。剪切线132以大致向上的趋向通过伸向右节点延续。附加剪切线开始在中和右节点上部并且随着相同的大致图案。

图4-2是激励工件100至振动频率为9.3KHz并且显示三个节点140，左节点141、中节点143和右节点145，表示三个点焊的示意图。每个节点140表示形成良好的点焊。如上所述，由于在极端振动周期截取错位散斑干涉法图像产生节点140的双图像。由于相对于图4-1的较高频率，低剪切线142沿着每个节点140的底部以大致半椭圆图案产生，半椭圆图案具有与各节点140一致的封闭端和伸向工件端部的开放端。由于左节点141、中节点143和右节点145的每个具有相关低剪切线142，低剪切线142有助于辨别何时形成良好点焊。上剪切线144开始在每个节点140之上，向上延伸并且以大致水平方向转向右边。

图4-3是激励工件100至振动频率为11.5KHz并且显示三个节点150、左节点151，中节点153和右节点155，表示三个点焊的示意图。每个节点150表示三个形成良好的点焊。如上所述，由于在振动终端周期截取错位散斑干涉法图像产生节点150的双图像。由于相对于图4-1和图4-2的较高频率，下剪切线152沿着节点150的底部行为各异。下剪切线152具有三组，每个具有大致半椭圆图案，大致半椭圆图案具有朝向节点150的封闭端，然而仅左边组的下剪切线152仍然直接在左节点152以下。中间组的下剪切线152偏移出中节点153并且在中节点153的左侧以下大致对齐。右边组下剪切线152在右节点155之下形成但是进一步在中节点153右侧部分以下延伸。上剪切线154大致在每个节点150之上居中，向上延伸然后大致水平方向转向右边。

图5-1、5-2和5-3是工件加载振动期间分别在5.0KHz、8.7KHz和11.9KHz不同振动频率下单个良好点焊的错位散斑干涉法结果的示意图。图5-1是激励工件100至振动频率为5.0KHz并且显示表示一个形成良好的点焊的单个节点160和没有形成区域点焊的左和中压痕162、164的示意图。由于在振动终端周期截取错位散斑干涉法图像产生节点160和左和中压痕162、164的双图像，即，从相机的最远点和到相机的最近点，彼此重叠。由于点焊的稳定性剪切线166围绕右节点160。左和中压痕162、164两个都包括一系列的剪切线166，穿过左和中压痕162、164延伸，表示在每个左和中表示位置162、164无效点焊。

图5-2是激励工件100至振动频率为8.7KHz并且显示表示一个形成良好的点焊的单个节点170和分别没有形成区域点焊的左和中压痕172、174的示意图。如上所述，由于在振动终端周期截取错位散斑干涉法图像产生节点170和左和中压痕172、174的双图像。左和中压痕172、174表示无效点焊位置。由于点焊的稳定性剪切线176围绕右节点170。节点170的错位散斑干涉法图像比表示小于所需焊接接头的各压痕表示较差焊接完整性。左和中压痕172、174两个都包括一系列的剪切线176，穿过左和中压痕172、174延伸，表示在左和中表示位置172、174无效点焊。

图5-3是激励工件100至振动频率为11.9KHz并且显示表示一个形成良好的点焊的单个节点180和分别没有形成区域点焊的左和中压痕182、184的示意图。如上所述，由于在振动终端周期截取错位散斑干涉法图像产生节点180和左和中压痕182、184的双图像。由于点焊的稳定性剪切线186围绕右节点180。右节点180大致等同于表示形成良好点焊的各凹痕的形状。左和中压痕182、184两个都包括一系列的剪切线186，穿过左和中压痕182、184延伸，表示在左和中表示位置182、184无效点焊。

以上说明提供的信息基于无损结合检测方案，当对工件加压并且捕捉加应力和不加应力图像或在激励终端期间捕捉加应力图像时，可以组合。一个实施例可以提供预测的单一频率以提供用于错位散斑干涉法穿过无结合段成像的剪切线以检测适当的结合。另一个实施例可以以用于错位散斑干涉法成像的结合或未结合工件的固有频率匹配振动频率以检测适当的结合。仍然是另一个实施例可以提供用于错位散斑干涉法成像的一系列频率以检测适当的结合。还是另一个实施例捕捉未加应力图像和通过负载为工件加应力。在任何情况中，一系列查找表或图表可以用来轻易辨别可接受点焊完整性，以手动或自动分析产生。此外，区域计算可以用于对工件的每个结合位置确定已产生结合的适当量。

本发明说明了特定的优选实施方式及其修改，基于阅读和理解说明书可能产生其他的进一步修改和替代。因此，本公开的目的不是限制于如公开的为实现本发明设想的最佳模式的特定实施方式，而是本公开包括落入所附权利要求范围的所有实施方式。

Claims (18)

1.一种用于检测多件工件的结合的完整性的方法，包括：

捕捉工件的第一图像，

对工件加应力；

捕捉工件的加应力图像；和

对比工件的第一图像和工件的加应力图像以确认指示在加应力期间工件中的应变的剪切线；

基于剪切线生成工件的剪切图像，所述剪切图像包括指示结合位置的节点；

对比工件的剪切图像和参照图像；以及

基于确定的剪切线和与参照图像相关的节点的性质确定结合的完整性。

2.如权利要求1所述的方法，其中对工件加应力包括激励工件至特定频率。

3.如权利要求2所述的方法，其中捕捉工件的第一图像发生在特定频率的一个终端并且捕捉工件的加应力图像发生在特定频率的相对终端。

4.如权利要求2所述的方法，其中激励工件至特定频率包括激励工件至一系列的特定频率。

5.如权利要求4所述的方法，其中激励工件至一系列的特定频率包括激励工件至表示多件工件的每件的固有频率的一系列固有频率。

6.如权利要求2所述的方法，其中激励工件至特定频率包括激励工件至工件的固有频率。

7.如权利要求1所述的方法，其中对工件加应力包括对工件施加压缩力。

8.如权利要求1所述的方法，其中对工件加应力包括对工件施加拉伸力。

9.如权利要求1所述的方法，其中对比工件的剪切图像和参照图像包括自动对比剪切图像和参照图像。

10.如权利要求1所述的方法，其中对比工件的第一图像和工件的加应力图像以确定结合的完整性包括计算结合区域。

11.如权利要求1所述的方法，其中工件包括多件电池终端。

12.如权利要求1所述的方法，其中结合包括焊接。

13.一种用于检测多件工件的结合的方法，包括：

捕捉工件的第一图像；

振动所述工件；

捕捉工件的加应力图像；和

对比第一图像和加应力图像以确认指示在振动期间工件中的应变的剪切线；以及

基于剪切线生成工件的剪切图像，所述剪切图像包括指示结合位置的节点。

14.如权利要求13所述的方法，其中振动所述工件包括振动所述工件至一系列频率。

15.如权利要求13所述的方法，其中振动所述工件包括振动所述工件至一系列预设频率。

16.如权利要求13所述的方法，进一步包括对比剪切图像和参照图像以检测多件工件的结合。

17.如权利要求16所述的方法，其中对比剪切图像和参照图像包括计算结合区域。

18.如权利要求13所述的方法，其中结合包括粘结。