CN103658956A - 伺服焊枪电阻点焊的焊点质量在线判别方法 - Google Patents

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Abstract

一种焊接技术领域的基于伺服焊枪点焊的焊点质量在线判别方法。本发明利用伺服焊枪在线获取压痕深度，实现点焊过程中压痕深度在线提取，根据压痕深度变化实现焊点质量在线判别。所述的压痕深度随焊接点数的变化规律，具体为：随着焊接点数的增加，压痕深度逐渐减小，焊接到一定点数后，压痕深度会有一个突然下降，然后处于稳定波动状态。研究发现，在压痕深度处于稳定波动阶段后，不合格焊点的几率大大增加，需要进行电极修磨或者更换新电极。本发明利用伺服焊枪在线提取压痕深度特征实现焊点质量的在线判别。该方法在点焊过程中不需要额外安装传感器设备，不受现场工位限制，可为车身焊点质量在线检测提供技术支持。

Description

伺服焊枪电阻点焊的焊点质量在线判别方法
技术领域
本发明涉及的是一种焊接技术领域方法，具体是一种伺服焊枪点焊的焊点质量在线判别方法。
背景技术
电阻点焊技术因其高效率、低成本等优点而广泛应用于薄板结构的焊接装配，尤其在汽车制造工业中得到大量应用，电阻点焊质量的好坏，直接决定轿车使用的可靠性与安全性。为了满足汽车轻量化、安全性需要，大量高强度、轻质材料逐渐应用于车身制造中。由于特殊的材料属性以及较强的焊接规范，点焊这类材料的焊点质量不稳定性大大增加。因此，进行点焊过程中焊点质量的在线检测对整车的装配质量具有重要影响。许多学者研究利用点焊过程中的动态电阻、动态电极位移等进行焊点质量检测评价。这类方法需要加装额外传感器，受现场工位的限制比较大，并且由于在复杂的点焊环境下进行大量的信号采集，检测误差比较大，在实际应用中具有一定的局限性。伺服焊枪是最近几年发展起来的一种新型焊枪，相比较于目前在各大汽车制造厂中大量应用的气动焊枪，伺服焊枪的最大特点是以伺服装置代替气动装置，采用伺服电机作为动力装置，在焊枪的发展历程上相当于从普通机床到数控机床的飞跃。如何利用伺服焊枪点焊技术特性，探寻一种简捷可行的焊点质量在线检测方法，具有较大的实际应用价值。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号：CN101825580A，名称为：基于电极位移波动的电阻点焊质量实时检测方法，该方法利用采集点焊过程中的动态电极位移曲线进行点焊质量实时检测，该方法需要在焊枪上加装位移传感器，受工件装夹限制较大，实际应用具有一定的局限性，并且由于点焊的瞬时性、复杂性以及电极磨损等因素的影响，电极位移信息的采集误差较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于伺服焊枪电阻点焊的焊点质量在线判别方法。现有研究表明，压痕深度的变化能够反映焊点质量的变化，利用伺服焊枪技术特性实现焊点压痕深度的在线提取，通过研究焊点质量与压痕深度之间的变化规律，根据压痕深度特征变化实现焊点质量在线判别。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明利用伺服焊枪在线获取压痕深度，实现电阻点焊过程中压痕深度在线提取，根据压痕深度的变化规律实现焊点质量的在线判别。所述的压痕深度变化规律，具体为：在初始焊接阶段，压痕深度较深，随着焊接点数的增加，由于电极磨损降低了电极端面的电流密度与电极压力，使压痕深度快速下降；但焊接到一定点数后，压痕深度会有一个突然下降，然后处于稳定波动状态。研究表明，在压痕深度开始处于稳定波动阶段后，出现不合格焊点的几率大大增加。磨损电极已经不能满足点焊质量要求，此时需要更换新的电极或者进行电极修磨。
本发明具体实现步骤如下：
(1)机器人控制器控制机器人将伺服焊枪移动到指定焊接位置。伺服焊枪的下电极固定在下电极臂上，上电极作为机器人的一个运动控制轴，可上下移动。伺服焊枪的伺服电机接受到控制器运动指令后，通过传动装置控制上电极运动。在机器人控制器的指令作用下，使上、下电极闭合并以既定电极力压紧工件。
(2)达到预定电极压力后，机器人控制器给焊接控制器发出通电焊接信号，焊接控制器通过固定于伺服焊枪上的变压器以既定的焊接参数使上、下电极通电完成一个焊点的焊接。焊接结束后，在热、电、力的耦合作用将工件焊接到一起，并在工件表面留下焊点压痕。
(3)机器人控制器运行压痕深度检测程序，编码器记录当前焊点的压痕深度信息并存储到控制器中。随着焊接点数的增加，由于电极磨损导致电极端面面积逐渐增大，使压痕深度快速下降。随着焊接点数的进一步增加，压痕深度不再减小，而是处于稳定波动状态。研究发现，不同焊接材料在不同焊接点数下的焊点质量分析表明，在压痕深度开始处于稳定波动阶段后，此时的焊点最大拉剪力开始有下降趋势，金相试验分析也表明，焊点的熔核逐渐减小，已经有虚焊等缺陷出现，不合格焊点的几率大大增加，此时的焊点质量已经达不到车身焊接装配的要求，需要更换新的电极或者进行电极修磨。
(4)根据压痕深度随焊接点数的变化规律，通过伺服焊枪获取不同焊接点数下的压痕深度变化信息，当测得压痕深度处于稳定阶段后，即表明此时的焊点质量出现不合格焊点几率大大增加。机器人控制器运行电极修磨程序，将伺服焊枪的上、下电极移动的电极修磨器的刀具槽内，使上、下电极在既定的电极压力下压紧修磨器的上、下刀具，以既定修磨参数对磨损的上、下电极同时进行修磨，使上、下电极恢复到焊接前的几何尺寸与表面状态。
本发明通过研究压痕深度与焊点质量之间的变化规律，利用伺服焊枪在线提取压痕深度特征信息，根据压痕深度变化实现对焊点质量的在线判别。该方法点焊过程中不要安装额外传感器设备，不受现场工位限制。
附图说明
图1本发明实施例伺服焊枪与机器人集成控制的点焊系统结构示意图
图2本发明实施例伺服焊枪点焊后的焊点压痕图
图3本发明实施例焊点压痕深随焊接点数的变化规律图
具体实施方式
结合本发明的技术方案提供以下实施例：
(1)本实施例采用伺服焊枪与机器人集成控制的点焊系统开始焊接，如图1所示，机器人控制器1通过信号光缆2将运动控制指令传给机器人3，机器人3执行运动指令将固定于机器人臂上的伺服焊枪21运动到指定焊接位置，使固定于下电极臂13上的下电极12贴紧工件11。机器人控制器1通过信号光缆4将控制上电极9运动的指令传给伺服电机6，伺服电机6通过传动装置7控制固定于上电极臂8上的上电极9以既定的速度运行到指定位置，使上电极9与下电极12在既定电极压力下夹紧焊接工件10与焊接工件11，上电极9的位移信息通过编码器5反馈，由信号光缆4传送并存储到机器人控制器1中。
(2)机器人控制器1通过信号光缆18将焊接信号传给焊接控制器17，焊接控制器17运行焊接程序，以既定的焊接参数进行焊接。焊接控制器17出来的电流为高电压、低电流的初级交流电，通过电源光缆16传到固定于伺服焊枪上的变压器15，经过变压器15转换为低电压、高电流的次级交流电。转换后的次级电流通过电源光缆14传到上电极9，使其与下电极臂13、下电极12、工件11以及工件10共同组成焊接回路，在电、热、力的耦合作用下，完成一个焊点的焊接，将工件11与工件10连接到一起。焊接完成后，如图2所示，上电极9与下电极12在工件10与工件11的表面分别留下一个焊点压痕22与焊点压痕23，图2中的I即为焊点压痕的深度，工件10与工件11在高温、高压下熔化的金属会形成一个焊点熔核24，该熔核将工件10与工件11连接到一起，图2中的D即为所形成的焊点熔核24的直径。
(3)焊接完成后，运行压痕深度检测程序，使上电极9与下电极12在既定电极力下压入压痕22与压痕23，焊后的电极位移信息被编码器5反馈并通过信号光缆4传送到焊接控制器1中保存，将此位移信息与焊前压紧工件状态时的电极位移信息相比较，则压痕深度(I)即可在线获得。通过对不同类型镀锌板的电极磨损试验，发现压痕深度(I)随着焊接点数的增加而呈一定的规律性变化，其变化规律如图3所示，在开始焊接阶段，由于电极端面积较小，使电极端面的电流密度与电极压力较大，压痕深度(I)较深。随着焊接点数的增加，电极磨损使电极端面积逐渐增大，使压痕深度(I)逐渐减小。随着焊接点数的进一步增加，压痕深度(I)不再减小，而是稳定波动。通过对此阶段的焊点质量分析表明，在压痕深度处于稳定波动阶段后，不合格焊点的几率大大提高。
(4)伺服焊枪测得焊点压痕深度(I)处于稳定阶段后，焊接控制器1发出电极修磨指令，机器人3将上电极9与下电极12移动到电极修磨器20的上、下刀具槽内，通过信号光缆19控制电极修磨器20在既定修磨参数下同时对上电极9与下电极12修磨，使电极几何尺寸与表面状态恢复到焊接前新电极状态。

Claims (2)

1.一种基于伺服焊枪点焊的焊点质量在线判别方法，其特征在于，利用伺服焊枪在线获取压痕深度，实现电阻点焊过程中不同焊接点数的压痕深度在线提取，根据压痕深度随焊接点数的变化规律，通过压痕深度变化实现对焊点质量在线判别。所述的压痕深度变化规律，具体为：在初始焊接阶段，压痕深度较深，随着焊接点数的增加，使压痕深度快速下降；但焊接到一定点数后，压痕深度会有一个突然下降，然后处于稳定波动状态。。研究发现，当压痕深度开始处于稳定波动阶段后，不合格焊点的几率大大增加，此时电极已经不能满足点焊质量要求，需要进行电极修磨或者更换新电极。
2.根据权利要求1所述的基于伺服焊枪点焊的焊点质量在线判别方法，其特征是，具体实现步骤如下：
(1)机器人控制器控制机器人将伺服焊枪移动到指定焊接位置，伺服焊枪的下电极固定在下电极臂上，上电极作为机器人的一个运动控制轴，能上下移动，伺服焊枪的伺服电机接受到控制器运动指令后，通过传动装置控制上电极运动，在机器人控制器的指令作用下，使上、下电极闭合并以既定电极力压紧工件；
(2)达到预定电极压力后，机器人控制器给焊接控制器发出通电焊接信号，焊接控制器通过固定于伺服焊枪上的变压器以既定的焊接参数使上、下电极通电完成一个焊点的焊接，焊接结束后，在热、电、力的耦合作用将工件焊接到一起，并在工件表面留下焊点压痕；
(3)机器人控制器运行压痕深度检测程序，编码器记录当前焊点的压痕深度信息并存储到控制器中，获得压痕深度在不同焊接点数下的变化规律；
(4)根据压痕深度的变化规律，通过伺服焊枪获取不同焊接点数下的压痕深度信息来实现焊点质量在线判别。当测得压痕深度处于稳定阶段后，表明此时出现不合格焊点几率大大增加。机器人控制器运行电极修磨程序，将伺服焊枪的上、下电极移动的电极修磨器的刀具槽内，使上、下电极在既定的电极压力下压紧修磨器的上、下刀具，以既定修磨参数对磨损的上、下电极同时进行修磨，使上下电极恢复到焊接前的几何尺寸与表面状态。
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