CN106363289A - 一种电阻点焊工艺监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电阻点焊质量评判领域，具体涉及汽车车身电阻点焊工艺监测方法及装置。本发明涉及的一种电阻点焊工艺监测方法及装置，通过在电流传感器的输出端使用屏蔽线接入积分器的输入端，积分器的输出端接入数据采集卡的模拟转换通道，并将开关电源的com和信号的负连接起来，有效减少杂波信号的干扰，简化了传感装置；以太网型数据采集卡和无线路由器的搭配，使得传感器的信号不仅可以远距离传输，而且信号为无线WiFi传输，这样的装置无需使用工业用计算机，只需要使用普通的终端设备，如PC，具有体积小、成本低的优点。

Description

一种电阻点焊工艺监测方法及装置

技术领域

本发明涉及电阻点焊质量评判领域，具体涉及汽车车身电阻点焊工艺监测方法及装置。

背景技术

在汽车车身生产企业中，通常情况下均在焊前进行试片试验，焊接过程中进行半破坏性凿检实验，以及焊后根据质量检验需要对生产的焊接结构产品抽取一定比例，并进行破坏性实验检测。检测主要针对焊点直径与焊点最大承载力这两个重要指标。其中，检测焊点直径需要撕开焊点焊接结构，测量其宏观尺寸；检测焊点最大承载力需要进行拉剪强度测试。这样的检测方法不但效率低下，增加了生产成本，且不能保证未检测产品的质量可靠性。

点焊质量的影响因素较多，用所述的试片试验和半破坏性凿检实验均只是小样本抽样检查，即使这些所抽查的点检测均合格，其它点也有存在质量不合格的。

一般一个白车身拥有3000至5000个焊点，焊点数量多，加上生产任务重，操作工人在进行焊接时，时有发生焊点漏焊的现象。而焊接完成后，大部分焊点无法直接目视进行检查是否存在漏焊，且焊点数量极多，对每个车身的每个焊点进行检查也不现实。焊点漏焊，不仅降低车身的强度，还可能导致车辆在行驶过程中出现驾驶室开焊，存在安全隐患。

因此，发展一种实时在线、方便的、非破坏性、低成本、诊断可靠性高的无损的，实时在线输出焊点的质量和数量情况，发出报警，并且能够智能推荐最优焊接参数组合的，在线自动调整焊接参数的系统。这对现实生产具有极其重要的意义。

申请号为200620028736.0的中国实用新型专利公开的电阻点焊工艺参数实时在线计算机监测系统采用如下方案：用罗氏线圈电流传感器检测电流(含积分电路)，用BP800扩散硅型智能压力传感器检测气缸压力，再将传感器与多功能数据采集卡PCL-818LS连接，然后，将采集卡PCL-818LS的A/D接口与工业计算机WS-843一体化工作站的ISA总线连接，最后与Windows环境下的监测软件连接，在一体化工作站的LCD显示屏上实时显示焊接工艺参数。

上述中国专利的技术方案存在以下缺点：成本高：采用PLC-818LS数据采集卡与计算机通过ISA总线连接，不能使用普通计算机，需要使用具有ISA总线的工业计算机，即使普通计算机有ISA总线，也易死机，无法使用；不能适应监测数据的远距离传输，限制了其在长度为50米以上的生产线的使用：PLC-818LS数据采集卡需与ISA总线工业计算机连接，若要将工业计算机置于正常的办公场所，即与生产现场分离，则传感器经过远距离传来的信号将极大的衰减，采集卡无法采集到实际信号，而生产线一般较长，这就导致上述系统局限于在短生产线的在线监测，不能在长度50米以上的生产线使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种电阻点焊工艺监测方法及装置，解决现有电阻点焊工艺参数实时在线监测装置只能使用ISA总线的工业计算机，成本高；不能在长度超过50米以上的生产线使用；采集到的信号干扰较多的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种电阻点焊工艺监测方法，包括以下步骤：

电流传感器检测点焊过程中实际电流信号；

以太网型数据采集卡根据电流传感器检测得到的实际电流信号进行数模转换，得到数字信号；

无线路由器传输以太网型数据采集卡得到的数字信号；

终端设备接收无线路由器传输的数字信号；

终端设备处理、控制、显示终端设备所接收的数字信号。

本发明还提供一种电阻点焊工艺监测装置，包括：

电流传感器，用于检测点焊过程中的实际电流信号；

数据采集卡，根据电流传感器检测得到的实际电流信号进行数模转换，得到数字信号；

无线路由器，用于传输以太网型数据采集卡得到的数字信号；

终端设备，用于处理、控制、显示无限路由器传输的数字信号；

所述电流传感器为柔性开合式罗氏线圈，配备屏蔽线，并配套积分器；所述数据采集卡为以太网型数据采集卡；所述终端设备具有无线信号接收功能，所述终端设备包括PC；所述终端设备安装数据处理模块；所述电流传感器的输出端使用屏蔽线连接积分器的输入端，所述积分器的输出端连接数据采集卡的数模转换通道，并将开关电源的com和信号的负连接起来，所述数据采集卡的网线输出端连接无线路由器的LAN端口，所述无线路由器与终端设备通过无线WiFi信号进行数据传输。

本发明的有益效果在于：本发明涉及的一种电阻点焊工艺监测方法及装置，通过在电流传感器的输出端使用屏蔽线接入积分器的如输入端，积分器的输出端接入数据采集卡的模拟转换通道，并将开关电源的com和信号的负连接起来，有效减少杂波信号的干扰，简化了传感装置；以太网型数据采集卡和无线路由器的搭配，使得传感器的信号不仅可以远距离传输，而且信号为无线WiFi传输，这样的装置无需使用工业用计算机，只需要使用普通的终端设备，如PC，具有体积小、成本低的优点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的一种电阻点焊工艺监测方法流程图；

图2为本发明具体实施方式的一种电阻点焊工艺监测装置结构框图；

图3为本发明具体实施方式的一种电阻点焊工艺监测装置中DAQami软件的采样频率设置图；

图4为本发明具体实施方式的一种电阻点焊工艺监测装置中DAQami软件的信号接线通道的选取图；

图5为本发明具体实施方式的一种电阻点焊工艺监测装置中DAQami软件的数模转换通道选取图；

图6、图7为本发明具体实施方式的一种电阻点焊工艺监测装置中DAQami软件采集到的焊接电流波形图；

图8为本发明具体实施方式的一种电阻点焊工艺监测装置中Daubechies4小波对实际焊核直径的滤波图；

标号说明：

1、电流传感器；2、数据采集卡；3、无线路由器；4、终端设备。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。

本发明最关键的构思在于：以太网型数据采集卡和无线路由器的搭配，使得传感器的信号不仅可以远距离传输，而且信号为无线WiFi传输，这样的装置无需使用工业用计算机，只需要使用普通的终端设备，如PC，具有体积小、成本低的优点。

请参照图1至图8，本发明提供一种电阻点焊工艺监测方法，包括以下步骤：

电流传感器检测点焊过程中实际电流信号；

以太网型数据采集卡根据电流传感器检测得到的实际电流信号进行数模转换，得到数字信号；

无线路由器传输以太网型数据采集卡得到的数字信号；

终端设备接收无限路由器传输的数字信号；

终端设备处理、控制、显示终端设备所接收的数字信号。

本发明还提供一种电阻点焊工艺监测装置，包括：

电流传感器1，用于检测点焊过程中的实际电流信号；

数据采集卡2，根据电流传感器检测得到的实际电流信号进行数模转换，得到数字信号；

无线路由器3，用于传输以太网型数据采集卡得到的数字信号；

终端设备4，用于处理、控制、显示无线路由器传输的数字信号；

所述电流传感器1为柔性开合式罗氏线圈，配备屏蔽线，并配套积分器；所述数据采集卡2为以太网型数据采集卡；所述终端设备4具有无线信号接收功能，所述终端设备4包括PC；所述终端设备4安装数据处理模块；所述电流传感器1的输出端使用屏蔽线连接积分器的输入端，所述积分器的输出端连接数据采集卡2的数模转换通道，所述数据采集卡2的网线输出端连接无线路由器3的LAN端口，所述无线路由器3与终端设备4通过无线WiFi信号进行数据传输。

上述电阻点焊工艺监测方法及装置中，通过在电流传感器的输出端使用屏蔽线接入积分器的如输入端，积分器的输出端接入数据采集卡的模拟转换通道，并将开关电源的com和信号的负连接起来，有效减少杂波信号的干扰，简化了传感装置；以太网型数据采集卡和无线路由器的搭配，使得传感器的信号不仅可以远距离传输，而且信号为无线WiFi传输，这样的装置无需使用工业用计算机，只需要使用普通的终端设备，如PC，具有体积小、成本低的优点。

进一步的，所述“终端设备处理、控制、显示终端设备所接收的数字信号”具体包括：终端设备中的数据处理模块输出点焊过程中的工艺参数，所述数据处理模块包括DAQami软件、MATLAB软件、HJJCYPJXT软件，所述工艺参数包括焊接电流的有效值、瞬时值、电流的实时波形图、实际焊接时间、每个焊点的焊核直径、焊点的数量、电极帽、电流大小、焊接板材厚度、电极压力、NQST值。

进一步的，在所述“终端设备处理、控制、显示终端设备所接收的数字信号”：后，还包括以下步骤：终端设备设定点焊过程中的工艺参数的阈值，在工艺参数超过阈值时，终端设备发出报警信息。

进一步的，所述“终端设备处理、控制、显示终端设备所接收的数字信号”具体包括：终端设备中的数据处理模块识别点焊过程中的工艺参数异常值，剔除异常值，智能推荐最优的参数组合。

由上述描述可知，所述在线监测软件HJJCYPJXT可输出焊接电流的有效值、瞬时值、电流的实时波形图、监测并输出实际焊接时间、每个焊点的焊核直径、焊点的数量；可进行电极帽直径大小，焊接时间，电流大小，焊接板材厚度，电极压力，焊点数量，焊点的焊核直径、驾驶室焊接的NQST值等各参数及其对应阈值的设置，并将实测参数值与预设的参数阈值进行比较，若实际值不在设定的阈值范围内，则自动给出报警；所述的在线监测软件HJJCYPJXT为通过焊点熔核直径与焊接电流、焊接时间、焊钳气缸压力、工件厚度、电极端面直径的模糊关系，结合人工神经网络和最小二乘法进行预测焊核直径，并不断的进行所述关系式的修正，不断提升预测精度；调用MATLAB，求得焊核直径与焊接电流、焊接时间、焊钳气缸压力、工件厚度、电极端面直径的数学关系式，将单变量检测和多变量拟合成功结合，简化数据采集传感装置，提升预测精度；调用MATLAB，利用Daubechies4小波函数采用启发式阈值，根据不同层的噪声估计来调整阈值；为克服降噪后的信号在奇异点有毛刺和振荡，对模极大值序列采用软阈值处理，识别异常值，并剔除异常值。本发明涉及的一种电阻点焊工艺监测方法及装置具有不断学习，不断修正预测值，不断提升预测精度的功能。

进一步的，所述以太网型数据采集卡包括8路单端模拟通道，4路差分模拟通道，12位以上分辨率，12KSps/s以上的数模转换速度。

进一步的，所述电阻点焊工艺监测装置还包括外围电路，用于给电流传感器、数据采集卡、无线路由器供电。

进一步的，所述终端设备还包括移动通信设备，所述移动通信设备包括手机或PAD。

由上述描述可知，通过移动通信设备可随时随地检测点焊过程，具有方便快捷、成本低、在线实时监测等优点。

实施例1

请参照图1至图8，一种电阻点焊工艺监测方法及装置，以DC04，1+1mm低碳钢点焊为例，采用26组和39组样本焊接数据分别对数学关系式Y＝a+b₁I+b₂T+b₃P+b₄H+b₅D进行训练，求解，并得到预测值，具体步骤如下：

步骤一：将罗氏线圈Y-FCT-250的输出端使用屏蔽线接入其配套的S1精密积分器进行信号调理；

步骤二：将S1精密积分器的单端信号输出端接入E-1608数据采集卡的CHOH和CHOL差分信号数模转换通道，并将开关电源的com和信号的负连接起来，将S1精密积分器的供电端接入9-12V的电源适配器，再将所述的电源适配器插入排插；

步骤三：将E-1608的网线接口使用网线接入无线路由器TP-LINK TL-WDR78001750M的LAN端口；

步骤四：将无线路由器TP-LINK TL-WDR7800 1750M的供电端插入配套的220V电源适配器，再将所述的电源适配器插入所述的排插；

步骤五：手机与无线路由器TP-LINK TL-WDR7800 1750M通过无线WiFi信号连接；

步骤六：在手机上安装DAQami软件、MATLAB软件、在线监测软件HJJCYPJXT；

步骤七：打开DAQami软件，将其采样频率设置为50HZ，选用差分通道，勾选A0通道，对焊接电流和焊接时间进行实时采集，输出相应的焊接电流波形图，并将所采集到的数据保存成EXCEL可识别的CSV格式文件；

步骤八：打开软件HJJCYPJXT，计算焊点数量Z，①在CSV文件的AI0(V)数据列中，其数值大于0.2以上的数据；②在CSV文件的Date/Time数据列中相对时间相差在0.8秒以内的数据；将同时满足以上两个条件的数据分为同一组，对所述数据组的个数进行计数，每个数据组对应一个焊点，数组的组数即为焊点数，即Z＝L；

步骤九：计算实际焊接时间T，①在CSV文件的AI0(V)数据列中，其数值大于0.2以上的数据；②在CSV文件的Date/Time数据列中相对时间相差在0.8秒以内的数据；将同时满足以上两个条件的数据分为同一组，组内的数据个数N即为实际焊接时间的周波数T，即T＝N；

步骤十：计算实际焊接电流的有效值I，①在CSV文件的AI0(V)数据列中，其数值大于0.2以上的数据；②在CSV文件的Date/Time数据列中相对时间相差在0.8秒以内的数据；HJJCYPJXT软件将同时满足以上两个条件的数据分为同一组，对组内的每个数据i_k按以下计算式进行计算，求出I；

$I=0.707K_1\sqrt{\left(\underset{1}{\overset{N}{\Σ}}{i}_k^2\right)/N}$

步骤十一：人为的输入焊钳对应的气缸气压P、所焊工件的厚度H和对应的电极头端面直径D的数值，并设置好焊核直径的下限阈值Y_下限＝4.5mm，设置好根据实验测试得到的当焊点烧穿时的电流值上线I_上限，以及设置好该把焊钳的总焊点数N_总；

步骤十二：调用MATLAB，按下列方式输入26组通过试片试验测得的实际焊核直径Yi的数值，利用Daubechies4小波函数，选取heursure为阈值，选取mln为噪声标志，并采用软阈值s，对所输入的数据进行3层滤波，即输入：

Y＝[4.9；5.8；6.15；5.2；5.1；5.25；5.4；4.9；5.6；3.8；3.85；3.65；4.2；4.5；3.55；5.95；4.1；3.8；4.55；3.4；3.6；3.5；3.15；2.35；4.25；3.95]；

[C，L]＝wavedec(Y，3，'db4')；

clean＝wden(C，L，'heursure'，'s'，'mln'，3，'db4')；

cA3＝appcoef(C，L，'db4'，3)；

cD1＝detcoef(C，L，1)；

A3＝wrcoef('a'，C，L，'db4'，3)；

D1＝wrcoef('d'，C，L，'db4'，1)；

subplot(2，2，3)；plot(Y)；title('原始数据')

subplot(2，2，1)；plot(A3)；title('变化趋势')

subplot(2，2，2)；plot(D1)；title('异常波动')

根据过滤分解结果，可见第二个点6.15和第15个点3.55的为异常点，将其剔除。

步骤十三：利用正交试验原理，对过滤后的数据进行筛选，得到最优组合参数，并在软件界面显示，向技术员推荐最优的点焊工艺参数组合；

步骤十四：调用MATLAB，将过滤后的24组焊核直径Y与对应的焊接电流I、焊接时间T、气缸压力P、工件厚度H、电极头端面直径D的数据，按如下方式输入：

X＝[1 I₁ T₁ P₁ H₁ D₁；1 I₂ T₂ P₂ H₂ D₂；……1 I₂₄ T₂₄ P₂₄ H₂₄ D₂₄]；

M＝X’；

Y＝[Y₁ Y₂ Y₃ …… Y₂₄]；

P＝M*X；Q＝inv(P)；D＝M*Y；B＝Q*D

求得关系式Y₂₄＝0.2229*I+0.6303*T-2.2414*P-1.0784*H+0.0124*D-0.3226，将步骤九计算得到的焊接时间T的值和步骤十计算得到的焊接电流值I，以及步骤十一输入的气缸气压P、工件的厚度H、电极头端面直径D的数值代入所述的数学关系式，计算得到焊核直径的预测值Y，实时显示，并自动保存成CSV格式文件；

步骤十五：将所有焊核直径的预测值Y与焊核直径的下限阈值Y_下限进行比较，当预测值Y＜Y_下限时，判定对应的焊点为不合格焊点，并统计出不合格点数N_不合格；将实际焊接电流I_i与焊点烧穿的电流上限I_上限对比，当I_i≥I_上限时，判定对应的焊点烧穿，并统计烧穿的点数N_穿；将焊点的设置值N_总，与步骤八计算得到的实际焊点数量Z对比后，取其差值，即N_漏＝N_总-Z；按下式计算NQST值，并将结果显示在软件界面；

步骤十六：将焊点的设置值N_总，与步骤八计算得到的实际焊点数量Z对比，若Z＜N_总，则发出警报，报警声为S1，提醒操作者发生焊点漏焊现象；将焊核直径的预测值Y与焊核直径的下限阈值Y_下限进行比较，当预测值Y＜Y_下限时，发出警报，报警声为S2，提醒操作者焊点直径不符合要求；

步骤十七：保留步骤十四过滤后的24组数据，调用MATLAB，增加输入通过试片试验取得的实际焊核直径和对应的焊接工艺参数15组，即输入：

X＝[1 I₁ T₁ P₁ H₁ D₁；1 I₂ T₂ P₂ H₂ D₂；……1 I₂₄ T₂₄ P₂₄ H₂₄ D₂₄；……1 I₃₉ T₃₉P₃₉ H₃₉ D₃₉]；

M＝X’；

Y＝[Y₁； Y₂； Y₃； …… Y₂₄； ……Y₃₉]；

P＝M*X；Q＝inv(P)；D＝M*Y；B＝Q*D

求得Y₃₉＝0.3731*I+0.1567*T-2.7900*P+1.3061*H+0.0208*D-1.4549，对步骤十四求得的数学关系式Y₂₄进行修正，关系式Y₃₉比关系式Y₂₄对焊核的预测更精准。

实施例2

步骤五：PC通过TL-WN726N无线信号接收器与无线路由器TP-LINK TL-WDR78001750M通过无线WiFi信号连接；

步骤六：在PC上安装DAQami软件、MATLAB软件、在线监测软件HJJCYPJXT；

其他步骤与实施例1相同。

实施例3

步骤五：PAD与无线路由器TP-LINK TL-WDR7800 1750M通过无线WiFi信号连接；

步骤六：在PAD上安装DAQami软件、MATLAB软件、在线监测软件HJJCYPJXT；

其他步骤与实施例1相同。

综上所述，本发明涉及的一种电阻点焊工艺监测方法及装置，通过以太网型数据采集卡和无线路由器的搭配，使得数据采集卡与终端设备不仅可以远距离传输，而且信号为无线WiFi传输。这样的装置无需使用工业用计算机，只需要使用普通计算机即可，而且可以使用手机、PAD等移动通信设备随时随地监测点焊过程，具有方便快捷，成本低，在线实时监测，数据集中管理等优点；通过电流传感器单变量的检测，结合试片试验，调用MATLAB，求得焊核直径与焊接电流、焊接时间、焊钳气缸压力、工件厚度、电极端面直径的数学关系式，将单变量检测和多变量拟合成功结合，简化数据采集传感装置，提升预测精度；调用MATLAB，利用Daubechies4小波函数采用启发式阈值，根据不同层的噪声估计来调整阈值；为克服降噪后的信号在奇异点有毛刺和振荡，对模极大值序列采用软阈值处理，识别异常值，并剔除异常值；使用屏蔽线，并大胆对积分器的单端信号接入数据采集卡的差分通道，并将开关电源的com和信号的负连接起来，减少干扰，提升传感精度，并取得成功；将实际焊点的计数转化为计数满足一定限制条件的数组，而非计算脉冲波形等信号，不受其它信号的干扰。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种电阻点焊工艺监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

电流传感器检测点焊过程中实际电流信号；

以太网型数据采集卡根据电流传感器检测得到的实际电流信号进行数模转换，得到数字信号；

无线路由器传输以太网型数据采集卡得到的数字信号；

终端设备接收无限路由器传输的数字信号；

终端设备处理、控制、显示终端设备所接收的数字信号。

2.根据权利要求1所述的电阻点焊工艺监测方法，其特征在于，所述“终端设备处理、控制、显示终端设备所接收的数字信号”具体包括：终端设备中的数据处理模块输出点焊过程中的工艺参数，所述数据处理模块包括DAQami软件、MATLAB软件、HJJCYPJXT软件，所述工艺参数包括焊接电流的有效值、瞬时值、电流的实时波形图、实际焊接时间、每个焊点的焊核直径、焊点的数量、电极帽、电流大小、焊接板材厚度、电极压力和NQST值。

3.根据权利要求1所述的电阻点焊工艺监测方法，其特征在于，在所述“终端设备处理、控制、显示终端设备所接收的数字信号”后，还包括以下步骤：终端设备设定点焊过程中的工艺参数的阈值，在工艺参数超过阈值时，终端设备发出报警信息。

4.根据权利要求1所述的电阻点焊工艺监测方法，其特征在于，所述“终端设备处理、控制、显示终端设备所接收的数字信号”具体包括：终端设备中的数据处理模块识别点焊过程中的工艺参数异常值，剔除异常值，智能推荐参数组合。

5.一种电阻点焊工艺监测装置，其特征在于，包括

电流传感器，用于检测点焊过程中的实际电流信号；

数据采集卡，用于对所述电流传感器传来的信号进行数模转换，将所述信号作为以太网信号发射源点；

无线路由器，用于传输所述数据采集卡采集到的信号；

终端设备，用于处理、控制、显示以太网型数据采集卡采集到的信号；

所述电流传感器为柔性开合式罗氏线圈，配备屏蔽线，并配套积分器；所述数据采集卡为以太网型数据采集卡；所述终端设备具有无线信号接收功能，所述终端设备包括PC；所述终端设备安装数据处理模块；所述电流传感器的输出端使用屏蔽线连接积分器的输入端，所述积分器的输出端连接数据采集卡的数模转换通道，所述数据采集卡的网线输出端连接无线路由器的LAN端口，所述无线路由器与终端设备通过无线WiFi信号进行数据传输。

6.根据权利要求5所述的电阻点焊工艺监测装置，其特征在于，所述以太网型数据采集卡包括8路单端模拟通道，4路差分模拟通道，12位以上分辨率，12KSps/s以上的数模转换速度。

7.根据权利要求5所述的电阻点焊工艺监测装置，其特征在于，所述电阻点焊工艺监测装置还包括外围电路，用于给电流传感器、数据采集卡、无线路由器供电。

8.根据权利要求5所述的电阻点焊工艺监测装置，其特征在于，所述终端设备还包括移动通信设备，所述移动通信设备包括手机或PAD。