CN106735842A - 一种实时检测焊接质量的超声波焊机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实时检测焊接质量的超声波焊机，包括：上位机；可编程控制器，其通过网络交换机以工业以太网与所述上位机联接；超声波焊接装置，其包括超声波发生器、由换能器、调幅器和焊头组成的三联组件以及驱动所述三联组件在工件表面沿垂直方向运动的气缸，所述超声波发生器通过现场总线与所述可编程控制器通讯联接；信号采集装置，其通过串行总线与所述上位机通讯联接，所述信号采集装置包括用于实时采集超声焊接过程中的振动信号的振动信号采集模块和用于采集焊接过程中的实际输出功率信号的实时功率信号采集模块。本发明提供的超声波焊机实现了焊接过程中的实时检测焊接质量，且检测过程不会破坏工件，简化了焊接操作流程。

Description

一种实时检测焊接质量的超声波焊机
技术领域
本发明涉及超声波焊接机技术领域，更具体地说，本发明涉及一种实时检测焊接质量的超声波焊机。
背景技术
超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器，换能器/变幅杆/焊头组成的三联组件，模具和机架，超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40KHz电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，工件在高频机械振动和静压力的共同作用下，将机械动能转化为工件间的摩擦功，瞬间激活金属晶格中的粒子，使金属相接合处的分子相互渗透而牢固的连接，从而实现工件在固态下的焊接。
目前的超声波焊机缺乏对焊接质量的实时检测，焊接的质量检测依靠破坏工件的焊接后拉力试验，增加了人工成本，造成了资源的严重浪费。同时超声波焊接质量检测系统独立于超声波焊机，无法实现全部的焊接参数的设定。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供了一种实时检测焊接质量的超声波焊机，可实现焊接过程中对焊接质量的实时检测，检测过程无需破坏工件，降低了企业的生产成本和资源浪费。
本发明还有一个目的是提供了一种实时检测焊接质量的超声波焊机，其能够实现全部焊接参数的设定，降低了工人的劳动强度，简化了焊接操作流程，提高了生产效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种实时检测焊接质量的超声波焊机，包括：
上位机；
可编程控制器，其通过网络交换机以工业以太网与所述上位机联接；
超声波焊接装置，其包括超声波发生器、由换能器、调幅器和焊头组成的三联组件以及驱动所述三联组件在工件表面沿垂直方向运动的气缸，所述超声波发生器通过现场总线与所述可编程控制器通讯联接；
信号采集装置，其通过串行总线与所述上位机通讯联接，所述信号采集装置包括用于实时采集超声焊接过程中的振动信号的振动信号采集模块和用于采集焊接过程中的输出功率信号的实时功率信号采集模块；
其中，所述上位机向所述可编程控制器发送焊接参数指令，所述可编程控制器接收所述上位机发送的焊接参数指令并向所述超声波发生器写入该焊接参数，所述上位机向所述信号采集装置发送信号采集参数，所述信号采集装置将采集到的信号反馈至所述上位机，所述上位机基于反馈的信号对比设定的合格参数范围进行焊接质量识别。
本发明所述的实时检测焊接质量的超声波焊机在超声波焊接过程中，上位机将超声波焊接参数通过工业以太网和现场总线经可编程控制器传输至超声波发生器并对其反馈的焊接参数予以显示。信号采集装置通过串行总线与上位机通信。上位机向信号采集装置发送信号采集参数，接收并记录信号采集装置返回的信号数据，并进行计算处理。
优选的是，其中，还包括：
状态显示器，所述状态显示器通过光和声音显示所述超声波焊接装置、所述上位机、所述可编程控制器和所述信号采集装置的工作状态。例如，状态显示器和上位机以嵌入的方式安装在箱体的表面，所述工作状态包括超声波焊机的上电状态、超声波焊接装置工作状态和上位机报错状态。
优选的是，其中，所述超声波发生器将写入的焊接参数经所述可编程控制器反馈至所述上位机，所述上位机将接收的写入的焊接参数与所述上位机向所述可编程控制器发送的焊接参数进行比对，若不一致，则显示错误信息，并通过所述上位机进行显示。
优选的是，其中，所述信号采集装置将焊接过程中的实时振动信号和实时功率信号反馈至所述上位机，所述上位机对获取的实时振动信号和实时功率信号进行信号处理和数学计算，并将处理和计算结果与设定的合格参数阈值范围进行比对从而实现焊接质量判别，所述上位机实时显示状态信息，进行数据记录和存储，并将结果反馈至所述可编程控制器。
优选的是，其中，所述焊接参数包括超声波发生器设置参数、焊接压力、焊接时间。
优选的是，其中，所述合格参数阈值范围可以手动调整，同时所述上位机内设计有智能的自适应算法，可对合格参数阈值范围进行自动调整。
优选的是，其中，所述上位机通过PROFIBUS通讯模块以现场总线与所述超声波发生器进行通讯。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明所述的实时检测焊接质量的超声波焊机实现了超声波焊接过程中焊接质量的实时无损检测，减少了因检测造成的工件损坏，降低了企业的生产成本和资源浪费。
2、本发明所述的实时检测焊接质量的超声波焊机在焊接过程中能够自动完成焊接质量检测且焊接参数均可通过上位机实现设置，降低了工人的劳动强度，简化了焊接操作流程，提高了生产效率。
3、本发明所述的实时检测焊接质量的超声波焊机中的上位机的焊接质量合格阈值参数可根据生产线工况自动调整，极大程度降低了因工况变化造成的质量检测误报，降低了误报引发的人工检测工作量和物料浪费。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的实时检测焊接质量的超声波焊机的结构框图；
图2为本发明所述的实时检测焊接质量的超声波焊机的上位机与信号采集装置通讯联接的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1和图2所示，本发明提供了一种实时检测焊接质量的超声波焊机，包括：上位机，例如为工业控制计算机；可编程控制器；超声波焊接装置—超声波发生器、焊机(由换能器、调幅器和焊头组成的三联组件、气缸、机架)；信号采集装置，信号采集装置包括用于实时采集超声焊接过程中的振动信号的振动信号采集模块和用于采集焊接过程中的输出功率信号的实时功率信号采集模块，还包括传感器。
工业控制计算机与可编程控制器通过工业以太网进行通信。可编程控制器通过现场总线与超声波焊机中的超声波发生器通讯。工业控制计算机向可编程控制器发送焊接参数指令并接受其反馈的焊接参数数值，可编程控制器接收上位机传来的焊接参数指令并向超声波发生器写入上述参数，可编程控制器还可接收超声波发生器的反馈数据，如错误信息和设定后的焊接参数值并向上位机反馈。
工业控制计算机与信号采集装置通过总线实现通讯。工业控制计算机向信号采集装置发送信号采集参数及采集启动信号。信号采集装置向工业控制计算机反馈采集到的振动信号及实际输出功率信号。
工业控制计算机基于采集的振动信号和实时采集的实际功率信号进行信号处理和数学计算，其计算结果对比设定的合格参数范围进行焊接质量识别。若振动信号与功率信号计算结果处于设定的合格阈值范围内，认定焊接质量合格，反之不合格。工业控制计算机可对焊接过程中实时信号和计算结果进行记录与存档。工业控制计算机内有智能的自适应算法，可对焊接合格参数阈值范围进行自动调整。
本发明的超声波焊机可实现经上位机的全部焊接参数的设定。操作者在工业控制计算机上完成焊接参数的更改后，更改的参数数据经工业以太网传输至可编程控制器。可编程控制器经现场总线与超声波发生器进行通讯并完成对应焊接参数数据的更改。参数更改后，超声波发生器将成功更改的参数值或更改出错的错误信息反馈给可编程控制器并最终在工业控制计算机上显示。可设定且可显示的焊接参数包括超声波发生器参数，如超声波频率，功率等；焊接参数，如焊接模式，焊接压力，焊接时间等；错误信息，如通讯错误，超声波发生器报错等。
本发明的超声波焊机可实现超声波焊接过程中信号的采集并对焊接质量进行检测。工业控制计算机与信号采集装置以总线的方式进行联接。焊接前工业控制计算机向信号采集装置发送信号采集参数，包括触发模式、触发信息、信号采集模式，采样率，采样时间等。焊接开始后，信号采集装置实时采集超声焊接过程中的振动信号和超声波发生器输出的功率信号并向工业控制计算机反馈。工业控制计算机接收到上述信号后，完成上述信号存储。当本次焊接结束时，工业控制计算机读取本次焊接过程中的信号数据，对比焊接质量合格的焊接过程的信号范围判定本次焊接质量。为实现焊接质量检测，焊接过程中的数据流动如图2所示。
本发明的超声波焊机内集成了智能的自适应算法，可实现焊接工况变化后焊接质量合格的焊接过程的信号阈值范围的自动修正。极大程度降低因工况变化造成的质量检测误报，降低了误报引发的人工检测工作量和物料浪费。
如为实现焊接质量的检测，信号采集装置可供采集的信号不仅限于振动加速度信号和功率信号。其他如超声发生器电压信号，电流信号，焊接过程中的温度信号，声音信号，声发射信号，位移信号，焊接压力等均可作为焊接质量检测评估的数据来源。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种实时检测焊接质量的超声波焊机，其特征在于，包括：
上位机；
可编程控制器，其通过网络交换机以工业以太网与所述上位机联接；
超声波焊接装置，其包括超声波发生器、由换能器、调幅器和焊头组成的三联组件以及驱动所述三联组件在工件表面沿垂直方向运动的气缸，所述超声波发生器通过现场总线与所述可编程控制器通讯联接；
信号采集装置，其通过串行总线与所述上位机通讯联接，所述信号采集装置包括用于实时采集超声焊接过程中的振动信号的振动信号采集模块和用于采集焊接过程中的实际输出功率信号的实时功率信号采集模块；
其中，所述上位机向所述可编程控制器发送焊接参数指令，所述可编程控制器接收所述上位机发送的焊接参数指令并向所述超声波发生器写入该焊接参数，所述上位机向所述信号采集装置发送信号采集参数，所述信号采集装置将采集到的信号反馈至所述上位机，所述上位机基于反馈的信号对比设定的合格参数范围进行焊接质量识别。
2.根据权利要求1所述的一种实时检测焊接质量的超声波焊机，其特征在于，还包括：
状态显示器，所述状态显示器通过光和声音显示所述超声波焊接装置、所述上位机、所述可编程控制器和所述信号采集装置的工作状态。
3.根据权利要求1所述的一种实时检测焊接质量的超声波焊机，其特征在于，所述超声波发生器将写入的焊接参数经所述可编程控制器反馈至所述上位机，所述上位机将接收的写入的焊接参数与所述上位机向所述可编程控制器发送的焊接参数进行比对，若不一致，则显示错误信息，并通过所述上位机进行显示。
4.根据权利要求1所述的一种实时检测焊接质量的超声波焊机，其特征在于，所述信号采集装置将焊接过程中的实时振动信号和实时功率信号反馈至所述上位机，所述上位机对获取的实时振动信号和实时功率信号进行信号处理和数学计算，并将处理和计算结果与设定的合格参数阈值范围进行比对从而实现焊接质量判别，所述上位机实时显示状态信息，进行数据记录和存储，并将结果反馈至所述可编程控制器。
5.根据权利要求3所述的一种实时检测焊接质量的超声波焊机，其特征在于，所述焊接参数包括超声波发生器设置参数、焊接压力、焊接时间。
6.根据权利要求4所述的一种实时检测焊接质量的超声波焊机，其特征在于，所述合格参数阈值范围可以手动调整，同时所述上位机内设计有智能的自适应算法，可对合格参数阈值范围进行自动调整。
7.根据权利要求1所述的一种实时检测焊接质量的超声波焊机，其特征在于，所述上位机通过PROFIBUS通讯模块以现场总线与所述超声波发生器进行通讯。
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