CN108956703A - 一种焊接质量的检测装置及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种焊接质量的检测装置，包括机座、可编程逻辑控制器、数据转换设备和开尔文电桥，其中，所述机座上设有电机，所述电机连接有伸缩机械手，所述伸缩机械手上设有测试探头，所述测试探头与所述开尔文电桥通过测试线连接，所述开尔文电桥的输出端与所述数据转换设备连接，所述数据转换设备与所述可编程逻辑控制器连接，所述可编程逻辑控制器的输出端与所述电机连接。本发明还提供了一种基于上述中任一项所述焊接质量的检测装置进行焊接质量的检测方法。本发明的有益效果是：在无损测试的基础上，可以较好的采集到焊接面微小的电阻，测试的精度较高，效率较高。

Description

一种焊接质量的检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及动力电池，尤其涉及一种焊接质量的检测装置及其检测方法。
背景技术
随着动力电池PACK技术的高速发展，单体电芯之间的汇流方式始终是无法绕开的技术难点。因为动力电池放电倍率较大，汇流连接方式不好会造成部分电池提前损坏、寿命提前终止，甚至引发发热、起火、爆炸等安全事故。
目前在动力电池行业使用最广泛的汇流方式通过焊接将单体电芯与汇流母排连接。但关于焊接质量一直困扰着研发人员，因为焊接合格标准很难通过定性定量去检验判断。目前主流的检测方式为以下几点：
方案1、使用X射线探伤，利用X利用射线能够穿透金属，不同的材料对X射线的吸收和散射作用不同，形成感光后黑色深浅不同的影像，根据影像特征判断焊接是否合格。
方案2、利用目测焊接点形状大小，根据经验判断焊接是否合格。
方案3、通过一定应力施加在焊点两边，看焊点是否牢固，从而认定焊接是否合格。
方案4、通过两根探针或夹子给电池组通过一个电流I，通过判断输入输出的电压差V得出R（R=V/I）和正常值比是否在合格范围内。
现有技术的问题及缺陷:
方案1作为利用的是X射线无损探伤，但由于电池组中电芯数量非常多，成组复杂，而影像分辨率非常低，还要通过经验丰富的人根据经验去判断，无法定性定量的分析，也费时间费人力，无法保证大批量使用；
方案2是完全根据经验判断的，无法定性定量分析，很难保证成功率，对于大批量更不可靠。
方案3为有损测试，由于应力大小非常难掌控，如果应力过小会导致一些亚不良的无法检验出，应力过大会导致原本焊接良好的造成损伤甚至损坏；
方案4，由于电芯内阻非常低（一般在10mΩ这个电阻级别），成组后的电池组根据电芯数量较多电池组内阻更低（uΩ级别），所以要注入一个非常大的电流才能采集到一个滤除白噪声的值，而大电流会对电芯造成损伤，且由于成组后连接复杂非常容易导致不相关因素叠加进来影响判断结果。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种焊接质量的检测装置及其检测方法。
本发明提供了一种焊接质量的检测装置，包括机座、上位机、可编程逻辑控制器、数据转换设备和开尔文电桥，其中，所述机座上设有电机，所述电机连接有伸缩机械手，所述伸缩机械手上设有测试探头，所述测试探头与所述开尔文电桥通过测试线连接，所述开尔文电桥的输出端与所述数据转换设备连接，所述数据转换设备与所述上位机连接，所述上位机与所述可编程逻辑控制器连接，所述可编程逻辑控制器的输出端与所述电机连接。
作为本发明的进一步改进，所述测试探头包括注入信号正极探针、反馈信号正极探针、注入信号负极探针、反馈信号负极探针。
作为本发明的进一步改进，所述开尔文电桥包括电流表G、电池BT1、开关S1、待测电阻RX、电阻RN、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻r，其中，所述待测电阻RX、电阻r、电阻RN、开关S1依次串联于所述电池两端，所述电阻R4、电阻R2串联后并联在所述电阻r两端，所述电阻R3、电阻R1串联后与所述待测电阻RX、电阻r、电阻RN并联，所述电流表G的一端接于所述电阻R3、电阻R1之间，所述电流表G的另一端接于所述电阻R4、电阻R2之间。
本发明还提供了一种基于上述中任一项所述焊接质量的检测装置进行焊接质量的检测方法，通过可编程逻辑控制器控制伸缩机械手下降，使注入信号正极探针及反馈信号正极探针压紧在靠近汇流排焊点的汇流处，使注入信号负极探针及反馈信号负极探针压紧在靠近电芯焊点的电芯处，通过开尔文电桥计算出待测电阻值，并将测量数据通过数据转换设备将数据传输至上位机，由上位机记录并比较测量数据。
作为本发明的进一步改进，包括以下步骤：
S1、将待测矩阵焊接点的坐标数据、测试合格标准数据输入到上位机，并给测试点从1至m编号；
S2、上位机生成一张测试点的平面图并在显示器上显示，启动系统；
S3、检测装置自检，电机控制测试探头回到原点，所述测试探头包括注入信号正极探针、反馈信号正极探针、注入信号负极探针、反馈信号负极探针；
S4、判断自检是否正常，如果不正常，则报错、关闭可编程逻辑控制器和电机并结束，如果正常，则进入下一步骤；
S5、发送 “测试探头到指定测试点n”指令至可编程逻辑控制器，n的初始值为1；
S6、可编程逻辑控制器接到“测试探头到指定测试点n”指令后，命令电机驱动测试探头移动到指定测试点n；
S7、记录指定测试点n的测试次数k，k的初始值为1；
S8、判断测试探头移动后的位置是否准确并上传至上位机，如果准确，则进入下一步骤；
S9、上位机发送“开始测试数据”指令至开尔文电桥；
S10、开尔文电桥开始测试并将测试数据上传至上位机；
S11、测试探头抬起；
S12、上位机将该测试数据与合格标准对比；
S13、上位机判断该数据是否合格，如果合格，则进入步骤S14，如果不合格，则进入步骤S18；
S14、上位机将该指定测试点n的数据保存；
S15、上位机对平面图上的该指定测试点n标注为第一种颜色；
S16、指定测试点n+1；
S17、判断是否指定测试点n≤m，如果是，则返回步骤S5，如果否，则上位机显示屏弹出测试完成窗口并结束；
S18、测试次数k+1；
S19、判断测试次数k是否小于或者等于3，如果是，则返回步骤S5，如果不是，则进入下一步骤；
S20、上位机将指定测试点n的数据保存为0；
S21、上位机将平面图上的该指定测试点n标注为第二种颜色；
S22、可编程逻辑控制器对该指定测试点n做出明显标记，进入步骤S16。
作为本发明的进一步改进，在步骤S8中，如果测试探头移动后的位置不准确，则判断测试次数k是否小于或者等于3，如果是，则测试次数k+1并返回步骤S3，如果否，则报错并结束。
本发明还提供了一种基于上述中任一项所述焊接质量的检测装置进行焊接质量的检测方法，通过可编程逻辑控制器控制伸缩机械手下降，使注入信号正极探针及反馈信号正极探针压紧在靠近电芯焊点的电芯处，使注入信号负极探针及反馈信号负极探针压紧在靠近汇流排焊点的汇流处，通过开尔文电桥计算出待测电阻值，并将测量数据通过数据转换设备将数据传输至上位机，由上位机记录并比较测量数据。
本发明的有益效果是：通过上述方案，在无损测试的基础上，可以较好的采集到焊接面微小的电阻，测试的精度较高，效率较高。
附图说明
图1是本发明一种焊接质量的检测装置的示意图。
图2是本发明一种焊接质量的检测装置的开尔文电桥的电路图。
图3是本发明一种焊接质量的检测方法的流程图。
图4是图1的局部放大图A。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1、2、4所示，一种焊接质量的检测装置，包括机座7、上位机8、可编程逻辑控制器（PLC）3、数据转换设备2和开尔文电桥1，其中，所述机座7上设有电机4，所述电机4连接有伸缩机械手5，所述伸缩机械手5上设有测试探头6，所述测试探头6与所述开尔文电桥1通过测试线连接，所述开尔文电桥1的输出端与所述数据转换设备2连接，所述数据转换设备2与所述上位机8连接，所述上位机8与所述可编程逻辑控制器3连接，所述可编程逻辑控制器3的输出端与所述电机4连接。
如图1、2、4所示，所述测试探头6包括注入信号正极探针、反馈信号正极探针、注入信号负极探针、反馈信号负极探针，注入信号正极探针及反馈信号正极探针压紧在靠近汇流排焊点10的汇流处或者靠近电芯焊点11的电芯9的任意一种，注入信号负极探针及反馈信号负极探针则压紧在靠近汇流排焊点10的汇流处或者靠近电芯焊点11的电芯9的另外一处。
如图1至图2所示，所述开尔文电桥1包括电流表G、电池BT1、开关S1、待测电阻RX、电阻RN、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻r，其中，所述待测电阻RX、电阻r、电阻RN、开关S1依次串联于所述电池两端，所述电阻R4、电阻R2串联后并联在所述电阻r两端，所述电阻R3、电阻R1串联后与所述待测电阻RX、电阻r、电阻RN并联，所述电流表G的一端接于所述电阻R3、电阻R1之间，所述电流表G的另一端接于所述电阻R4、电阻R2之间，其中，设定R3/R1= R4/R2，r ≈ 0，计算出待测电阻RX ≈ RN *（R3/R1）。
如图1至图2所示，该上位机8为电脑端。
如图1至图2所示，所述测试线完全绞合，可避免电磁辐射干扰。
本发明提供的一种焊接质量的检测装置，由于测试时存在电磁辐射干扰，测试线需完全绞合，通过机械设备伸缩4根探针，注入信号正极探针及反馈信号正极探针压紧在靠近汇流排焊点10的汇流处（或靠近电芯焊点11的电芯9处），注入信号负极探针及反馈信号负极探针压紧在另外一处，通过开尔文电桥1计算出待测电阻值，通过数据转换设备2将数据传输到电脑端，电脑记录并比较参数，从而实现数字化的定性定量的自动化检测。
如图3所示，一种基于上述中任一项所述焊接质量的检测装置进行焊接质量的检测方法，通过可编程逻辑控制器3控制伸缩机械手5下降，使注入信号正极探针及反馈信号正极探针压紧在靠近汇流排焊点10的汇流处（或者电芯焊点11的电芯9处），使注入信号负极探针及反馈信号负极探针压紧在靠近电芯焊点11的电芯9处（或者汇流排焊点10的汇流处），通过开尔文电桥1计算出待测电阻值，并将测量数据通过数据转换设备2将数据传输至上位机8，由上位机8记录并比较测量数据。
如图3所示，一种基于上述中任一项所述焊接质量的检测装置进行焊接质量的检测方法，具体包括以下步骤：
S1、将待测矩阵焊接点的坐标数据、测试合格标准数据输入到上位机8，并给测试点从1至m编号；
S2、上位机8生成一张测试点的平面图并在显示器上显示，启动系统；
S3、检测装置自检，电机4控制测试探头6回到原点，所述测试探头6包括注入信号正极探针、反馈信号正极探针、注入信号负极探针、反馈信号负极探针；
S4、判断自检是否正常，如果不正常，则报错、关闭可编程逻辑控制器3和电机4并结束，如果正常，则进入下一步骤；
S5、发送 “测试探头到指定测试点n”指令至可编程逻辑控制器3，n的初始值为1；
S6、可编程逻辑控制器3接到“测试探头到指定测试点n”指令后，命令电机4驱动测试探头6移动到指定测试点n；
S7、记录指定测试点n的测试次数k，k的初始值为1；
S8、判断测试探头6移动后的位置是否准确并上传至上位机8，如果准确，则进入下一步骤；
S9、上位机8发送“开始测试数据”指令至开尔文电桥1；
S10、开尔文电桥1开始测试并将测试数据上传至上位机8；
S11、测试探头6抬起；
S12、上位机8将该测试数据与合格标准对比；
S13、上位机8判断该数据是否合格，如果合格，则进入步骤S14，如果不合格，则进入步骤S18；
S14、上位机8将该指定测试点n的数据保存；
S15、上位机8对平面图上的该指定测试点n标注为绿色；
S16、指定测试点n+1；
S17、判断是否指定测试点n≤m，如果是，则返回步骤S5，如果否，则上位机8显示屏弹出测试完成窗口并结束；
S18、测试次数k+1；
S19、判断测试次数k是否小于或者等于3，如果是，则返回步骤S5，如果不是，则进入下一步骤；
S20、上位机8将指定测试点n的数据保存为0；
S21、上位机8将平面图上的该指定测试点n标注为红色；
S22、可编程逻辑控制器对该指定测试点n做出明显标记，例如用红色油墨笔做出红色标记，进入步骤S16。
在步骤S8中，如果测试探头6移动后的位置不准确，则判断测试次数k是否小于或者等于3，如果是，则测试次数k+1并返回步骤S3，如果否，则报错并结束。
为了对焊接质量进行定性定量判断，本发明完全通过数字化机器判断。由于要对焊接是否良好进行定性定量分析，就必须把焊接的关键参数找出，再对比正常值。通过分析发现焊接主要为不同部件的粘合，只要部件间粘合足够，焊接即为合格。就动力电池组焊接场合，由于焊接参与的各物体均为金属，而金属的粘合越好，焊点电阻就越小。
以超声波铝丝焊接为例，焊接正常的阻值为mΩ级别，普通的2线测量手段因为容易引入测试线内阻及环境干扰，已无法测量出有效值。本发明引入4线测量法，设计开尔文电桥，2线注入测试信号2线采集反馈信号，滤除测试线及环境的影响，使分辨率能够达到uΩ级别，达到对mΩ级别的准确分辨。
本发明提供的一种焊接质量的检测装置及其检测方法，通过采用4线制的开尔文电桥1的测量方式，可以排除测试系统引入的误差，使得焊接面微小的电阻能够被采集出来，同时加入测试线的双绞屏蔽降低电磁辐射干扰，通过校零可以读取出一个稳定精确的值，通过对比正常值无损的发现焊接不良。克服了现有技术解决方案有损测试缺陷，同时通过自动化读取比较判断，快速高效的做出判断及记录数据，实现了定性定量的数字化自动检测。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种焊接质量的检测装置，其特征在于：包括机座、上位机、可编程逻辑控制器、数据转换设备和开尔文电桥，其中，所述机座上设有电机，所述电机连接有伸缩机械手，所述伸缩机械手上设有测试探头，所述测试探头与所述开尔文电桥通过测试线连接，所述开尔文电桥的输出端与所述数据转换设备连接，所述数据转换设备与所述上位机连接，所述上位机与所述可编程逻辑控制器连接，所述可编程逻辑控制器的输出端与所述电机连接。
2.根据权利要求1所述的焊接质量的检测装置，其特征在于：所述测试探头包括注入信号正极探针、反馈信号正极探针、注入信号负极探针、反馈信号负极探针。
3.根据权利要求1所述的焊接质量的检测装置，其特征在于：所述开尔文电桥包括电流表G、电池BT1、开关S1、待测电阻RX、电阻RN、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻r，其中，所述待测电阻RX、电阻r、电阻RN、开关S1依次串联于所述电池两端，所述电阻R4、电阻R2串联后并联在所述电阻r两端，所述电阻R3、电阻R1串联后与所述待测电阻RX、电阻r、电阻RN并联，所述电流表G的一端接于所述电阻R3、电阻R1之间，所述电流表G的另一端接于所述电阻R4、电阻R2之间。
4.根据权利要求3所述的焊接质量的检测装置，其特征在于：设定R3/R1 = R4/R2，r ≈0，计算出待测电阻RX ≈ RN *（R3/R1）。
5.根据权利要求1所述的焊接质量的检测装置，其特征在于：所述测试线完全绞合。
6.一种基于权利要求1至5中任一项所述焊接质量的检测装置进行焊接质量的检测方法，其特征在于：通过可编程逻辑控制器控制伸缩机械手下降，使注入信号正极探针及反馈信号正极探针压紧在靠近汇流排焊点的汇流处，使注入信号负极探针及反馈信号负极探针压紧在靠近电芯焊点的电芯处，通过开尔文电桥计算出待测电阻值，并将测量数据通过数据转换设备将数据传输至上位机，由上位机记录并比较测量数据。
7.根据权利要求6所述的焊接质量的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将待测矩阵焊接点的坐标数据、测试合格标准数据输入到上位机，并给测试点从1至m编号；
S2、上位机生成一张测试点的平面图并在显示器上显示，启动系统；
S3、检测装置自检，电机控制测试探头回到原点，所述测试探头包括注入信号正极探针、反馈信号正极探针、注入信号负极探针、反馈信号负极探针；
S4、判断自检是否正常，如果不正常，则报错、关闭可编程逻辑控制器和电机并结束，如果正常，则进入下一步骤；
S5、发送 “测试探头到指定测试点n”指令至可编程逻辑控制器，n的初始值为1；
S6、可编程逻辑控制器接到“测试探头到指定测试点n”指令后，命令电机驱动测试探头移动到指定测试点n；
S7、记录指定测试点n的测试次数k，k的初始值为1；
S8、判断测试探头移动后的位置是否准确并上传至上位机，如果准确，则进入下一步骤；
S9、上位机发送“开始测试数据”指令至开尔文电桥；
S10、开尔文电桥开始测试并将测试数据上传至上位机；
S11、测试探头抬起；
S12、上位机将该测试数据与合格标准对比；
S13、上位机判断该数据是否合格，如果合格，则进入步骤S14，如果不合格，则进入步骤S18；
S14、上位机将该指定测试点n的数据保存；
S15、上位机对平面图上的该指定测试点n标注为第一种颜色；
S16、指定测试点n+1；
S17、判断是否指定测试点n≤m，如果是，则返回步骤S5，如果否，则上位机显示屏弹出测试完成窗口并结束；
S18、测试次数k+1；
S19、判断测试次数k是否小于或者等于3，如果是，则返回步骤S5，如果不是，则进入下一步骤；
S20、上位机将指定测试点n的数据保存为0；
S21、上位机将平面图上的该指定测试点n标注为第二种颜色；
S22、可编程逻辑控制器对该指定测试点n做出明显标记，进入步骤S16。
8.根据权利要求7所述的焊接质量的检测方法，其特征在于：在步骤S8中，如果测试探头移动后的位置不准确，则判断测试次数k是否小于或者等于3，如果是，则测试次数k+1并返回步骤S3，如果否，则报错并结束。
9.一种基于权利要求1至5中任一项所述焊接质量的检测装置进行焊接质量的检测方法，其特征在于：通过可编程逻辑控制器控制伸缩机械手下降，使注入信号正极探针及反馈信号正极探针压紧在靠近电芯焊点的电芯处，使注入信号负极探针及反馈信号负极探针压紧在靠近汇流排焊点的汇流处，通过开尔文电桥计算出待测电阻值，并将测量数据通过数据转换设备将数据传输至上位机，由上位机记录并比较测量数据。
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