本發(fā)明涉及點(diǎn)焊質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種薄板點(diǎn)焊質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

電阻點(diǎn)焊是一種簡(jiǎn)便高效的焊接方法，焊接效率高、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，廣泛應(yīng)用于航天航空、船舶、汽車制造等生產(chǎn)中。在汽車制造業(yè)中，電阻點(diǎn)焊可完成90％以上的裝配工作量，點(diǎn)焊質(zhì)量是保證車身連接強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵。由于電阻點(diǎn)焊過(guò)程是熱、電、力等多種因素相互作用的復(fù)雜耦合過(guò)程，點(diǎn)焊質(zhì)量容易受到多種因素的影響，如焊接參數(shù)不合理、電極磨損、電極不對(duì)中、人為失誤等都可能導(dǎo)致焊接質(zhì)量不合格，出現(xiàn)熔核偏小、裂紋、氣孔、壓痕過(guò)深、虛焊、漏焊、噴濺等缺陷。因此有必要對(duì)焊點(diǎn)的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)檢查出不合格的焊點(diǎn)并分析產(chǎn)生缺陷的原因，防止因焊接質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致安全事故。由于焊核的成形過(guò)程在材料內(nèi)部，焊核的尺寸、形貌、是否存在缺陷等都無(wú)法直接觀測(cè)到，難以直接提取質(zhì)量信息。國(guó)內(nèi)外常用的傳統(tǒng)點(diǎn)焊質(zhì)量評(píng)估方法主要有三種，一是基于焊接過(guò)程參數(shù)的在線評(píng)估，該方法主要是通過(guò)監(jiān)測(cè)焊接電流、電極電壓、電極壓力、電極位移等焊接參數(shù)，研究焊接參數(shù)與焊接質(zhì)量的之間的關(guān)系，通過(guò)它們的數(shù)學(xué)模型對(duì)焊點(diǎn)的質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)^[4,5]。但由于焊接過(guò)程是非線性、多場(chǎng)耦合問(wèn)題，難以建立精確的計(jì)算模型，利用這種方法預(yù)測(cè)點(diǎn)焊質(zhì)量還存在一定的誤差。二是焊后的破壞性檢測(cè)，是目前多數(shù)企業(yè)所采用的方法，即通過(guò)抽檢對(duì)部分焊點(diǎn)進(jìn)行剝離、扭轉(zhuǎn)等破壞獲得點(diǎn)焊直徑和強(qiáng)度的相關(guān)信息。這種方法相對(duì)可靠但是檢測(cè)效率較低，造成材料浪費(fèi)和成本增加，不適合作為點(diǎn)焊質(zhì)量的在線檢測(cè)方法。三是宏觀金相檢測(cè)法，通過(guò)沿焊點(diǎn)直徑處切割以觀察熔核的形貌，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確但是操作繁瑣耗時(shí)長(zhǎng)，往往是實(shí) 驗(yàn)室驗(yàn)證熔核尺寸的有效手段，但不適用于大規(guī)模的生產(chǎn)制造。

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，每天所產(chǎn)生的焊點(diǎn)數(shù)量也在急速的增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛轎車白車身的焊裝需要約3000～6000個(gè)焊點(diǎn)，對(duì)于目前高產(chǎn)量、高自動(dòng)化的汽車生產(chǎn)線，傳統(tǒng)的破壞性實(shí)驗(yàn)、金相檢驗(yàn)等方法已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)如此大量焊點(diǎn)的質(zhì)量檢測(cè)，為了尋找一種非破壞性、檢測(cè)效率高、檢測(cè)速度快的點(diǎn)焊質(zhì)量檢測(cè)方法，近些年來(lái)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)受到了越來(lái)越多的重視，并在航空航天、船舶、汽車、零件制造等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中以超聲、X射線為主，隨著超聲檢測(cè)技術(shù)的日臻成熟以及X射線本身所具有的放射性，射線檢測(cè)法也正在被淘汰。超聲檢測(cè)已形成了一系列較成熟的技術(shù)，按成像方法主要分為A型成像、B型成像、C型成像、超聲相控陣成像及超聲波衍射時(shí)差法成像等。在點(diǎn)焊質(zhì)量檢測(cè)方面，常見(jiàn)的是方法是利用測(cè)厚探頭或聚焦探頭進(jìn)行A、B、C型成像，根據(jù)檢測(cè)波形或圖像對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，三種方法具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。A型成像探頭位置固定，操作方便、快捷，可根據(jù)檢測(cè)波形圖大致判斷焊點(diǎn)質(zhì)量類型，但不能精確地檢測(cè)出熔核尺寸，較依賴于檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)。B、C型成像是兩種不同的焊點(diǎn)截面成像方法，可以得到焊點(diǎn)不同截面方向的圖像，它們的檢測(cè)結(jié)果更為直觀，精度也較高，但探頭需要液浸在水箱中并通過(guò)機(jī)械掃查平臺(tái)進(jìn)行固定，檢測(cè)時(shí)要多次采樣，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，難以對(duì)大型件進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、尺寸龐大、焊點(diǎn)廣泛分布的汽車車身而言，B、C型檢測(cè)方法難以滿足實(shí)際的生產(chǎn)要求，A型檢測(cè)方法具有探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需掃查裝置、波形易識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)，問(wèn)題在于目前利用A型成像進(jìn)行點(diǎn)焊質(zhì)量檢測(cè)是一種定性化的方法，焊點(diǎn)的質(zhì)量類別往往是檢測(cè)員根據(jù)A掃波形圖的特征按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判別的，還未在A掃波形圖和焊點(diǎn)質(zhì)量關(guān)鍵參數(shù)之間建立有效的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，未對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各種誤差因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響進(jìn)行分析，造成點(diǎn)焊質(zhì)量誤判、錯(cuò)判等情況發(fā)生。

由此可見(jiàn)，在汽車工業(yè)的迅速發(fā)展過(guò)程中面臨著一個(gè)問(wèn)題，即缺少一種對(duì)車身點(diǎn)焊質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)并有效評(píng)估的有效方法。通過(guò)研究超聲A掃點(diǎn)焊質(zhì)量的檢測(cè)機(jī)理，建立點(diǎn)焊質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，設(shè)計(jì)一種非破壞性、高效、低成本的點(diǎn)焊質(zhì)量在線檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)于汽車焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)、車身結(jié)構(gòu)安全性等具 有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

中國(guó)專利文獻(xiàn)CN200610057994.6公開(kāi)了一種適用于各種金屬板材的點(diǎn)焊熔核直徑的無(wú)損檢測(cè)方法，通過(guò)計(jì)算超聲信號(hào)中第一主回波和第一中間回波脈沖幅度的比值t，測(cè)量其實(shí)際直徑d，根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)繪制d-t曲線從而預(yù)測(cè)其它檢測(cè)結(jié)果的熔核直徑。該方法指出了熔核直徑的計(jì)算方法，但未建立熔核直徑的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，需要通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)繪制d-t曲線圖，效率較低，且不能給出衰減系數(shù)、壓痕深度等參數(shù)信息，也未對(duì)點(diǎn)焊的質(zhì)量進(jìn)行判別和分類。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種薄板點(diǎn)焊質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置及方法，能滿足檢測(cè)所必須的自動(dòng)化、準(zhǔn)確度高、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)便、可靠性強(qiáng)等條件。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種薄板點(diǎn)焊質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置，包括機(jī)械手臂、探頭和耦合劑循環(huán)系統(tǒng)，所述探頭固定在機(jī)械手臂上，所述探頭與檢測(cè)儀和計(jì)算機(jī)連接，所述探頭的外側(cè)固定有外罩，所述外罩上設(shè)有與所述耦合劑循環(huán)系統(tǒng)連通的進(jìn)入孔和流出孔。

上述方案中，檢測(cè)裝置還包括控制器，所述耦合劑循環(huán)系統(tǒng)和機(jī)械手臂與所述控制器連接，所述外罩上設(shè)有壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述控制器電連接。

上述方案中，所述耦合劑循環(huán)系統(tǒng)包括盛放耦合劑的容器、水泵和電磁閥，水泵將容器中的耦合劑抽入至外罩中，所述電磁閥與所述控制器和水泵電連接。

上述方案中，所述探頭通過(guò)夾持裝置固定在所述機(jī)械手臂上，所述夾持裝置包括法蘭盤(pán)、連接桿和連接塊，所述法蘭盤(pán)固定在機(jī)械手臂上，所述連桿的一端固定在所述法蘭盤(pán)上，另一端通過(guò)彈簧與所述連接塊連接，所述探頭固定在連接塊上。

本發(fā)明還提供了一種利用上述薄板點(diǎn)焊質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，將探頭固定在機(jī)械手臂上，控制變換機(jī)械手臂的方位，使探頭壓入 焊點(diǎn)上方；

S2，啟動(dòng)耦合劑循環(huán)系統(tǒng)，耦合劑通過(guò)管道進(jìn)入探頭的外罩；

S3，當(dāng)耦合劑充滿外罩時(shí)，超聲檢測(cè)儀將顯示檢測(cè)波形，將波形導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中保存并計(jì)算，同時(shí)切斷耦合劑循環(huán)系統(tǒng)；

S4，對(duì)點(diǎn)焊超聲檢測(cè)波形圖進(jìn)行處理，對(duì)點(diǎn)焊的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

上述方案中，在所述步驟S4中，對(duì)檢測(cè)波形進(jìn)行圖像處理，獲取各個(gè)回波的橫縱坐標(biāo)值，計(jì)算波峰數(shù)、熔核直徑、衰減系數(shù)、壓痕深度和氣孔直徑，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)點(diǎn)焊質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

上述方案中，熔核直徑d的計(jì)算公式為：

$d=D/\sqrt{1/(P_2/P_1-r_1)+1}$

其中，D表示檢測(cè)探頭晶片直徑，P_i表示第i次聲波的聲壓幅值，r₁表示聲波在薄板界面的反射率。

上述方案中，衰減系數(shù)α的計(jì)算公式為：

α＝-10log(P_n/P_m)/[(n-m)h](m,n＝2,4,6…)

其中，P_i表示第i次聲波的聲壓幅值，h表示板厚。

上述方案中，壓痕深度h_i的計(jì)算公式為：

$h_i=2h-(x_{P_6}-x_{P_2})/2$

h表示板厚，代表第i次聲波的聲程。

實(shí)施本發(fā)明的薄板點(diǎn)焊質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置及方法，具有以下有益效果：

采用機(jī)械手布置探頭，對(duì)檢測(cè)圖像進(jìn)行自動(dòng)處理計(jì)算，自動(dòng)化程度高。定量計(jì)算熔核直徑、衰減系數(shù)、壓痕深度等參數(shù)，對(duì)多種熔核質(zhì)量類型進(jìn)行判別和分類，結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是薄板點(diǎn)焊質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置的示意圖；

圖2是夾持裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中的A處局部放大示意圖；

圖4是點(diǎn)焊質(zhì)量判別方法流程圖；

圖5是不同質(zhì)量焊點(diǎn)檢測(cè)波形圖；

圖6是點(diǎn)焊質(zhì)量判別評(píng)估軟件界面。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1所示，本發(fā)明薄板點(diǎn)焊質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置包括機(jī)械手臂8、探頭5、控制器14和耦合劑循環(huán)系統(tǒng)。探頭5固定在機(jī)械手臂8上，探頭5與檢測(cè)儀9和計(jì)算機(jī)10連接，探頭5的外側(cè)固定有外罩6，外罩6上設(shè)有與耦合劑循環(huán)系統(tǒng)連通的進(jìn)入孔和流出孔。通過(guò)機(jī)械手臂8將探頭5置于待檢測(cè)的薄板7的表面。

耦合劑循環(huán)系統(tǒng)和機(jī)械手臂8與控制器14連接，外罩6上設(shè)有壓力傳感器15，壓力傳感器15與控制器14電連接。耦合劑循環(huán)系統(tǒng)包括盛放耦合劑的容器11、水泵12和電磁閥13，水泵12將容器11中的耦合劑抽入至外罩6中，電磁閥13與控制器14和水泵12電連接。

如圖2、圖3所示，探頭5通過(guò)夾持裝置固定在機(jī)械手臂8上，夾持裝置包括法蘭盤(pán)1、連接桿2和連接塊4。法蘭盤(pán)1固定在機(jī)械手臂8上，連桿的一端固定在法蘭盤(pán)1上，另一端通過(guò)彈簧3與連接塊4連接，探頭5固定在連接塊4上。防止機(jī)械手臂8進(jìn)給過(guò)量壓壞探頭5。

本發(fā)明還提供了利用上述薄板點(diǎn)焊質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

S1，將探頭固定在機(jī)械手臂上，控制器控制變換機(jī)械手臂的方位，使探頭壓入焊點(diǎn)上方；

S2，啟動(dòng)耦合劑循環(huán)系統(tǒng)的水泵，耦合劑通過(guò)管道進(jìn)入探頭的外罩；

S3，當(dāng)耦合劑充滿外罩時(shí)，超聲檢測(cè)儀將顯示檢測(cè)波形，將波形導(dǎo)入計(jì) 算機(jī)中保存并計(jì)算，同時(shí)切斷耦合劑循環(huán)系統(tǒng)；

S4，對(duì)點(diǎn)焊超聲檢測(cè)波形圖進(jìn)行處理，獲取各個(gè)回波的橫縱坐標(biāo)值，計(jì)算波峰數(shù)、熔核直徑、衰減系數(shù)、壓痕深度和氣孔直徑，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)點(diǎn)焊質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

如圖4-圖6所示，點(diǎn)焊質(zhì)量的計(jì)算過(guò)程主要有三步，通過(guò)評(píng)估軟件實(shí)現(xiàn)。第一步，對(duì)檢測(cè)波形進(jìn)行圖像處理獲取各個(gè)主回波的峰值點(diǎn)，保存其橫縱坐標(biāo)值。第二步，根據(jù)橫縱坐標(biāo)值計(jì)算評(píng)價(jià)點(diǎn)焊質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)如波峰數(shù)n、熔核直徑d、衰減系數(shù)α、壓痕深度h_i和氣孔等，其計(jì)算公式分別為：

$d=D/\sqrt{1/(P_2/P_1-r_1)+1}$

α＝-10log(P_n/P_m)/[(n-m)h](dB/mm)(m,n＝2,4,6…)

$h_i=2h-(x_{P_6}-x_{P_2})/2$

其中D表示檢測(cè)探頭晶片直徑，P_i表示第i次聲波的聲壓幅值，r₁表示聲波在薄板界面的反射率，h表示板厚，代表第i次聲波的聲程。

首先根據(jù)回波的數(shù)量可以判斷是檢測(cè)耦合不良(n＝0)還是點(diǎn)焊過(guò)燒(1≤n≤5)，其它情況再根據(jù)k₁＝P₂/P₁的值判斷熔核直徑的大小，根據(jù)所要求的最小熔核直徑計(jì)算出k₁的分界線，然后再根據(jù)α值的大小判斷熔核在厚度方向是否合格，并結(jié)合熔核直徑評(píng)價(jià)焊點(diǎn)類型，包括虛焊、直徑偏小、大熔核、熔核偏薄等，同時(shí)根據(jù)壓痕深度的計(jì)算結(jié)果判別壓痕深度是否在合格的范圍內(nèi)。

第三步，根據(jù)第二步的計(jì)算結(jié)果對(duì)焊點(diǎn)的質(zhì)量類型進(jìn)行判別，并輸出其計(jì)算結(jié)果、質(zhì)量類型，將對(duì)應(yīng)的焊點(diǎn)質(zhì)量信息保存入數(shù)據(jù)庫(kù)中并對(duì)不良質(zhì)量焊點(diǎn)及時(shí)予以警告。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。