基于过程参数的闪光对焊在线监测与质量评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于过程参数的闪光对焊在线监测与质量评估方法及装置，属于闪光对焊接头质量检测评估领域。该方法由参数采集与处理、快速建模与仿真计算、焊接质量自动评估环节构成。在闪光对焊工艺过程中，该方法通过参数采集与处理子系统实时捕捉焊接电流、电压、位移等工艺参数，并以此为输入条件快速建立对焊工件的数值仿真模型，计算工件对口区域温度分布；并通过专用算法对仿真结果与标准温度模型进行匹配计算，最终以相似度为指标对闪光对焊质量进行在线评估。提高了检测精准性，降低了检测成本，可以精准的筛查出接头质量不良的工件。工件。工件。

【技术实现步骤摘要】
基于过程参数的闪光对焊在线监测与质量评估方法及装置


[0001]本专利技术涉及闪光对焊数值仿真领域，特别涉及闪光对焊接头质量的检测与评估领域，尤指一种基于过程参数的闪光对焊在线监测与质量评估方法及装置。

技术介绍

[0002]闪光对焊焊接技术的焊接过程所需的时间短，接头质量较好，并且无需再添加额外的焊接材料等优点，所以闪光对焊技术被广泛应用于汽车轮辋的生产过程中。
[0003]闪光对焊基本原理是电
‑
热
‑
力三种场的耦合，是以电流经过工件本身及端面间所产生的电阻热作为热源，将工件装配成对接形式，在热
‑
电
‑
机械力的共同作用下实现整个端面快速连接方法。闪光对焊的基本工艺原理如下：在闪光对焊过程中，待焊工件连接在变压器的二次回路中。金属板的一端固定在定夹钳上，另一端在动夹钳处夹紧。两端面接触后，在电流的作用下产生电阻热，金属端面上的接触点被迅速烧化，形成闪光，飞溅到接头外部。同时，动夹钳随着加热温度的升高，不断增加推进速度，形成闪光，同时飞溅过程进行的更为剧烈。当接头两端形成适当深度的塑性层时，焊接完成后，接头的物理性能会发生很大变化。如果参数选取过高或过低，焊接接头会出现明显的显微裂纹，在实际应用过程中也存在很大的风险隐患。
[0004]目前针对闪光对焊焊接接头质量的评估方法一般是通过直接对接头采用破坏性实验进行分析或对过程参数的在线监测进行评估。直接对接头进行破坏性实验分析，对焊件进行弯曲、拉伸等方式分析焊件的力学性能，进而判断焊接质量是否合格，该评估方法仅能够分析出最终焊件质量是否合格，但是不清楚出现焊接质量问题的原因，无法为工艺改善提供理论支持。相比之下，通过对过程参数的在线监测来评估接头质量，可以提供参数数据对焊接质量问题进行分析，但该方法评估接头质量并没有考虑到接头各影响区的温度变化（界面区，过热区，重结晶区，不完全重结晶区的温度），故该方法对接头质量的评估也存在纰漏。因此，用焊接接头温度场评估接头质量的方法成为了解决问题的关键点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于过程参数的闪光对焊在线监测与质量评估方法及装置，解决了传统检测方法中存在的检测精度低、效率低等问题。本专利技术实现了对焊接产品的焊缝质量、对焊接工艺过程的实时检测，可以在焊接工艺结束后的第一时间给出焊缝质量评估的结果。本方法主要由参数采集与处理、快速建模与仿真计算、焊接质量自动评估环节构成。在闪光对焊工艺过程中，该方法通过参数采集与处理子系统实时捕捉焊接电流、电压、位移等工艺参数，并以此为输入条件快速建立对焊工件的数值仿真模型，计算工件对口区域温度分布；并通过LCSS算法对仿真结果与标准温度模型进行匹配计算，最终以相似度为指标对闪光对焊质量进行在线评估。
[0006]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：基于过程参数的闪光对焊在线监测与质量评估方法，包括如下步骤：
步骤1、首先采用罗氏线圈电流传感器、隔离型霍尔电压传感器、三角激光位移传感器连续监测焊机次级电流、动静夹钳间电压、动夹钳位移信号；实时采集子系统根据信号状态自动判断焊接过程的开始及结束，并将焊接过程中各传感信号的瞬时值以时域序列的方式存放于内存中；数据处理子系统自动计算焊接参数，获得焊接电流、电压有效值、瞬时值及闪光速度、位移等焊接参数；步骤2、快速建模子系统根据用户在汽车轮辋快速有限元建模模块中输入的工件尺寸参数（半径r，宽w，厚度d），在Access材料数据库中选取的材料属性，快速建模子系统自动生成仿真模型，并以数据处理子系统获得的焊接过程参数作为输入条件，系统自动划分网格，对工件的焊接产热进行有限元仿真计算，获得工件对口及其附近区域的温度场；步骤3、质量评估子系统在工件温度场数值仿真的结果上，自动计算对口及热影响区的温度峰值、梯度及变化率等分布特征；保留数值仿真结果中距对口两侧50mm的温度区域，从中截取垂直对口方向上平行且等距离的十条温度曲线与预置的标准温度曲线，运用最长公共子序列LCSS算法进行相似度对比，最后以相似度为依据对焊接接头质量进行评估；3.1、所述LCSS算法计算两条曲线相识度是通过点匹配方法，根据两组曲线的最长公共子序列，得出两组曲线的相似度；运用LCSS算法得出的结果最大值为1，最小值为0，数值越大，相似度越高；3.2、运用LCSS算法对截取的温度峰值曲线与理想温度峰值曲线进行相似度分析步骤如下：3.21、A＝[a1 ，a2，
…
，an]，B=[b1 ，b2 ，
…
，bm]3.22、A、B分别表示两个序列，A为初始设置的理想温度曲线，B为数值模拟得到的温度场曲线，a 、b为序列中的样本（曲线上的点），每个序列的样本数设为m和n；分别从序列A、B中依次抽取出k个点构成序列AK、BK ，使得AK、BK中两个点的欧式距离相等，且小于一个阈值ε；最长的AK、BK就是两组曲线的最长公共子序列，根据上述公式就可以得出两条曲线的相似度；3.3、对焊接接头的质量的评估标准为：进行相似度对比的十条温度曲线中，若有大于等于八条温度曲线的相似度大于等于0.85，且另外的温度曲线的相似度结果大于等于0.8，质量评估子系统会对接头质量评估为合格；若存在大于等于一条温度曲线的相似度小于0.8，质量评估子系统会对接头质量评估为不合格。
[0007]步骤1所述的实时采集子系统实时采集动夹钳位移信号，当动夹钳位移增加，则判定焊接过程即将开始，实时采集子系统开始采集焊机次级电流和动静夹钳间电压，当两种信号中任意一种骤升至临界值A，则判定焊接过程开始；焊接过程中实时采集子系统将各传感信号的瞬时值以时域序列的方式存放于内存中；数据处理子系统自动计算焊接参数，获得焊接电流、电压有效值、瞬时值及闪光速度、位移等焊接参数。当焊机次级电流和动静夹钳间电压这两种信号均骤降至临界值B，则判定焊接过程结束，实时采集子系统仅采集动夹钳位移信号；所述临界值A的设定方法为：预设焊接参数的50%，持续5个周波；所述临界值B的设定方法为：预设焊接参数的10%，持续5个周波。
[0008]步骤2所述的汽车轮辋快速有限元建模模块是通过将汽车轮辋闪光对焊工艺模型固化于操作系统中，并在各个汽车轮辋闪光对焊工艺模型中设置好工件、夹具之间的接触
面及散热条件；首先需要用户选择汽车轮辋闪光对焊工艺模型，设置夹具的位置，然后根据用户输入工件的尺寸参数，系统会自动将该尺寸参数赋予用户所选择的模型，实现汽车轮辋快速有限元建模的自动化；Access材料数据库是将汽车轮辋常使用的金属材料，夹具材料的导热系数，比热容，电阻系数，电阻率等物理性能以文本形式存储在主机中；划分网格过程是汽车轮辋快速有限元建模模块根据位移传感器实测的位移距离，运用最小几何单元划分接口两侧，长度与实测位移距离相同；其他部分均用最大几何单元进行划分，减少运算难度。
[0009]本专利技术的另一目的在于提供一种用于实现上述基于过程参数的闪光对焊在线监测与质量评估方法的实时焊接参数在线监测装置，包括上位机、报警装置、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于过程参数的闪光对焊在线监测与质量评估方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、首先采用罗氏线圈电流传感器、隔离型霍尔电压传感器、三角激光位移传感器连续监测焊机次级电流、动静夹钳间电压、动夹钳位移信号；实时采集子系统根据信号状态自动判断焊接过程的开始及结束，并将焊接过程中各传感信号的瞬时值以时域序列的方式存放于内存中；数据处理子系统自动计算焊接参数，获得焊接电流、电压有效值、瞬时值及闪光速度、位移；步骤2、快速建模子系统根据用户在汽车轮辋快速有限元建模模块中输入的工件尺寸参数，包括半径r、宽w、厚度d，在Access材料数据库中选取的材料属性，快速建模子系统自动生成仿真模型，并以数据处理子系统获得的焊接过程参数作为输入条件，系统自动划分网格，对工件的焊接产热进行有限元仿真计算，获得工件对口及其附近区域的温度场；步骤3、质量评估子系统在工件温度场数值仿真的结果上，自动计算对口及热影响区的温度峰值、梯度及变化率；保留数值仿真结果中距对口两侧50mm的温度区域，从中截取垂直对口方向上平行且等距离的十条温度曲线与预置的标准温度曲线，运用最长公共子序列LCSS算法进行相似度对比，最后以相似度为依据对焊接接头质量进行评估；3.1、所述LCSS算法计算两条曲线相识度是通过点匹配方法，根据两组曲线的最长公共子序列，得出两组曲线的相似度；运用LCSS算法得出的结果最大值为1，最小值为0，数值越大，相似度越高；3.2、运用LCSS算法对截取的温度峰值曲线与理想温度峰值曲线进行相似度分析步骤如下：3.21、A＝[a1 ，a2，
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，an]，B=[b1 ，b2 ，
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，bm]3.22、A、B分别表示两个序列，A为初始设置的理想温度曲线，B为数值模拟得到的温度场曲线，a 、b为序列中的样本，每个序列的样本数设为m和n；分别从序列A、B中依次抽取出k个点构成序列AK、BK ，使得AK、BK中两个点的欧式距离相等，且小于一个阈值ε；最长的AK、BK就是两组曲线的最长公共子序列，根据上述公式得出两条曲线的相似度；3.3、对焊接接头的质量的评估标准为：进行相似度对比的十条温度曲线中，若有大于等于八条温度曲线的相似度大于等于0.85，且另外的温度曲线的相似度结果大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷晓鹏，杨庆鑫，董娟，徐国成，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：