基于飞溅统计反馈的电阻点焊短时调幅控制方法转让专利
申请号 : CN202010841509.4
文献号 : CN112025064B
文献日 : 2021-06-15
发明人 : 夏裕俊 , 沈衍 , 楼铭 , 雷海洋 , 李永兵
申请人 : 上海交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于飞溅统计反馈的电阻点焊短时调幅控制方法,其特征在于,根据实时采集到的焊接电流和过程信号分别建立电流时序图和过程信号时序图,对过程信号时序图进行飞溅识别并得到单次焊接的飞溅发生时刻;然后对一个批次焊点的飞溅发生时刻进行统计分析,获得飞溅发生统计时刻与实测频次,经与预设飞溅频次范围进行比较和特征计算得到短时调幅工艺参数;再按照短时调幅工艺参数对电流时序图进行迭代优化,至达到预设飞溅频次范围或不发生飞溅,并以优化后的电流时序图设置焊接电流实现优化焊接;
所述的过程信号时序图是指过程信号强度在时间方向上的图像,包括但不限于:动态电阻信号、动态功率信号、动态电极力信号和动态电极位移信号,其中:动态电阻信号是指点焊过程中两电极间的时变电阻值;动态功率信号是指点焊过程中两电极间的时变功率值;动态电极压力信号是指点焊过程中在两电极间施加的时变压力;动态电极位移信号是指点焊过程中两电极间的相对距离变化;
所述的统计分析是指:完成一个批次焊点的焊接后,计算该批次焊接过程的飞溅发生时刻的若干统计量,并将统计量进行四则运算获得飞溅发生统计时刻;同时计算一批次焊接过程内发生的飞溅总次数,与该批次的焊接总次数相除得到实测飞溅频次;
所述的飞溅时刻统计量是对一个批次焊接过程的飞溅发生时刻进行统计分析,得到包括但不限于平均值、中位数、标准差等的统计量并对其进行四则运算得到飞溅统计时刻ts=μs‑σs,其中:一批次焊接过程内非零飞溅发生时刻的平均值μs与标准差σs,i代表该次焊接过程在一批次焊接过程中的序号,1≤i≤N,N为该批次焊接过程的总焊接次数,Ne为该批次焊接过程内发生的飞溅总次数。
2.根据权利要求1所述的基于飞溅统计反馈的电阻点焊短时调幅控制方法,其特征是,所述的电流时序图是指焊接电流强度在时间方向上的图像,用以设置焊接控制器在时间方向输出相应强度的电流,进而达到飞溅控制的作用。
3.根据权利要求1所述的基于飞溅统计反馈的电阻点焊短时调幅控制方法,其特征是,所述的飞溅识别是指:根据电流时序图对过程信号时序图进行分段,将焊接电流强度不为零的时间段定义为通电焊接阶段;在通电焊接阶段利用过程信号计算飞溅判据,当飞溅判据首次超过预设阈值时,则判定为发生一次飞溅,将该时刻记录为单次焊接的飞溅发生时刻。
4.根据权利要求1所述的基于飞溅统计反馈的电阻点焊短时调幅控制方法,其特征是,所述的比较和特征计算是指:将实测飞溅频次与预设飞溅频次范围进行比较,当实测飞溅频次落在预设飞溅频次范围外时,调幅工艺参数有效,并根据飞溅发生统计时刻计算调幅特征量;当实测飞溅频次落在预设飞溅频次范围内时,将调幅工艺参数设置为无效,调幅特征量设为零。
5.根据权利要求4所述的基于飞溅统计反馈的电阻点焊短时调幅控制方法,其特征是,所述的调幅特征量包括调幅开始时刻、调幅结束时刻与调幅程度。
6.根据权利要求1所述的基于飞溅统计反馈的电阻点焊短时调幅控制方法,其特征是,所述的电流时序图优化是指:当调幅工艺参数有效时,在当前电流时序图基础上,将调幅开始时刻到调幅结束时刻的电流根据调幅程度和预设调幅模式对电流强度进行调幅,同时延长电流导通时间,获得优化后的电流时序图;当调幅工艺参数无效时,保留原有电流时序图不变。
7.一种实现权利要求1~6中任一所述方法的基于飞溅统计反馈的电阻点焊短时调幅控制系统,其特征在于,包括:焊接电流控制模块、计算和分析模块和分别与之相连的焊接电流信号采集模块和焊接过程信号采集模块,其中:焊接电流信号采集模块与设置于下电极上的电流传感器相连并采集电流信号,焊接过程信号采集模块分别和一对设置于电极上的信号采集传感器相连以采集焊接过程信号,计算与分析模块根据焊接过程信号进行飞溅状况的识别与统计,形成优化短时调幅工艺参数输出至焊接电流控制模块,焊接电流控制模块分别与电极相连并根据优化短时调幅工艺参数设置进行放电,从而实现基于飞溅统计反馈的短时调幅点焊工艺。
8.根据权利要求7所述的电阻点焊短时调幅控制系统,其特征是,上电极杆及电极帽和上电极焊接过程信号传感器依次设置于待测工件的上表面,下电极杆及电极帽和下电极焊接过程信号传感器依次设置于待测工件的下表面,电流传感器套设于下电极杆及电极帽上。
9.根据权利要求7或8所述的电阻点焊短时调幅控制系统,其特征是,所述的电流传感器为罗氏线圈。
说明书 :
基于飞溅统计反馈的电阻点焊短时调幅控制方法
技术领域
背景技术
90%。飞溅是电阻点焊最常见的一种缺陷,在白车身焊装生产线上,飞溅频发,部分工位的
飞溅率(发生概率)可高达80%。然而,实际点焊过程非常复杂,随着新材料、新结构在车身
制造中的大批量应用,实际车身焊装过程中,普遍存在冲压件尺寸偏差大、工件表面含油污
等杂质、焊点位置过于靠近工件边缘、电极对中性差、电极端面磨损等工况波动因素,导致
点焊飞溅严重、焊点质量不合格。现有飞溅控制方法主要依赖于离线工艺优化,并未根据真
实飞溅情况进行工业参数的自适应调节。
发明内容
法,在不同板材组合、不同焊接工艺和不同制造工况下均可有效减少点焊飞溅发生的频次,
同时保证焊点质量,实现可靠、高效的电阻点焊过程。
飞溅识别并得到单次焊接的飞溅发生时刻;然后对一个批次焊点的飞溅发生时刻进行统计
分析,获得飞溅发生统计时刻与实测频次,经与预设飞溅频次范围进行比较和特征计算得
到短时调幅工艺参数;再按照短时调幅工艺参数对电流时序图进行迭代优化,至达到预设
飞溅频次范围或不发生飞溅,并以优化后的电流时序图设置焊接电流实现优化焊接。
是指点焊过程中两电极间的时变电阻值;动态功率信号是指点焊过程中两电极间的时变功
率值;动态电极压力信号是指点焊过程中在两电极间施加的时变压力;动态电极位移信号
是指点焊过程中两电极间的相对距离变化。
当飞溅判据首次超过预设阈值时,则判定为发生一次飞溅,将该时刻记录为单次焊接的飞
溅发生时刻。
次焊接过程内发生的飞溅总次数,与该批次的焊接总次数相除得到实测飞溅频次。
计算调幅特征量;当实测飞溅频次落在预设飞溅频次范围内时,将调幅工艺参数设置为无
效,调幅特征量设为零。
幅,同时延长电流导通时间,获得优化后的电流时序图;当调幅工艺参数无效时,保留原有
电流时序图不变。
化导致的时滞问题;通过电流短时调幅控制飞溅发生,避免大范围修改焊接电流导致的虚
焊问题。
附图说明
焊接电流信号采集装置8、分析和统计模块9、焊接电流控制模块10;
具体实施方式
模块8和焊接过程信号采集模块7,其中:焊接电流信号采集模块8与设置于下电极上的电流
传感器4相连并采集电流信号,焊接过程信号采集模块7分别和一对设置于电极1、2上的信
号采集传感器5、6相连以采集焊接过程信号,计算与分析模块9根据焊接过程信号进行飞溅
状况的识别与统计,形成优化短时调幅工艺参数输出至焊接电流控制模块10,焊接电流控
制模块10分别与电极1、2相连并根据优化短时调幅工艺参数设置进行放电,从而实现基于
飞溅统计反馈的短时调幅点焊工艺。
表面,电流传感器4套设于下电极杆及电极帽2上。
阶段P1是指电极闭合夹紧待测工件3直至焊接电流导通前的阶段,通电焊接阶段P2是指自
焊接电流导通到关断的阶段,焊后保压阶段P3是指自焊接电流关断到电极张开的阶段。
飞溅发生,将点Si对应的时刻记录为飞溅发生时刻ti,并记录发生一次焊接飞溅;若过程信
号对时间的差分或微分与阈值水平线不相交,则记ti=0。其中:i代表该次焊接过程在一批
次焊接过程中的序号,1≤i≤N,N为一批次焊接过程的总焊接次数。本实施例采用焊接过程
信号对时间的差分来判断飞溅,预设阈值A取5μΩ/ms。
刻ts=μs‑σs,其中:一批次焊接过程内非零飞溅发生时刻的平均值μs与标准差σs,
i代表该次焊接过程在一批次焊接过程中的序号,1≤i≤N,
N为该批次焊接过程的总焊接次数,Ne为该批次焊接过程内发生的飞溅总次数。本实施例采
用。
形调幅模式、阶跃下降后再阶跃上升的矩形调幅模式。
小值Imin=(1‑k)I0,即在初始值I0基础上降低的比例根据调幅程度k确定。
范围时,重复先前的流程计算调幅工艺参数并修改电流时序图。本实施例中,进行一次短时
调幅后实测飞溅频率已落在设定目标范围内,电流时序图不再变更。
识别与统计,预设阈值A取8μm/ms。
平方平均数ms,标准差σ分别为: i代表该次焊接过程在
一批次焊接过程中的序号,1≤i≤N,N为该批次焊接过程的总焊接次数,Ne为该批次焊接过
程内发生的飞溅总次数。
式,在ta时刻将电流从初始值I0降低至最小值Imin,在tb时间再将电流从Imin增大至I0,电流
最小值Imin的计算公式不变。在矩形调幅模式下,延时 其中tw为调幅前的焊接
总时间,k为调幅程度。
采用本方法经过三次短时调幅迭代后,飞溅消除,且熔核尺寸满足标准要求。
参过程,提高产线生产效率,缩减人工成本,提升焊点质量。
限,在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。