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1、轿车车身电阻点焊质量实时监测系统第27卷第4期焊接Vo1.27No.42006年4月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONApril2006轿车车身电阻点焊质量实时监测系统许君,李永兵,陈关龙(上海交通大学机械与动力工程学院,上海200030)囊要:介绍了一种以电极位移为监测量的新型轿车车身点焊质量实时监测系统.系统设计了专用夹具,解决了位移传感器安装对原系统的干涉问题,能够很好地应用于悬挂焊机.系统通过对点焊过程中的电极位移进行监测,能够对生产中焊点遇到的质量问题进行故障诊断,如工件表面质量状况差,分流,磨损,飞溅等情况.现场应用证明,系统
2、具有良好的稳定性和可靠性,适用于实际焊接生产.关键词:电阻点焊;电极位移;故障诊断;质量监测;悬挂焊机中图分类号:TG438.2文献标识码:A文章编号:0253—360x(2006)04—041—040序言电阻点焊是轿车车身制造中的一项主要连接技术,具有高效率,低成本,自动化程度高等突出优点.然而.在轿车车身焊接装配过程中,由于网压波动,分流,板材表面不清洁,装配间隙,电极错位等因素,通常会产生不合格的焊接接头,严重影响车身装配质量.因此有必要采取有效的实时监测和控制技术在线保证焊接质量,及时指出焊接中的不合格焊点,获得高质量的焊点….热膨胀电极位移方法被研究者普遍认为是一种很有前途
3、的点焊质量控制方法L2].但传统位移测量装置的精度低,响应速度慢,对原焊接系统会造成干涉等因素限制了该方法在实际生产中的应用.目前,电极位移方法还不能适用于悬挂焊机系统,只是在刚性较好的固定焊机上得到了初步应用L4J.因此,尝试为悬挂焊机的x形焊枪设计专用夹具,使用热膨胀电极位移方法来实现焊点质量的实时监测,同时基于实时电极位移对不合格焊点进行故障诊断.1车身点焊质量监测系统开发1.1位移传感器的选择与安装实际焊接过程中,热膨胀电极位移量很小,一般只有几十到上百微米.因此,传感器必须具有很高收稿日期-'2005—01—28基金曩目:上海市科委科技攻关项目(031111031)许君的测
4、量精度,分辨率,还需要有好的稳定性,可靠性以及输出信号便于测量等特性.从2O世纪60年代电极位移法开始发展以来,有触点的电接触传感器,电位计式位移传感器以及无触点的电容式传感器,线性可变差分变压器都曾被采用,但都由于可靠性差,精度不够或安装干涉等原因而不能得到广泛的应用.因此,选择合适的传感器成为电极位移法应用的关键之一.系统选用的是Omron公司的ZX--LD30V激光位移传感器,它具有很高的测量精度和分辨率,而且抗干扰能力强,易于实现动态测量和自动化.其各项性能指标为:(1)分辨率0.25tan;(2)测量范围4n-an;(3)线性误差:±0.2%FS;(4)响应时间:0.3ms
5、;首先从硬件上保证了监测系统的采集精度和响应速度.传感器的安装对原焊接系统造成干涉也是热膨胀电极位移方法应用的一个不利因素,然而该监测系统很好地解决了这个问题.通过设计专用夹具将传感器安装于X—GUN的根部,安装方式如图l所示.夹具制作材料为高强度绝缘塑料和铝合金,在尽量减小自身重量的同时保证了夹具的刚度.夹具一端固定在焊枪头部,沿电极臂向后延伸,并在夹具和焊枪的连接处加了垫圈,防止由于焊枪闭合时冲击产生振动.激光传感器安装在夹具后部,这样很好地解决了传感器对原焊接系统的干涉问题.同时为了准确计算测得的热膨胀电极位移量,对系统进行了标定试验.具体方法为用标准厚度塞尺放在电极之间模拟点
6、焊过程中的热膨胀电极位移,采集此时传感器测得的位移量.实际塞尺厚度与测量得到位移之间的关系如图2.从图上可知测得位移与实际值呈良好的线性关系,是实际值的0.6倍.42焊接第27卷吕i图1传感器安装图Fig.1Sensormountingdiagram塞尺厚度Hiram图2系统测量精度标定结果F.咱.2Systemmeasurementprecisioncalibrationresult1.2电极位移数据采集与显示系统硬件由四部分组成:(1)通电起始信号发生模块;(2)数据采集与处理模块;(3)数据传输模块;(4)电源模块.其硬件实物如图3所示.其工作流程如下.(1)当焊接起始信号以中
7、断的方式通知采集模块焊接通电开始时,采集模块开始工作,将传感器送来的模拟电压信号经滤波消噪后转换为数字系统可识别的数字信号,转换精度为l2位,使得系统的分辨率达到了l肿,充分保证了采集系统的精度,为人机交互系统提供了可靠的数据源.(2)转换后的数字信号经数据传输模块(工业系统中常用的RS232串口)传递给人机交互系统,并在传输过程中进行可靠性校验,提高数据传输的准确性.(3)人机交互端接受传输模块送来的数字位移信号,进行相关数学处理后,实时显示焊点位移曲线
