CN112059388A - 一种双金属带锯条焊接质量的监测方法及监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属带锯条焊接质量的监测方法，包括如下步骤：S1、获取焊接接头的俯视图像和侧视图像；S2、从焊接接头的俯视图像中获取L1和L2，计算出L1和L2的差值△L；从焊接接头的侧视图像中获取θ1和θ2，计算出θ1和θ2的差值△θ；S3、根据△L和△θ判断焊接接头的质量是否合格。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明可从竖直方向和水平方向两个方面来综合检测焊接接头的对中性，从而可以更加准确地判断焊点质量，保证被检测锯齿质量的可靠性；通过焊接电极的动态电阻差值，以及焊接接头的熔深数据和对中性来综合判断焊接质量是否符合要求，进一步增加了焊点质量判断的准确性以及被检测锯齿质量的可靠性。

Description

一种双金属带锯条焊接质量的监测方法及监测装置

技术领域

本发明涉及焊接质量检测领域，具体涉及一种双金属带锯条焊接质量的监测方法及监测装置。

背景技术

双金属带锯条是一种指将高硬度、高耐磨性以及高红硬性的高速钢或硬质合金等高性能材料作为齿尖材料，将弹性和韧性优良的低合金弹簧钢作为背材，使其成为具有背韧齿硬特点的锯切工业产品。双金属带锯条作为一种下料工具，具有切缝窄，断面精度高，切割尺寸大，锯切效率高等优点，近来受到越来越多的关注，其市场份额也在不断扩大。

由于齿尖材料制造过程复杂，成本较高，为了节约成本通常将齿尖块与背材进行焊接以达到节约原材料降低生产成本的作用。焊接质量的好坏直接影响双金属带锯条的性能，如果某个锯齿焊接质量不合格，就会造成拉齿问题，在实际切割过程中造成整根锯带报废，严重影响锯带的使用寿命。目前主要使用电阻点焊作为双金属带锯条齿尖材料与背材的焊接方法，因此对电阻点焊过程中形成的焊点进行质量检测非常重要。然而，电阻点焊整个过程持续时间非常短，通常在毫秒级别，而且焊接接头的形成过程并不能直接观测到，这为实时判断焊点的焊接质量带来了困难。

目前对双金属带锯条的焊接质量的检测方法通常是将带锯条的首尾剪断，进行破坏性检测，测量焊点的剪切强度，这种方法属于抽检，并不能反应整根带锯条的焊接情况，焊接过程中的影响因素比较复杂，容易造成漏检，形成经济损失。而且人工凭肉眼观察焊点形貌，并不能准确判断焊点质量，需要更科学的手段保证焊接质量。另一方面，这种方法检测效率低，无法保证未被检测的锯齿的质量可靠性，容易造成漏检使某个锯齿质量不合格，最终导致整根锯带报废，严重影响锯带的使用寿命。因此，双金属带锯条锯齿电阻点焊焊接过程的在线质量监测对保证双金属带锯条的焊接质量具有重要的意义。

发明内容

为解决背景技术中现有双金属带锯条焊接质量的检测方法无法准确判断焊点质量，无法保证未被检测的锯齿的质量可靠性的问题，本发明提供了一种双金属带锯条焊接质量的监测方法，通过监测焊接电极的动态电阻差值，以及焊接接头的熔深数据和对中性来综合判断焊接质量是否符合要求。

一种双金属带锯条焊接质量的监测方法，包括如下步骤：

S1、获取焊接接头的俯视图像和侧视图像；

S2、从焊接接头的俯视图像中获取L1和L2，计算出L1和L2的差值△L；

从焊接接头的侧视图像中获取θ1和θ2，计算出θ1和θ2的差值△θ；所述L1、L2分别为背材上下边沿分别距离齿尖上、下边沿的距离；所述θ1、θ2分别为背材中心线与齿尖边线之间的夹角；

S3、根据△L和△θ判断焊接接头质量是否合格。

从图像中提取L1、L2、θ1、θ2的方法均为现有方法，可参考《基于机器视觉的高精度工业尺寸测量系统研究》，王妹婷、齐永锋等，机械工程与自动化第6期，2013年12月；《工件图像轮廓角点特征提取算法》，刘晨、于微波等，长春工业大学学报第40卷第5期，2019年10月。

上述监测方法可从竖直方向和水平方向两个方面来综合检测焊接接头的对中性，从而可以更加准确地判断焊点质量，保证被检测锯齿质量的可靠性。保证垂直和水平对中性有助于使焊接接头相对背材齿托对称，后续铣齿之后的双金属带锯条齿尖强度更高，不然容易受力不均造成崩齿或脱齿。

优选地，步骤S3中，当△L和△θ均小于预设误差范围时，判断焊接接头质量合格。

优选地，步骤S3中，当△R、△X、△L和△θ均小于预设误差范围时，判断焊接接头的质量合格；其中，△R、△X分别为动态电阻差值、焊接接头的熔深数据与标准熔深数据的差值。

上述方法通过检测焊接电极的动态电阻差值以及焊接接头的熔深数据和对中性来综合判断焊接质量是否符合要求，只有这些数据都合格时，才判断焊接接头的焊接质量合格，影响焊接质量的因素都在可行范围内。

具体地，所述动态电阻差值的获取方法为：

S31、获取第一铜电极与第二铜电极之间的电压值；

S32、获取焊接工作回路的电流值；

S33、根据电压值和电流值计算得到动态电阻曲线；

S34、将动态电阻曲线与标准动态电阻曲线相比较，得到动态电阻差值。

熔深数据是否合格与电极间电压值、焊接工作回路的电流值以及对中性均有关联。根据监测结果，如果对中性没有问题，但是熔深数据偏大或者偏小时，可以认为是焊接的粒子或者背材表面出现脏污，电极长时间工作出现粘连或者磨损，以及机头机械结构不稳定等导致焊接质量不佳。此时可将测量的电压值、电流值进行处理，获得动态电阻曲线，并由此来判断焊接过程中是否出现飞溅，从而排除故障出现的原因。如果出现飞溅，则表明是电极出现问题或者是材料表面不洁净；如果没有出现飞溅，则表明是机头的机械结构不稳定造成焊接质量不可靠。

优选地，还包括检测焊接热影响区的大小是否在合格范围内。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种双金属带锯条焊接质量的监测装置，其特征在于：包括第一拍摄装置、第二拍摄装置和控制器，所述第一拍摄装置、第二拍摄装置分别与所述控制器连接；所述第一拍摄装置位于焊接接头的上方，用于获取焊接接头的俯视图像；所述第二拍摄装置位于焊接接头的侧面，用于获取焊接接头的侧视图像；所述控制器用于从焊接接头的俯视图像中获取L1和L2，计算出L1和L2的差值△L，从焊接接头的侧视图像中获取θ1和θ2，计算出θ1和θ2的差值△θ，并根据△L和△θ判断焊接接头的质量是否合格；所述L1、L2分别为背材上下边沿分别距离齿尖上、下边沿的距离；所述θ1、θ2分别为背材中心线与齿尖边线之间的夹角。

由此，通过第一拍摄装置和第二拍摄装置来获取焊接接头的俯视图像和侧视图像，并通过控制器从竖直方向和水平方向两个方面来综合检测焊接接头的对中性，从而可以更加准确地判断焊点质量，保证被检测锯齿质量的可靠性。

优选地，当△L和△θ均小于预设误差范围时，控制器判断焊接接头质量合格。

优选地，所述监测装置还包括：

第一铜电极，其一端与电源的一端连接，另一端与焊接电极连接；

第二铜电极，其一端与带锯条连接，另一端与所述电源的另一端连接；

电压传感器，其检测端分别与所述第一铜电极、第二铜电极连接，用于检测两个电极间的工作电压值，并将检测结果发送给所述控制器；

电流传感器，安装在焊接电极的工作回路中，用于检测焊接电极的工作电流值，并将检测结果发送给所述控制器；

位移传感器，安装在所述焊接电极上，用于检测焊接接头的熔深数据，并将检测结果发送给所述控制器；

所述控制器用于当△R、△X、△L和△θ均小于预设误差范围时，判断焊接接头的质量合格；其中，△R、△X分别为动态电阻差值、焊接接头的熔深数据与标准熔深数据的差值。

动态电阻差值可根据两个电极间的工作电压值以及焊接电极的工作电流值计算得到。通过设置电压传感器、电流传感器和位移传感器来获取动态电阻差值和焊接接头的熔深数据，并综合这些数据以及焊接接头的对中性来综合判断焊接质量是否符合要求，只有这些数据都合格时，才判断焊接接头的焊接质量合格，影响焊接质量的因素都在可行范围内。

熔深数据是否合格与电极间电压值、焊接工作回路的电流值以及对中性均有关联。根据监测结果，如果对中性没有问题，但是熔深数据偏大或者偏小时，可以认为是焊接的粒子或者背材表面出现脏污，电极长时间工作出现粘连或者磨损，以及机头机械结构不稳定等导致焊接质量不佳。此时可将测量的电压值、电流值进行处理，获得动态电阻曲线，并由此来判断焊接过程中是否出现飞溅，从而排除故障出现的原因。如果出现飞溅，则表明是电极出现问题或者是材料表面不洁净；如果没有出现飞溅，则表明是机头的机械结构不稳定造成焊接质量不可靠。

优选地，还包括存储器，用于存储标准动态电阻曲线和标准熔深数据；所述存储器与所述控制器连接，所述控制器用于根据两个电极间的工作电压值以及焊接电极的工作电流值计算得到动态电阻曲线，并将动态电阻曲线与标准动态电阻曲线相比较，得到△R；用于将熔深数据与标准熔深数据相比较，得到△X。

由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本发明可从竖直方向和水平方向两个方面来综合检测焊接接头的对中性，从而可以更加准确地判断焊点质量，保证被检测锯齿质量的可靠性；通过焊接电极的动态电阻差值，以及焊接接头的熔深数据和对中性来综合判断焊接质量是否符合要求，进一步增加了焊点质量判断的准确性以及被检测锯齿质量的可靠性。

附图说明

图1 为本发明双金属带锯条焊接质量的监测装置的结构示意图；

图2为本发明双金属带锯条焊接质量的监测装置的立体图；

图3为本发明双金属带锯条焊接质量的监测装置的电路连接示意图；

图4为本发明焊接接头竖直方向上的对中性的效果示意图；

图5为本发明焊接接头水平方向上的对中性的效果示意图；

图6为本发明双金属带锯条焊接质量的监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1

参见图1-3，一种双金属带锯条焊接质量的监测装置，该监测装置安装在电阻焊机上。待焊接带锯条1位于电阻焊机的工作台2上，工作台2上安装有支架3。

监测装置包括第一拍摄装置31、第二拍摄装置32、电压传感器4、电流传感器5、位移传感器6、存储器7和控制器8。第一拍摄装置31和第二拍摄装置32均安装在支架3上，第一拍摄装置31位于焊接接头（由齿尖块在带锯条1上的焊接位置处被焊接后形成）的上方，用于获取焊接接头的俯视图像，如图2所示，即第一拍摄装置31从上往下拍摄焊接接头所形成的图像；第二拍摄装置32位于焊接接头的侧面，用于获取焊接接头的侧视图像，如图2所示，即第二拍摄装置32从侧面拍摄焊接接头所形成的图像。焊接接头与第一拍摄装置31之间还设有利于图像采集的光源33。

第一拍摄装置31、第二拍摄装置32、电压传感器4、电流传感器5、位移传感器6和存储器7均与控制器8连接。第一拍摄装置31、第二拍摄装置32将获取的图像发送给控制器。

如图1和图3所示，第一铜电极91安装在机头上，其一端与电源电连接，另一端与焊接电极（即钼电极11）电连接；第二铜电极92安装在带锯条1上并与带锯条1电连接，另一端与电源电连接。电压传感器4的两个检测端分别与第一铜电极91、第二铜电极92连接，用于检测两个电极间的电压值，并将检测结果发送给所述控制器8；电流传感器5安装在焊接电极的工作回路中，用于检测电极的工作电流值，并将检测结果发送给所述控制器8；位移传感器6安装在焊接电极后端，用于检测焊接接头的熔深数据，并将检测结果发送给所述控制器8；存储器7用于存储标准动态电阻曲线和标准熔深数据。

如图1所示，电阻焊机在工作时，在焊接机头的驱动作用下，带动第一铜电极91与固定在第一铜电极91上的钼电极11向齿尖块12移动，钼电极11尖端接触齿尖块12之后，带动齿尖块12一起向带锯条1移动，接触到带锯条1的锯齿托之后开始预压若干毫秒。之后电源被激发放电，经由变压器通过第一铜电极，钼电极11，齿尖块12，带锯条1以及第二铜电极形成闭合回路，开始焊接。焊接过程中，齿尖块12与带锯条1的锯齿托之间产生焦耳热，在机头的持续施压下部分金属熔化被挤出，最终形成焊接接头。

焊接过程中，电压传感器4和电流传感器5分别检测电压值和电流值，经过信号调理电路板13进行滤波后，将相关数据传输到示波器14中进行数据采集以及波形显示，输出的数字信号传输到控制器8中进行数据分析，计算得到动态电阻曲线。位移传感器6安装在钼电极11上，用于检测钼电极11的位移信号，由于钼电极11与齿尖块和带锯条1的锯齿托紧密相连，钼电极11的位移信号反应的就是焊接焊接接头的位移量，即焊接接头的熔深数据。

焊接完成后，第一拍摄装置31、第二拍摄装置32分别获取焊接接头的俯视图像和侧视图像，并将图像发送给控制器8。控制器8从焊接接头的俯视图像中获取L1和L2，计算出L1和L2的差值△L；从焊接接头的侧视图像中获取θ1和θ2，计算出θ1和θ2的差值△θ；所述L1、L2分别为背材上下边沿分别距离齿尖上、下边沿的距离；所述θ1、θ2分别为背材中心线与齿尖边线之间的夹角。控制器8还将动态电阻曲线和熔深数据分别与存储器7内储存的标准动态电阻曲线和标准熔深数据相比较，得到动态电阻差值△R、熔深数据与标准熔深数据之差△X。

最后，控制器判断△R、△X、△L和△θ是否均小于预设误差范围。若均小于误差范围，则可判断为焊接接头的质量合格，否则判断为不合格。预设误差范围可根据具体的焊接质量要求自行设置，例如可将△R的预设误差范围设置在0~20μΩ，△X的预设误差范围设置在0~0.02mm，△L的预设误差范围设置在0`0.05mm，△θ的预设误差范围设置在0~3°。

上述监测装置通过第一拍摄装置和第二拍摄装置来获取焊接接头的俯视图像和侧视图像，并通过控制器从竖直方向和水平方向两个方面来综合检测焊接接头的对中性，并通过电压传感器、电流传感器和位移传感器来检测电极的动态电阻差值以及焊接接头的熔深数据是否在误差范围内，有当所有数据都合格时，才判断焊接接头的焊接质量合格，从而可以更加准确地判断焊点质量，保证被检测锯齿质量的可靠性。

图4、图5分别为焊接接头在竖直方向（俯视图像）和水平方向（侧视图像）上的对中性的效果示意图；图中，19 为背材热影响区，20为齿尖材料，21为背材母材。

实施例2

如图6所示，一种双金属带锯条焊接质量的监测方法，包括如下步骤：

S1、获取焊接接头的俯视图像和侧视图像，获取电极工作电压值、电极工作电流值、焊接接头的熔深数据；

S2、从焊接接头的俯视图像中获取L1和L2，计算出L1和L2的差值△L；

从焊接接头的侧视图像中获取θ1和θ2，计算出θ1和θ2的差值△θ；

计算△R、△X；

所述L1、L2分别为背材上下边沿分别距离齿尖上、下边沿的距离；所述θ1、θ2分别为背材中心线与齿尖边线之间的夹角；△R、△X分别为电极动态电阻差值、焊接接头的熔深数据与标准熔深数据的差值；

S3、当△R、△X、△L和△θ均小于预设误差范围时，判断焊接接头的质量合格，否则判断为焊接接头的质量不合格，发出警报，进行停机处理。

具体地，所述动态电阻差值的获取方法为：

S31、获取第一铜电极与第二铜电极之间的电压值；

S32、获取焊接工作回路的电流值；

S33、根据电压值和电流值计算得到动态电阻曲线；

S34、将动态电阻曲线与标准动态电阻曲线相比较，得到动态电阻差值。

本发明提供了一种容易实施，全自动的便于评估焊点质量的在线监测方法，能够实现双金属带锯条锯齿焊接全面监测，不存在漏检；整个监测过程由程序控制，同时完成锯齿焊接与质量监测，省时省力，安全可靠，提高了成品率，降低了生产成本。该检测方法能够实现全自动在线监测，不存在漏检情况，省时省力并且降低人工成本；设有三种监测系统，分别从不同角度判断锯齿焊接接头的焊接质量，质量监测更严格，能够极大降低坏齿率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种双金属带锯条焊接质量的监测方法，包括如下步骤：

S1、获取焊接接头的俯视图像和侧视图像；

S2、从焊接接头的俯视图像中获取L1和L2，计算出L1和L2的差值△L；

从焊接接头的侧视图像中获取θ1和θ2，计算出θ1和θ2的差值△θ；所述L1、L2分别为背材上下边沿分别距离齿尖上、下边沿的距离；所述θ1、θ2分别为背材中心线与齿尖边线之间的夹角；

S3、根据△L和△θ判断焊接接头的质量是否合格。

2.根据权利要求1所述的双金属带锯条焊接质量的监测方法，其特征在于：步骤S3中，当△L和△θ均小于预设误差范围时，判断焊接接头的质量合格。

3.根据权利要求1所述的双金属带锯条焊接质量的监测方法，其特征在于，步骤S3中，当△R、△X、△L和△θ均小于预设误差范围时，判断焊接接头的质量合格；其中，△R、△X分别为动态电阻差值、焊接接头的熔深数据与标准熔深数据的差值。

4.根据权利要求3所述的双金属带锯条焊接质量的监测方法，其特征在于，所述动态电阻差值的获取方法为：

S31、获取第一铜电极与第二铜电极之间的电压值；

S32、获取焊接工作回路的电流值；

S33、根据电压值和电流值计算得到动态电阻曲线；

S34、将动态电阻曲线与标准动态电阻曲线相比较，得到动态电阻差值。

5.一种双金属带锯条焊接质量的监测装置，其特征在于：包括第一拍摄装置、第二拍摄装置和控制器，所述第一拍摄装置、第二拍摄装置分别与所述控制器连接；所述第一拍摄装置位于焊接接头的上方，用于获取焊接接头的俯视图像；所述第二拍摄装置位于焊接接头的侧面，用于获取焊接接头的侧视图像；所述控制器用于从焊接接头的俯视图像中获取L1和L2，计算出L1和L2的差值△L，从焊接接头的侧视图像中获取θ1和θ2，计算出θ1和θ2的差值△θ，并根据△L和△θ判断焊接接头的质量是否合格；所述L1、L2分别为背材上下边沿分别距离齿尖上、下边沿的距离；所述θ1、θ2分别为背材中心线与齿尖边线之间的夹角。

6.根据权利要求5所述的双金属带锯条焊接质量的监测装置，其特征在于：当△L和△θ均小于预设误差范围时，控制器判断焊接接头的质量合格。

7.根据权利要求5所述的双金属带锯条焊接质量的监测装置，其特征在于，还包括：

第一铜电极，其一端与电源的一端连接，另一端与焊接电极连接；

第二铜电极，其一端与带锯条连接，另一端与所述电源的另一端连接；

电压传感器，其检测端分别与所述第一铜电极、第二铜电极连接，用于检测两个电极间的工作电压值，并将检测结果发送给所述控制器；

电流传感器，安装在焊接电极的工作回路中，用于检测焊接电极的工作电流值，并将检测结果发送给所述控制器；

位移传感器，安装在所述焊接电极上，用于检测焊接接头的熔深数据，并将检测结果发送给所述控制器；

所述控制器用于当△R、△X、△L和△θ均小于预设误差范围时，判断焊接接头的质量合格；其中，△R、△X分别为动态电阻差值、焊接接头的熔深数据与标准熔深数据的差值 。

8. 根据权利要求7所述的双金属带锯条焊接质量的监测装置，其特征在于：还包括存储器，用于存储标准动态电阻曲线和标准熔深数据；所述存储器与所述控制器连接，所述控制器用于根据两个电极间的工作电压值以及焊接电极的工作电流值计算得到动态电阻曲线，并将动态电阻曲线与标准动态电阻曲线相比较，得到△R；用于将熔深数据与标准熔深数据相比较，得到△X 。

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