CN116638218A - 一种点焊过程完整性评判方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电阻焊领域，尤其涉及一种点焊过程完整性评判方法，分为11个步骤执行，分别为：1)拆分焊点、2)调整状态和设置焊接工艺、3)采集焊接波形、4)判断波形状态、5)建立基准波形、6)设置波形包络区间、7)设置报警区间、8)设置飞溅判据、9)系统运行、10)判定参数合理性、11)稳定运行。本发明通过监控点焊过程中的动态电阻曲线，来判断点焊过程的一致性，并根据设置报出一致性恶化趋势报警和一致性故障报警，以及标识焊接过程是否存在飞溅。预警用户焊点质量有恶化的趋势风险，或者直接报出存在质量问题的焊点，确保零件焊接质量，避免造成批量问题风险。

Description

一种点焊过程完整性评判方法

技术领域

本发明涉及电阻焊技术领域，尤其涉及一种点焊过程完整性评判方法。

背景技术

电阻点焊是一个多参数相互影响、动态变化且复杂的耦合过程，焊接压力的大小、焊接电流的大小、电极帽的形态、板材的匹配情况和材质的不同等等各种因素都会直接或间接地影响最终焊点的质量。

现有技术中，在点焊过程有异样时，不能及时报警，工人难以检查对应的焊点和焊接设备状态，无法确保其焊接状态是否符合要求，难以保证焊接质量，容易造成批量问题风险，增加企业成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种点焊过程完整性评判方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种点焊过程完整性评判方法，包括以下步骤：

S1、拆分焊点：将被焊件上的焊点进行拆分，每一个焊点对应一个焊接程序；

S2、调整状态和设置焊接工艺：调整夹具和焊钳姿态，使被焊工件板材间贴合好，焊钳与板材垂直，静臂侧的电极和工件贴合，焊钳冷却和电极表面状态良好，并根据板材组合选定合理的焊接规范；

S3、采集焊接波形：查看每个焊点焊接过程中的实时动态电阻曲线，该波形通过采集焊接时的次级电压和次级电流获得，通过欧姆定律R＝U/I计算得到；

次级电压和次级电流，每1个毫秒平均一个采样值，在n毫秒的焊接时间里，将获得n个次级电压和次级电流值，将每个毫秒里的次级电压值除以对应的次级电流值得到焊接时间内的n个电阻值，然后将这些值描出曲线就得到焊接过程中的实时动态电阻曲线；

S4、判断波形状态：焊接多个工件，在电脑软件中将每个焊点的多次焊接的电阻波形显示在一张图表上分别进行查看，如果主焊接阶段电阻波形的重合度很高，说明该点的焊接状态和焊接工艺设置比较合理，进入下一个步骤；

S5、建立基准波形：在步骤S4中判断合理的波形曲线，在此步骤中用来建立基准波形，每个固定位置焊点对应的焊接程序都要为其建立一个基准波形，基准波形可以通过多个波形平均求得，将被平均电阻曲线上每个毫秒时间上的电阻值进行平均；

如t_x时刻的均值电阻值R_Ax＝(R_1x+R_2X+R_3X+……R_nX)/n，如此得到一条焊接时间里的平均电阻曲线作为基准波形，或者选择其中具有代表性的一根电阻曲线直接作为基准波形。

S6、设置波形包络区间：以基准波形为基础，建立一个包络区间，包络区间包括上窗口、下窗口，以及窗口开始时间，这些值均用百分比表示；

S7、设置报警区间：报警区间分为趋势报警值Pt设置和故障报警值Pa设置，报警值都是对S6中计算出的每个焊点的一致性值PC进行判断；

故障报警是对每次焊接后计算出的PC值和故障报警值进行比对，如果PC值小于故障报警值，表示该焊点的动态电阻曲线和基准波形相差太大，焊点一致性存在问题，焊点即可能存在焊接质量问题，系统报出报警，需去核查该焊点的焊接质量；

S8、设置飞溅判据：通过连续两个4ms内的瞬时电阻下降值占基准波形总电阻下降值Rd的百分比值和飞溅判据ER进行比较，来判断是否发生飞溅；

S9、系统运行：设置完成后，按照正常生产节奏进行点焊生产，然后收集焊接后的波形和报警信息，尤其对报警后问题焊点的焊接质量和焊点状态进行核查；

S10、判定参数合理性：根据S9收集的焊接数据，配合分析实际检测的结果，断定S6设置的包络区间、S7设定的报警区间、以及S8设定的飞溅判据是否能够准确的报出问题，如果不能准确地报出，就重复S6和S9的相关步骤，进行参数优化。

S11稳定运行：设定就绪后，系统便可以正常生产工件，稳定运行。

优选的，所述S1中，板材组合相同的焊点不共用一个焊接程序，且点焊控制器有256或者更多的焊接程，足够用于拆分焊点。

优选的，所述S3中，不同材质的板材，不同的焊接工艺其焊接时的动态电阻曲线都会不同，但是零件上固定位置的焊点，使用同样的焊接工艺，其动态电阻曲线变化的规律和趋势是一致的，甚至会重合。

优选的，所述S4中，如果波形杂乱无章，重合度很差，说明该点的焊接状态不好或者焊接工艺设置不合理，需要重新回到S2进行处理。

优选的，所述S6中，窗口表示波形包络区间的上限，根据基准波形计算得到，如果设定上窗口值为w_u％，则上窗口的曲线是将基准电阻波形每一毫秒上的值乘以(1+w_u％)得到；

下窗口表示波形包络区间的下限，也根据基准波形计算得到，如果设定下窗口值为w_d％，则下窗口的曲线是将基准电阻波形每一毫秒上的值乘以(1-w_d％)得到；w_u％和w_d％的值不得超过30％；

如果窗口开始时间设置为t_s％，则表示从焊接时间总时间t的t*t_s％开始进行判断，直至焊接结束，t_s％的值不得超过20％。确定每个焊点的波形包络区间后，通过上位机软件对每一次焊接产生的电阻曲线和包络区间进行比对，从窗口开始时间t*t_s％开始到焊接结束时间t，对每一个毫秒的电阻与上下电阻窗口进行比对，看有多少点落在窗口里，并以百分比的型式表示过程一致性值PC。

优选的，波形1有一半波形处在包络区间内，其过程一致性值PC＝50％；波形2所有波形都处在包络区间内，其过程一致性值PC＝100％；波形3所有波形都处在包络区间外，其过程一致性值PC＝0％。

优选的，所述S7中，趋势报警是对固定焊点位置相邻的10个焊点的PC值和趋势报警值进行比对，如果相邻的10个焊点有大于等于5个PC值小于趋势报警值，表示该焊接位置的焊点有状态变坏的趋势，系统发出报警，需去检查该焊接位置的焊接状态，以确保焊接质量。

优选的，所述S8中，在熔核生长期，计算每4ms内的电阻下降值和准波形总电阻下降值Rd的百分比值，比如t_x时刻的值为ER_x＝(R_x-R_(X+4))/R_d,tx+1时刻的值为ER_(X+1)＝(R_(x+1)-R_(x+5))/R_d,如果计算的ER_x和ER_(x+1)都大于设定的飞溅判据ER，就判断发生飞溅。

本发明的有益效果为：

本发明通过监控点焊过程中的动态电阻曲线，来判断点焊过程的一致性，并根据设置报出一致性恶化趋势报警和一致性故障报警，以及标识焊接过程是否存在飞溅。预警用户焊点质量有恶化的趋势风险，或者直接报出存在质量问题的焊点，确保零件焊接质量，避免造成批量问题风险。

附图说明

图1为本发明提出的一种点焊过程完整性评判方法的执行流程图；

图2为本发明提出的动态电阻曲线图；

图3为本发明提出的通过求均值建立基础波形图；

图4为本发明提出的设置波形包络区间图；

图5为本发明提出的波形一致性判断图；

图6为本发明提出的设置报警区间图；

图7为本发明提出的飞溅判断图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明分为11个步骤执行，分别为：1)拆分焊点、2)调整状态和设置焊接工艺、3)采集焊接波形、4)判断波形状态、5)建立基准波形、6)设置波形包络区间、7)设置报警区间、8)设置飞溅判据、9)系统运行、10)判定参数合理性、11)稳定运行。

1)拆分焊点，将被焊件上的焊点进行拆分，每一个焊点对应一个焊接程序，即使板材组合相同的焊点也不要共用一个焊接程序，因为处在不同位置的焊点其焊接状态不同，所需焊接工艺也会有所区别，而且动态电阻波形也会存在差异。再则现在的点焊控制器都有256或者更多的焊接程，足够用于拆分焊点。

2)调整状态和设置焊接工艺，调整夹具和焊钳姿态，使被焊工件板材间贴合好，焊钳与板材垂直，静臂侧的电极和工件贴合，焊钳冷却和电极表面状态良好等，确保有良好的焊接状态，并根据板材组合选定合理的焊接规范。

3)采集焊接波形，主要查看的是每个焊点焊接过程中的实时动态电阻曲线，但该波形不能直接采集获得，需要采集焊接时的次级电压和次级电流，然后通过欧姆定律R＝U/I计算得到。次级电压和次级电流，每1个毫秒平均一个采样值，在n毫秒的焊接时间里，将获得n个次级电压和次级电流值，电阻值就是将每个毫秒里的次级电压值除以对应的次级电流值得到焊接时间内的n个电阻值，然后将这些值描出曲线就得到焊接过程中的实时动态电阻曲线。图2是一个低碳钢点焊时的动态电阻曲线示例，其变化有明显的特征，刚开始有个短暂的电阻从大到小的下降阶段，为板材贴合期；然后电阻逐渐上升到峰值R_p，这个阶段为加热和熔化期，由于金属的热阻效应，随着金属温度上升电阻不断增大，板材的搭接处逐渐开始形成熔核，熔融态的金属又使得电阻下降，两方面的作用使电阻曲线达到峰值；之后电阻由峰值逐渐下降，最后趋于一个稳定的结束电阻值R_e，这个阶段是熔核生长期，该阶段熔核不断长大，最后达到热平衡。从电阻峰值R_p到结束电阻值R_e之间的差值，称为电阻下降值R_d＝R_p-R_e，该值和熔核尺寸以及熔核生长期飞溅的判断息息相关。不同材质的板材，不同的焊接工艺其焊接时的动态电阻曲线都会不同，但是零件上固定位置的焊点，使用同样的焊接工艺，其动态电阻曲线变化的规律和趋势是一致的，甚至会重合。

4)判断波形状态，焊接多个工件，在电脑软件中将每个焊点的多次焊接的电阻波形显示在一张图表上分别进行查看，如果主焊接阶段电阻波形的重合度很高，说明该点的焊接状态和焊接工艺设置比较合理，可以进入下一个步骤；如果波形杂乱无章，重合度很差，说明该点的焊接状态不好或者焊接工艺设置不合理，需要重新回到步骤2)进行处理。

5)建立基准波形，在步骤4)中判断合理的波形曲线，在此步骤中用来建立基准波形，每个固定位置焊点对应的焊接程序都要为其建立一个基准波形，基准波形可以通过多个波形平均求得，如图3所示，将被平均电阻曲线上每个毫秒时间上的电阻值进行平均，如t_x时刻的均值电阻值R_Ax＝(R_1x+R_2X+R_3X+……R_nX)/n,如此得到一条焊接时间里的平均电阻曲线作为基准波形。也可以选择其中具有代表性的一根电阻曲线直接作为基准波形。

6)设置波形包络区间，以基准波形为基础，建立一个包络区间，包络区间包括上窗口、下窗口，以及窗口开始时间，这些值均用百分比表示。如图4所示，上窗口表示波形包络区间的上限，根据基准波形计算得到，如果设定上窗口值为w_u％，则上窗口的曲线是将基准电阻波形每一毫秒上的值乘以(1+w_u％)得到；下窗口表示波形包络区间的下限，也根据基准波形计算得到，如果设定下窗口值为w_d％，则下窗口的曲线是将基准电阻波形每一毫秒上的值乘以(1-w_d％)得到；w_u％和w_d％的值不得超过30％。一些没有设置预热的焊接，在焊接刚开始的时候因为板材间隙和焊接状态的不同，会导致刚开始的焊接电阻动态曲线波动比较大，这段时间内的电阻曲线不能作为判断电阻曲线一致性的判断依据，因此设置一个包络区间窗口开始时间，从这一时间开始对曲线进行判断。如果窗口开始时间设置为t_s％，则表示从焊接时间总时间t的t*t_s％开始进行判断，直至焊接结束，t_s％的值不得超过20％。确定每个焊点的波形包络区间后，通过上位机软件对每一次焊接产生的电阻曲线和包络区间进行比对，从窗口开始时间t*t_s％开始到焊接结束时间t，对每一个毫秒的电阻与上下电阻窗口进行比对，看最后有多少点落在窗口里，并以百分比的型式表示过程一致性值PC。如图5所示，波形1有一半波形处在包络区间内，其过程一致性值PC＝50％；波形2所有波形都处在包络区间内，其过程一致性值PC＝100％；波形3所有波形都处在包络区间外，其过程一致性值PC＝0％。

7)设置报警区间，报警区间分为趋势报警值P_t设置和故障报警值P_a设置，报警值都是对步骤6)中计算出的每个焊点的一致性值PC进行判断。如图6所示，故障报警是对每次焊接后计算出的PC值和故障报警值进行比对，如果PC值小于故障报警值，表示该焊点的动态电阻曲线和基准波形相差太大，焊点一致性存在问题，焊点极有可能存在焊接质量问题，系统报出报警，让用户去核查该焊点的焊接质量。趋势报警是对固定焊点位置相邻的10个焊点的PC值和趋势报警值进行比对，如果相邻的10个焊点有大于等于5个PC值小于趋势报警值，表示该焊接位置的焊点有状态变坏的趋势，系统发出报警，让用户去检查该焊接位置的焊接状态，以确保焊接质量。

8)设置飞溅判据，在熔核生长期，由于塑性环不能包裹住熔融态的焊核金属，导致熔融态的金属喷溅出去就产生了飞溅，飞溅发生的时间非常短暂，而且伴随着熔融态金属喷溅出焊核，体现在动态电阻曲线上为瞬时的电阻陡降。正常熔核生长期的动态电阻曲线是随着焊接的进行平稳变化的，如果期间发生飞溅，就会产生一个陡降，这里通过连续两个4ms内的瞬时电阻下降值占基准波形总电阻下降值R_d的百分比值和飞溅判据ER进行比较，来判断是否发生飞溅。飞溅判据默认值为8％，可以根据板材的特性和实际应用状况进行微调。如图7所示，在熔核生长期，计算每4ms内的电阻下降值和准波形总电阻下降值R_d的百分比值，比如t_x时刻的值为ER_x＝(R_x-R_(X+4))/R_d,tx+1时刻的值为ER_(X+1)＝(R_(x+1)-R_(x+5))/R_d,如果计算的ER_x和ER_(x+1)都大于设定的飞溅判据ER，就判断发生飞溅。设置连续两个4毫秒进行判定是为了防止出现误判的情况，而ER值越小判定标准越严，可能会造成过判；ER值越大判定标准越松，可能会造成漏判。

9)系统运行，设置完成后，按照正常生产节奏进行点焊生产，然后收集焊接后的波形和报警信息，尤其对报警后问题焊点的焊接质量和焊点状态进行核查。

10)判定参数合理性，根据步骤9)收集的焊接数据，配合分析实际检测的结果，断定步骤6)设置的包络区间、步骤7)设定报警区间、以及步骤8)设定的飞溅判据是否能够准确的报出问题，如果不能准确地报出，就重复步骤6)的9)的相关步骤，进行参数优化。

11)稳定运行，设定就绪后，系统便可以正常生产工件，稳定运行。

本发明通过监控点焊过程中的动态电阻曲线，来判断点焊过程的一致性，并根据设置报出一致性恶化趋势报警和一致性故障报警，以及标识焊接过程是否存在飞溅。预警用户焊点质量有恶化的趋势风险，或者直接报出存在质量问题的焊点，确保零件焊接质量，避免造成批量问题风险。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种点焊过程完整性评判方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、拆分焊点：将被焊件上的焊点进行拆分，每一个焊点对应一个焊接程序；

S2、调整状态和设置焊接工艺：调整夹具和焊钳姿态，使被焊工件板材间贴合好，焊钳与板材垂直，静臂侧的电极和工件贴合，焊钳冷却和电极表面状态良好，并根据板材组合选定合理的焊接规范；

S3、采集焊接波形：查看每个焊点焊接过程中的实时动态电阻曲线，该波形通过采集焊接时的次级电压和次级电流获得，通过欧姆定律R＝U/I计算得到；

次级电压和次级电流，每1个毫秒平均一个采样值，在n毫秒的焊接时间里，将获得n个次级电压和次级电流值，将每个毫秒里的次级电压值除以对应的次级电流值得到焊接时间内的n个电阻值，然后将这些值描出曲线就得到焊接过程中的实时动态电阻曲线；

S4、判断波形状态：焊接多个工件，在电脑软件中将每个焊点的多次焊接的电阻波形显示在一张图表上分别进行查看，如果主焊接阶段电阻波形的重合度很高，说明该点的焊接状态和焊接工艺设置比较合理，进入下一个步骤；

S5、建立基准波形：在步骤S4中判断合理的波形曲线，在此步骤中用来建立基准波形，每个固定位置焊点对应的焊接程序都要为其建立一个基准波形，基准波形可以通过多个波形平均求得，将被平均电阻曲线上每个毫秒时间上的电阻值进行平均；

如t_x时刻的均值电阻值R_Ax＝(R_1x+R_2X+R_3X+……R_nX)/n，如此得到一条焊接时间里的平均电阻曲线作为基准波形，或者选择其中具有代表性的一根电阻曲线直接作为基准波形。

S6、设置波形包络区间：以基准波形为基础，建立一个包络区间，包络区间包括上窗口、下窗口，以及窗口开始时间，这些值均用百分比表示；

S7、设置报警区间：报警区间分为趋势报警值P_t设置和故障报警值P_a设置，报警值都是对S6中计算出的每个焊点的一致性值PC进行判断；

故障报警是对每次焊接后计算出的PC值和故障报警值进行比对，如果PC值小于故障报警值，表示该焊点的动态电阻曲线和基准波形相差太大，焊点一致性存在问题，焊点即可能存在焊接质量问题，系统报出报警，需去核查该焊点的焊接质量；

S8、设置飞溅判据：通过连续两个4ms内的瞬时电阻下降值占基准波形总电阻下降值Rd的百分比值和飞溅判据ER进行比较，来判断是否发生飞溅；

S9、系统运行：设置完成后，按照正常生产节奏进行点焊生产，然后收集焊接后的波形和报警信息，尤其对报警后问题焊点的焊接质量和焊点状态进行核查；

S10、判定参数合理性：根据S9收集的焊接数据，配合分析实际检测的结果，断定S6设置的包络区间、S7设定的报警区间、以及S8设定的飞溅判据是否能够准确的报出问题，如果不能准确地报出，就重复S6和S9的相关步骤，进行参数优化。

S11稳定运行：设定就绪后，系统便可以正常生产工件，稳定运行。

2.根据权利要求1所述的一种点焊过程完整性评判方法，其特征在于，所述S1中，板材组合相同的焊点不共用一个焊接程序，且点焊控制器有256或者更多的焊接程，足够用于拆分焊点。

3.根据权利要求1所述的一种点焊过程完整性评判方法，其特征在于，所述S3中，不同材质的板材，不同的焊接工艺其焊接时的动态电阻曲线都会不同，但是零件上固定位置的焊点，使用同样的焊接工艺，其动态电阻曲线变化的规律和趋势是一致的，甚至会重合。

4.根据权利要求1所述的一种点焊过程完整性评判方法，其特征在于，所述S4中，如果波形杂乱无章，重合度很差，说明该点的焊接状态不好或者焊接工艺设置不合理，需要重新回到S2进行处理。

5.根据权利要求1所述的一种点焊过程完整性评判方法，其特征在于，所述S6中，窗口表示波形包络区间的上限，根据基准波形计算得到，如果设定上窗口值为w_u％，则上窗口的曲线是将基准电阻波形每一毫秒上的值乘以(1+w_u％)得到；

下窗口表示波形包络区间的下限，也根据基准波形计算得到，如果设定下窗口值为w_d％，则下窗口的曲线是将基准电阻波形每一毫秒上的值乘以(1-w_d％)得到；w_u％和w_d％的值不得超过30％；

如果窗口开始时间设置为t_s％，则表示从焊接时间总时间t的t*t_s％开始进行判断，直至焊接结束，t_s％的值不得超过20％。确定每个焊点的波形包络区间后，通过上位机软件对每一次焊接产生的电阻曲线和包络区间进行比对，从窗口开始时间t*t_s％开始到焊接结束时间t，对每一个毫秒的电阻与上下电阻窗口进行比对，看有多少点落在窗口里，并以百分比的型式表示过程一致性值PC。

6.根据权利要求5所述的一种点焊过程完整性评判方法，其特征在于，波形1有一半波形处在包络区间内，其过程一致性值PC＝50％；波形2所有波形都处在包络区间内，其过程一致性值PC＝100％；波形3所有波形都处在包络区间外，其过程一致性值PC＝0％。

7.根据权利要求1所述的一种点焊过程完整性评判方法，其特征在于，所述S7中，趋势报警是对固定焊点位置相邻的10个焊点的PC值和趋势报警值进行比对，如果相邻的10个焊点有大于等于5个PC值小于趋势报警值，表示该焊接位置的焊点有状态变坏的趋势，系统发出报警，需去检查该焊接位置的焊接状态，以确保焊接质量。

8.根据权利要求1所述的一种点焊过程完整性评判方法，其特征在于，所述S8中，在熔核生长期，计算每4ms内的电阻下降值和准波形总电阻下降值Rd的百分比值，比如t_x时刻的值为ER_x＝(R_x-R_(X+4))/R_d,tx+1时刻的值为ER_(X+1)＝(R_(x+1)-R_(x+5))/R_d,如果计算的ER_x和ER_(x+1)都大于设定的飞溅判据ER，就判断发生飞溅。