點焊的實時非破壞性測試方法及系統，以及包括力傳感器以及位移傳感器的實施該方法...的製作方法
2023-06-17 19:25:16 1
專利名稱：點焊的實時非破壞性測試方法及系統，以及包括力傳感器以及位移傳感器的實施該方法 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在工件的至少兩個部分產生凸焊連接的方法，使所述的工件沒有焊接痕跡，所述的方法特徵在於其包括單點焊接質量的自動實時檢測，而不需使用損壞性的測試。本發明也涉及實施該方法的系統。
本發明涉及到已知的點焊工藝處理。在這種工藝處理中，工件的第一部分，如金屬板具有一個凸出形變，就是我們所稱的「凸出部」。如果工件的這部分要焊接到工件的第二部分(例如金屬板)，在凸出部的位置被機械地壓在一起，短時間的電流脈衝施加在同一位置。這樣才能在凸出物的位置將兩部分焊接在一起。
這種焊接處理工藝的明顯不足是焊接電極在板的外層表面留下可見的焊接痕跡，這需要通過如打磨來進行刨光。美國專利US6455801提供了解決上述不足的方案，該方案能夠產生凸焊並且在焊接的部分不會留下焊接痕跡。本發明如下面所述，使用現有技術的中已知的一種方法，如在前述專利中描述的方法，產生凸焊而不會在工件上留下可見的痕跡。
這種凸焊方法還有別的嚴重缺點，如，在工業焊接中，當在同一工件中有許多焊接時，很難檢測產生的單點焊接是否符合要求的質量標準。現有技術中已知的系統使用電流監測系統來確定產生的凸焊的質量。這些系統僅給出了一個系列焊接的平均質量的總體顯示，而不能確定每個單點焊接的質量。而且，目前能夠測試單點焊接的焊接質量的該系統是非常複雜的而且價格又高。這種系統的應用對於大部分凸焊工業應用在經濟上是不可行的。
第三點就是凸焊焊接最終質量很大程度上依賴於凸出部的形狀、大小以及結構的完整性。如果這些有缺陷，如凸出部的高度不符合標準，突出部根本不存在或突出部有結構的損壞，突出部在焊接過程中的熔化不能以可控方式來進行，不僅可能造成焊接不牢固，而且可能造成工件結構的損壞。在凸出部有缺陷的情況下，不能施加焊接電流，以免進一步損壞凸出部。但是，為了不發生這種情況，在施加焊接電流時，必須要對每個凸出部的大小以及結構的完整性進行檢測。現有技術中沒有已知的系統可以解決這種要求的理想方案。
本發明的目的就是克服前述現有技術中存在的不足。為了達到此目的，本發明提供了一種在工件的至少兩個部件之間產生凸焊連接的方法，從而所述工件不留焊接痕跡，其特徵在於所述的方法包括單點焊接質量的自動實時監測，不需要使用破壞性測試，也沒必要使用價格昂貴的設備。
本發明還提供了實施該方法的系統。
本發明的方法別的優點在於每個單點焊接質量的測量可以根據焊接處理的一個或多個實時測量的參數來自動計算。
本發明的產生凸焊的方法進一步的優點在於所述方法包括在焊接電流施加之前自動檢測工件凸出部的結構完整性。
除了前述本發明產生凸焊方法的方面，該方法還包括在焊接電流施加之前自動檢測工件凸出部的尺寸的完整性。
本發明進一步提供了實施本發明方法的系統，所述的系統特徵在於其至少包括焊頭，適於凸焊接；定位裝置，將所述的焊頭定位到工件的至少兩個部分的第一部分，在兩部分之間形成凸焊；驅動裝置，與所述焊頭機械連接，通過焊頭，能夠將垂向的力施加到所述工件的第一部分，所述的第一部分壓到同一工件的第二部分上。該驅動裝置可以是任何適合的類型，如氣動、水動、電動馬達，並且通過驅動軸機械連接到焊頭上；力傳感器，可以測量所述焊頭施加到工件上的機械壓力；位移傳感器，可以測量所述焊頭在垂向的位移；
低感變壓器，其具有一個焊錫面終端，該焊錫面與焊頭電連接；另一終端，其與工件電連接。
在本發明的系統的優選實施例中，所述驅動系統與所述焊頭之間的機械連接包括至少一個由可壓縮材料製成的部分。該壓縮材料的位移為與施加到該材料上的機械壓力保持為恆定比率。該部分壓縮材料可以是活塞和焊頭之間驅動軸的部分。
本發明的系統中所述力傳感器最好為壓電力傳感器。
實施本發明方法的系統的優點還在於所述的系統包括一電子裝置，其至少具有如下功能控制所述的驅動裝置使所述的焊頭在所述工件上施加的力平穩。例如利用普遍應用的微電子控制器來實現；通過開關切換所述變壓器控制焊接電流；量度通過能量轉換器二次接線端的電流；讀出、轉換和存儲所述壓力傳感器以及所述的位移傳感器中的信號。許多通用的傳感器一般都包括集成的電子裝置，其可以以數字形式傳送所測得的值，便於測量值的數據通信、轉換以及存儲；存儲每一單點焊接產生的相關數據；與外部數字通信、電信設備或網絡進行數字通信；通過鍵盤輸入數據並控制信息；通過顯示器輸出數據並控制信息。顯示器如液晶顯示器(LCD)或適合類型的標準CRT監視器。
前述本發明系統的電子裝置最好包括微處理器。現在幾乎所有標準微處理器都能夠提供前述主要功能。
因為焊接處理危及到人的健康，同時因為高度自動化，本發明系統的一些所述電子裝置最好布置成遙控系統單元，其與系統其它部分通過電纜或其它適合的數據通信或電信裝置連接。這樣可以從如中心控制間對系統進行控制。
對於某些應用，本發明所述的遙控系統單元最好是手提終端。
下面是實施本發明方法的系統的優選實施例。下文以及附圖更詳細地說明本發明如何解決前述的現有技術的缺點。但是讀者應當明了說明以及附圖只是說明本發明的應用而不是限制本發明的範圍。
圖1A-1C顯示實施本發明方法的系統的一個具體實施例的剖視圖；圖2顯示實施本發明方法的系統的一個稍作改進的具體實施例的剖視圖；圖3顯示了一個典型的時間-壓力曲線圖，該結果利用實施本發明方法的系統，在生產理想凸焊時所測的數據。
圖1A-1C顯示實施本發明在工件的至少兩個部分之間進行凸焊連接方法的系統的一個具體實施例。
在圖1A-1C中，板材工件的兩部分2和3使用凸焊焊接在一起。該系統包括適於凸焊的焊頭1。在這個實施例中，我們假設工件的上面部分2有一個向上凸出形變(圖中未示出)，也就是下文所指的「凸出部」。這個凸出部位於焊頭1的下面，即經過焊頭1的虛線與板材部分2和3相交的位置。下面部分3進一步沿上面部分2的邊沿摺疊以使摺疊的板材在凸出部所在區域上面延伸。板材部分2和3的這種特殊結構在美國專利US6455801中提出過，作為在板材上產生凸焊而不留焊接痕跡的一種方法。在這個例子中，僅僅說明該技術領域內的總體情況，而不是意圖限制本發明的應用。實施本發明方法的系統還包括驅動裝置4，其與焊頭1機械連接，適於在焊頭1上施加垂向壓力，使板材部分2和3以及部分3的摺疊部分在凸出部的區域壓在一起。在這個實施例中有活塞驅動裝置，且為氣動操作。該系統還包括一個低感變壓器(圖中未示出)，其具有一個二次接在線的終端，該終端與焊頭電連接，以及另一終端，與工件電連接。驅動裝置和焊頭1之間的機械連接進一步包括可壓縮材料製成的部分(未示出)。該壓縮材料的位移為與施加到該材料上的機械壓力保持為恆定比率。所述壓縮部分的功能在實施本發明方法的系統的這個具體例子中是通過位於驅動裝置4的機械彈簧(未示出)來實現的。現在如果這個系統用在標準凸焊中，如圖1A-1C顯示，驅動裝置將使焊頭1降到板材部分3的摺疊部分上，所述的摺疊部分和板材部分2和3將在凸出部的位置壓在一起。然後，施加短期電流脈衝經過焊頭1，板材部分2和3將在凸出部的位置焊在一起。如提到了最初標準，凸焊方法及系統目前不能提供理想的經濟上可行的可靠的實時單點焊接質量測試的解決方案，這會存在嚴重的後果如不良焊接或對工件嚴重的損壞。為了提供單點凸焊的可靠的測試，實施本發明方法的系統進一步包括力傳感器，該力傳感器測量焊頭1施加在工件板材部分2和3的機械壓力；以及一個位移傳感器，其測量所述焊頭的垂向位移。所述力傳感器最好為壓電力傳感器。圖2顯示了實施本發明方法的系統的一個實施例。該實施例中用到了壓電力傳感器，其位於驅動裝置4和焊頭1之間的機械連接件上。利用實施本發明方法的系統可以測量經過變壓器二次接線終端的電流，該能量轉換器分別與焊頭1和工件電連接，工件由板材部分2的3組成。為了敘述的清楚起見，下面假設為了能夠檢測凸出部的結構完整性，在施加焊接電流前已知凸出部能夠承受的，不會損壞的壓力平均值。
在此具體的實施本發明方法的系統的實施例中，該系統通過手提終端來操作，手動終端與系統的其它部分通過普遍已知的連接裝置及方法來連接，並裝備有微處理器和適合的軟體程序，鍵盤和液晶顯示器(LCD)。手提終端進一步裝備有普遍已知的電子裝置，該裝置能夠控制驅動裝置4使焊頭1在所述工件上施加的力平穩；通過開關切換所述能量轉換器控制焊接電流；測量通過所述能量轉換器的二次接線終端的電流；讀出、轉換和存儲所述壓電力傳感器以及所述的位移傳感器提供的測量信號；存儲每一單點焊接產生的相關數據；與外部數字通信、電信設備或網絡進行數字通信。
使用上述實施本發明方法的系統，通過下面步驟來實現產生凸焊處理工藝焊頭1位於由兩板材部分2和3組成的工件的上面，直接在部分3的所述凸出部的上面；
打開閥，使空氣壓縮流入驅動裝置4的活塞內，使焊頭1開始在工件上施加機械壓力；如果達到預定的力量，位移傳感器自施加力以來還沒有測量任何異常垂向位移，說明凸出部的結構完整性是正確的。如果將存在異常垂向位移，將說明在板材部分3中不存在凸出部或凸出部過早地崩塌了。在這種情況下，焊接處理中斷，避免因在有缺陷的凸出部施加電流而造成結構的損壞；激活電能切換裝置，施加焊接電流；在通常熔化期間，凸出部的崩塌使得工件的兩部分焊接在一起，連續測量施加在工件的垂向力，焊頭1的垂向位移以及焊接電流，所測的值存儲在所述的手提終端；手提終端中的微處理器處理測量的值，並將得出的特徵與理想焊接得出的凸焊處理平均特徵相比較。如果該特徵落在某個分界線內，說明達到了理想的凸焊效果，並重複處理下一個焊接的處理。
圖3顯示了一個典型的時間-力關係曲線圖，該結果利用實施本發明方法的系統，在理想凸焊產生時所測的數據。從圖中可以看出，施加的力達到預定水平時停止增加，這說明凸出部結構正確。然後，施加幾個毫秒的焊接電流。可以看出當凸出部熔化並崩塌時，施加的力迅速下降。焊接電流關閉，一個恆定的力將工件的各部分壓在一起，直接完成理想焊接為止。
根據本發明至少在工件的兩個部分之間產生凸焊連接的方法，以及實施該方法的系統提供了可靠實時測試凸焊質量的方案。這將避免了對工件的嚴重損壞，並且能提供有用的數據確保在工業焊接處理中長期高質量的凸焊工藝，例如更早地發現壓印的破損，壓印被用來在要焊接在一起材料部分上形成凸出部，從而可以有效地進行維護。此外，其可以存儲涉及每個單個凸焊的數據為日後參考。
實施本發明方法的系統的說明性實施例所有部分普遍適用，可以用普通的材料以及普通已知生產方法製造。
權利要求
1.在工件的至少兩個部分產生凸焊連接的方法，焊接後所述工件不留有瑕疵，其特徵在於所述方法包括自動實時檢測單點焊接質量，而不需要使用破壞性測試。
2.如權利要求1所述的產生凸焊連接的方法，其特徵在於產生的每個單點焊接質量測量根據一個或多個實時測量所得的焊接處理參數自動計算。
3.如前述任一權利要求所述的產生凸焊連接的方法，其特徵在於所述的方法進一步包括在施加焊接電流前，自動檢測工件上凸出部的結構完整性。
4.如前述任一權利要求所述的產生凸焊連接的方法，其特徵在於所述的方法進一步包括在施加焊接電流前，自動檢測工件上凸出部的尺寸的完整性。
5.實施前述權利要求的系統，其特徵在於，所述的系統至少包括焊頭，適於凸焊接；定位裝置，將所述的焊頭定位到工件的至少兩個部分的第一部分，在兩部分之間形成凸焊；驅動裝置，與所述焊頭機械連接，通過焊頭，能夠將垂向的力施加到所述工件的第一部分，所述的第一部分壓到同一工件的第二部分上；力傳感器，可以測量所述焊頭施加到工件上的機械壓力；位移傳感器，可以測量所述焊頭在垂向的位移；低感變壓器，其具有一個二次接線終端，該終端與焊頭電連接；另一終端，其與工件電連接。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於所述驅動系統與所述焊頭之間的機械連接包括至少一個由可壓縮材料製成的部分。該壓縮材料的位移為與施加到該材料上的機械壓力保持為恆定比率。
7.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於所述力傳感器為壓電力傳感器。
8.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於所述的系統包括一電子裝置，其至少具有如下功能控制所述的驅動裝置使所述的焊頭在所述工件上施加的力平穩；通過開關切換所述變壓器控制焊接電流；測量通過所述變壓器的二次接線終端的電流；讀出、轉換和存儲所述壓力傳感器以及所述的位移傳感器提供的信號。存儲每一單點焊接產生的相關數據；與外部數字通信、電信設備或網絡進行數字通信；通過鍵盤輸入數據並控制信息；通過顯示器輸出數據並控制信息。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於所述的電子裝置包括一個微處理器。
10.根據權利要求8或9所述的系統，其特徵在於一些所述的電子裝置位於遙控系統單元內，該單元通過電纜或其它適合的數據通信或電信裝置與系統的其它部分相連接。
11.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於所述遙控系統單元為手提終端。
全文摘要
本發明涉及一種在工件的至少兩個部分(2，3)產生點焊連接的方法，使所述的工件沒有瑕疵，所述的方法特徵在於其包括單點焊接質量的實時檢測，而不需使用損壞測試。本發明也涉及實施所述方法的系統(1，4)，該系統除包括其它特徵外，還包括力傳感和位移傳感器。
文檔編號B23K11/25GK1964815SQ200480043135
公開日2007年5月16日 申請日期2004年5月25日 優先權日2004年5月25日
發明者卡雷爾·彼得曼 申請人:Al-S科技公司