点焊的实时非破坏性测试方法及系统，以及包括力传感器以及位移传感器的实施该方法的系统.pdf

本发明涉及一种在工件的至少两个部分(2，3)产生点焊连接的方法，使所述的工件没有瑕疵，所述的方法特征在于其包括单点焊接质量的实时检测，而不需使用损坏测试。本发明也涉及实施所述方法的系统(1，4)，该系统除包括其它特征外，还包括力传感和位移传感器。

1、  在工件的至少两个部分产生凸焊连接的方法，焊接后所述工件不留有瑕疵，其特征在于：所述方法包括自动实时检测单点焊接质量，而不需要使用破坏性测试。

2、  如权利要求1所述的产生凸焊连接的方法，其特征在于：产生的每个单点焊接质量测量根据一个或多个实时测量所得的焊接处理参数自动计算。

3、  如前述任一权利要求所述的产生凸焊连接的方法，其特征在于：所述的方法进一步包括在施加焊接电流前，自动检测工件上凸出部的结构完整性。

4、  如前述任一权利要求所述的产生凸焊连接的方法，其特征在于：所述的方法进一步包括在施加焊接电流前，自动检测工件上凸出部的尺寸的完整性。

5、  实施前述权利要求的系统，其特征在于，所述的系统至少包括：
焊头，适于凸焊接；
定位装置，将所述的焊头定位到工件的至少两个部分的第一部分，在两部分之间形成凸焊；
驱动装置，与所述焊头机械连接，通过焊头，能够将垂向的力施加到所述工件的第一部分，所述的第一部分压到同一工件的第二部分上；
力传感器，可以测量所述焊头施加到工件上的机械压力；
位移传感器，可以测量所述焊头在垂向的位移；
低感变压器，其具有：一个二次接线终端，该终端与焊头电连接；另一终端，其与工件电连接。

6、  根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述驱动系统与所述焊头之间的机械连接包括至少一个由可压缩材料制成的部分。该压缩材料的位移为与施加到该材料上的机械压力保持为恒定比率。

7、  根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述力传感器为压电力传感器。

8、  根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述的系统包括一电子装置，其至少具有如下功能：
控制所述的驱动装置使所述的焊头在所述工件上施加的力平稳；
通过开关切换所述变压器控制焊接电流；
测量通过所述变压器的二次接线终端的电流；
读出、转换和存储所述压力传感器以及所述的位移传感器提供的信号。
存储每一单点焊接产生的相关数据；
与外部数字通信、电信设备或网络进行数字通信；
通过键盘输入数据并控制信息；
通过显示器输出数据并控制信息。

9、  根据权利要求8所述的系统，其特征在于所述的电子装置包括一个微处理器。

10、  根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于：一些所述的电子装置位于遥控系统单元内，该单元通过电缆或其它适合的数据通信或电信装置与系统的其它部分相连接。

11、  根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述遥控系统单元为手提终端。

点焊的实时非破坏性测试方法及系统，以及包括力传感器以及位移传感器 的实施该方法的系统
本发明涉及一种在工件的至少两个部分产生凸焊连接的方法，使所述的工件没有焊接痕迹，所述的方法特征在于其包括单点焊接质量的自动实时检测，而不需使用损坏性的测试。本发明也涉及实施该方法的系统。
本发明涉及到已知的点焊工艺处理。在这种工艺处理中，工件的第一部分，如金属板具有一个凸出形变，就是我们所称的“凸出部”。如果工件的这部分要焊接到工件的第二部分(例如金属板)，在凸出部的位置被机械地压在一起，短时间的电流脉冲施加在同一位置。这样才能在凸出物的位置将两部分焊接在一起。
这种焊接处理工艺的明显不足是焊接电极在板的外层表面留下可见的焊接痕迹，这需要通过如打磨来进行刨光。美国专利US6455801提供了解决上述不足的方案，该方案能够产生凸焊并且在焊接的部分不会留下焊接痕迹。本发明如下面所述，使用现有技术的中已知的一种方法，如在前述专利中描述的方法，产生凸焊而不会在工件上留下可见的痕迹。
这种凸焊方法还有别的严重缺点，如，在工业焊接中，当在同一工件中有许多焊接时，很难检测产生的单点焊接是否符合要求的质量标准。现有技术中已知的系统使用电流监测系统来确定产生的凸焊的质量。这些系统仅给出了一个系列焊接的平均质量的总体显示，而不能确定每个单点焊接的质量。而且，目前能够测试单点焊接的焊接质量的该系统是非常复杂的而且价格又高。这种系统的应用对于大部分凸焊工业应用在经济上是不可行的。
第三点就是凸焊焊接最终质量很大程度上依赖于凸出部的形状、大小以及结构的完整性。如果这些有缺陷，如凸出部的高度不符合标准，突出部根本不存在或突出部有结构的损坏，突出部在焊接过程中的熔化不能以可控方式来进行，不仅可能造成焊接不牢固，而且可能造成工件结构的损坏。在凸出部有缺陷的情况下，不能施加焊接电流，以免进一步损坏凸出部。但是，为了不发生这种情况，在施加焊接电流时，必须要对每个凸出部的大小以及结构的完整性进行检测。现有技术中没有已知的系统可以解决这种要求的理想方案。
本发明的目的就是克服前述现有技术中存在的不足。为了达到此目的，本发明提供了一种在工件的至少两个部件之间产生凸焊连接的方法，从而所述工件不留焊接痕迹，其特征在于所述的方法包括单点焊接质量的自动实时监测，不需要使用破坏性测试，也没必要使用价格昂贵的设备。
本发明还提供了实施该方法的系统。
本发明的方法别的优点在于每个单点焊接质量的测量可以根据焊接处理的一个或多个实时测量的参数来自动计算。
本发明的产生凸焊的方法进一步的优点在于所述方法包括在焊接电流施加之前自动检测工件凸出部的结构完整性。
除了前述本发明产生凸焊方法的方面，该方法还包括在焊接电流施加之前自动检测工件凸出部的尺寸的完整性。
本发明进一步提供了实施本发明方法的系统，所述的系统特征在于其至少包括：
焊头，适于凸焊接；
定位装置，将所述的焊头定位到工件的至少两个部分的第一部分，在两部分之间形成凸焊；
驱动装置，与所述焊头机械连接，通过焊头，能够将垂向的力施加到所述工件的第一部分，所述的第一部分压到同一工件的第二部分上。该驱动装置可以是任何适合的类型，如气动、水动、电动马达，并且通过驱动轴机械连接到焊头上；
力传感器，可以测量所述焊头施加到工件上的机械压力；
位移传感器，可以测量所述焊头在垂向的位移；
低感变压器，其具有：一个焊锡面终端，该焊锡面与焊头电连接；另一终端，其与工件电连接。
在本发明的系统的优选实施例中，所述驱动系统与所述焊头之间的机械连接包括至少一个由可压缩材料制成的部分。该压缩材料的位移为与施加到该材料上的机械压力保持为恒定比率。该部分压缩材料可以是活塞和焊头之间驱动轴的部分。
本发明的系统中所述力传感器最好为压电力传感器。
实施本发明方法的系统的优点还在于所述的系统包括一电子装置，其至少具有如下功能：
控制所述的驱动装置使所述的焊头在所述工件上施加的力平稳。例如利用普遍应用的微电子控制器来实现；
通过开关切换所述变压器控制焊接电流；
量度通过能量转换器二次接线端的电流；
读出、转换和存储所述压力传感器以及所述的位移传感器中的信号。许多通用的传感器一般都包括集成的电子装置，其可以以数字形式传送所测得的值，便于测量值的数据通信、转换以及存储；
存储每一单点焊接产生的相关数据；
与外部数字通信、电信设备或网络进行数字通信；
通过键盘输入数据并控制信息；
通过显示器输出数据并控制信息。显示器如液晶显示器(LCD)或适合类型的标准CRT监视器。
前述本发明系统的电子装置最好包括微处理器。现在几乎所有标准微处理器都能够提供前述主要功能。
因为焊接处理危及到人的健康，同时因为高度自动化，本发明系统的一些所述电子装置最好布置成遥控系统单元，其与系统其它部分通过电缆或其它适合的数据通信或电信装置连接。这样可以从如中心控制间对系统进行控制。
对于某些应用，本发明所述的遥控系统单元最好是手提终端。
下面是实施本发明方法的系统的优选实施例。下文以及附图更详细地说明本发明如何解决前述的现有技术的缺点。但是读者应当明了说明以及附图只是说明本发明的应用而不是限制本发明的范围。
图1A-1C显示实施本发明方法的系统的一个具体实施例的剖视图；
图2显示实施本发明方法的系统的一个稍作改进的具体实施例的剖视图；
图3显示了一个典型的时间-压力曲线图，该结果利用实施本发明方法的系统，在生产理想凸焊时所测的数据。
图1A-1C显示实施本发明在工件的至少两个部分之间进行凸焊连接方法的系统的一个具体实施例。  在图1A-1C中，板材工件的两部分2和3使用凸焊焊接在一起。该系统包括适于凸焊的焊头1。在这个实施例中，我们假设工件的上面部分2有一个向上凸出形变(图中未示出)，也就是下文所指的“凸出部”。这个凸出部位于焊头1的下面，即经过焊头1的虚线与板材部分2和3相交的位置。下面部分3进一步沿上面部分2的边沿折叠以使折叠的板材在凸出部所在区域上面延伸。板材部分2和3的这种特殊结构在美国专利US6455801中提出过，作为在板材上产生凸焊而不留焊接痕迹的一种方法。在这个例子中，仅仅说明该技术领域内的总体情况，而不是意图限制本发明的应用。实施本发明方法的系统还包括驱动装置4，其与焊头1机械连接，适于在焊头1上施加垂向压力，使板材部分2和3以及部分3的折叠部分在凸出部的区域压在一起。在这个实施例中有活塞驱动装置，且为气动操作。该系统还包括一个低感变压器(图中未示出)，其具有：一个二次接在线的终端，该终端与焊头电连接，以及另一终端，与工件电连接。驱动装置和焊头1之间的机械连接进一步包括可压缩材料制成的部分(未示出)。该压缩材料的位移为与施加到该材料上的机械压力保持为恒定比率。所述压缩部分的功能在实施本发明方法的系统的这个具体例子中是通过位于驱动装置4的机械弹簧(未示出)来实现的。现在如果这个系统用在标准凸焊中，如图1A-1C显示，驱动装置将使焊头1降到板材部分3的折叠部分上，所述的折叠部分和板材部分2和3将在凸出部的位置压在一起。然后，施加短期电流脉冲经过焊头1，板材部分2和3将在凸出部的位置焊在一起。如提到了最初标准，凸焊方法及系统目前不能提供理想的经济上可行的可靠的实时单点焊接质量测试的解决方案，这会存在严重的后果如不良焊接或对工件严重的损坏。为了提供单点凸焊的可靠的测试，实施本发明方法的系统进一步包括：力传感器，该力传感器测量焊头1施加在工件板材部分2和3的机械压力；以及一个位移传感器，其测量所述焊头的垂向位移。所述力传感器最好为压电力传感器。图2显示了实施本发明方法的系统的一个实施例。该实施例中用到了压电力传感器，其位于驱动装置4和焊头1之间的机械连接件上。利用实施本发明方法的系统可以测量经过变压器二次接线终端的电流，该能量转换器分别与焊头1和工件电连接，工件由板材部分2的3组成。为了叙述的清楚起见，下面假设：为了能够检测凸出部的结构完整性，在施加焊接电流前已知凸出部能够承受的，不会损坏的压力平均值。
在此具体的实施本发明方法的系统的实施例中，该系统通过手提终端来操作，手动终端与系统的其它部分通过普遍已知的连接装置及方法来连接，并装备有微处理器和适合的软件程序，键盘和液晶显示器(LCD)。手提终端进一步装备有普遍已知的电子装置，该装置能够：
控制驱动装置4使焊头1在所述工件上施加的力平稳；
通过开关切换所述能量转换器控制焊接电流；
测量通过所述能量转换器的二次接线终端的电流；
读出、转换和存储所述压电力传感器以及所述的位移传感器提供的测量信号；
存储每一单点焊接产生的相关数据；
与外部数字通信、电信设备或网络进行数字通信。
使用上述实施本发明方法的系统，通过下面步骤来实现产生凸焊处理工艺：
焊头1位于由两板材部分2和3组成的工件的上面，直接在部分3的所述凸出部的上面；
打开阀，使空气压缩流入驱动装置4的活塞内，使焊头1开始在工件上施加机械压力；
如果达到预定的力量，位移传感器自施加力以来还没有测量任何异常垂向位移，说明凸出部的结构完整性是正确的。如果将存在异常垂向位移，将说明在板材部分3中不存在凸出部或凸出部过早地崩塌了。在这种情况下，焊接处理中断，避免因在有缺陷的凸出部施加电流而造成结构的损坏；
激活电能切换装置，施加焊接电流；
在通常熔化期间，凸出部的崩塌使得工件的两部分焊接在一起，连续测量施加在工件的垂向力，焊头1的垂向位移以及焊接电流，所测的值存储在所述的手提终端；
手提终端中的微处理器处理测量的值，并将得出的特征与理想焊接得出的凸焊处理平均特征相比较。如果该特征落在某个分界线内，说明达到了理想的凸焊效果，并重复处理下一个焊接的处理。
图3显示了一个典型的时间-力关系曲线图，该结果利用实施本发明方法的系统，在理想凸焊产生时所测的数据。从图中可以看出，施加的力达到预定水平时停止增加，这说明凸出部结构正确。然后，施加几个毫秒的焊接电流。可以看出当凸出部熔化并崩塌时，施加的力迅速下降。焊接电流关闭，一个恒定的力将工件的各部分压在一起，直接完成理想焊接为止。
根据本发明至少在工件的两个部分之间产生凸焊连接的方法，以及实施该方法的系统提供了可靠实时测试凸焊质量的方案。这将避免了对工件的严重损坏，并且能提供有用的数据确保在工业焊接处理中长期高质量的凸焊工艺，例如更早地发现压印的破损，压印被用来在要焊接在一起材料部分上形成凸出部，从而可以有效地进行维护。此外，其可以存储涉及每个单个凸焊的数据为日后参考。
实施本发明方法的系统的说明性实施例所有部分普遍适用，可以用普通的材料以及普通已知生产方法制造。