电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法及装置

1.本发明涉及点焊质量在线监测领域，特别涉及一种电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法及装置。


背景技术：

2.电阻点焊因具有生产成本低、操作简单、易于实现机械化和自动化的优点被广泛应用在城市轨道列车、船舶及航空航天等领域，因此对电阻点焊质量进行监测和控制至关重要。电阻点焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化状态形成熔核，使之达到金属间结合的一种连接方法。被焊工件中存在大量的薄板装配件，对其施加压力时因被焊工件存在张力容易出现装配不良的情况；点焊熔核的形成过程，时间短且封闭不可见，容易产生虚焊、熔核尺寸不足以及焊接喷溅等缺陷，缺陷的存在使点焊接头强度达不到质量要求，故对点焊接头进行质量控制及检测尤为重要。
3.现行的检测方式通常为破坏性抽检和无损检测。破坏性检测需要对随机抽取的焊接试件进行切割、打磨抛光、制备样品、腐蚀、金相观察等步骤，检测结果准确可靠，但检测周期长，材料浪费严重，且抽样检测结果存在随机性，不能对所有点焊接头进行质量检测。点焊接头无损检测方法主要包括两大类，一是根据焊接过程中在线监测信号对接头质量进行评估，二是对点焊接头质量进行焊后无损检测。在线质量监测技术监测效率高，可以实时反馈点焊接头质量，一定程度上预防点焊接头缺陷的产生，但无法对点焊接头给出准确的质量评估。焊后无损检测多为超声波检测，超声波检测具有操作简便，安全性好的优点，但是超声波检测易受外界环境影响，检测精度有待提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法及装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明引入电信号对超声波信号进行辅助，两者结合既能实现对点焊过程所有焊点在线质量监测，又能保证监测结果的准确性和可靠性。本发明能够实现电阻点焊过程中工艺参数包括电极压力、焊接电流、焊接电压的在线监测，也能实现对焊点质量好坏的判断以及缺陷类型的初步判断。既发挥了超声波无损检测高效便捷的优势，同时又减少了单一超声信号进行检测的误判率。实用性强，自动化程度高，无需复杂的传感技术，且焊接过程参数具有可追溯性。
5.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
6.电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法，将超声波探头2内置于点焊上电极1中，采集超声信号；将压力传感器5内置于点焊下电极6中，采集焊接压力信号；采用电流传感器4采集焊接电流信号；采用电压传感器7采集焊接电压信号；
7.在预压阶段，超声波探头2发射/接收超声信号，通过回波特征，判断焊接工件的实际接触状态；当焊接工件接触良好时，由于焊接压力的作用，焊接工件的上、下钢板贴合紧
密，部分超声束穿透上、下钢板界面，入射到下钢板中；当焊接工件接触不良时，超声束从上钢板底面反射；同时，压力传感器5采集压力信号，根据焊接压力实测值和焊接工件表面的接触状态建立焊接工件预压效果评估模型，判定预压质量；
8.在通电阶段，采集焊接电流信号和焊接电压信号，当电流或电压信号超限时，判定焊接质量不合格；当电流和电压信号均不超限时，计算点焊的热输入量q，同时超声波探头2发射/接收超声信号，通过回波特征，计算液态熔核的熔深d，并根据热输入量q和熔深d建立熔核熔化状态分析模型，以判定焊接质量。
9.所述的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法，包括如下步骤：
10.第一步、建立焊接工件接触状态评估模型，包括以下子步骤：
11.1.1)预压阶段，通过电参数监测获得的电极压力信号及超声波在焊接工件焊接接触面的回波信号特征，分析焊接工件的实际接触状态，以评估点焊工艺条件是否正常；以焊接压力实测值f1及焊接工件接触面处的超声回波信号幅值e1为变量建立焊接工件预压效果评估分析模型ⅰ，其计算方法为：
12.p＝k1f1+k2e1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
13.式中p代表焊接工件预压效果评定指数，f1为预压阶段通过压力传感器实测的电极压力值，e1为预压阶段超声波在焊接工件接触面处回波信号幅值；k1为电极压力校正曲线，k2为超声回波信号校正曲线；通过设定若干组不同预压力，得到其对应预压力下焊接工件接触面处一系列的回波幅值，通过对这些预压值与回波幅值数据进行曲线拟合，得到k1和k2，其中k1和k2均通过焊接系统和实际焊接操作环境确定；
14.1.2)焊接通电阶段，通过电参数监测获得的电流i1及电极间电压信号u1计算点焊过程热输入量q，通过对熔核熔化阶段超声回波特征信号分析，计算熔深d，分析熔核熔化状态，评估点焊接头质量；以点焊过程热输入量q及液态熔核上表面、下表面处的超声回波信号幅值e2、e3为变量建立熔核熔化状态分析模型ⅱ，其计算方法为：
15.q＝u1i1t0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
16.d＝(v*
△
t)/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
17.w＝k3q+k4d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
18.式中q为点焊过程热输入量，u1为电压传感器实测电压值，i1为电流传感器实测电流值，t0为通电时长；d为液态熔核的熔深，v为超声信号在液态熔核中的传播速度，
△
t为接收到液态熔核上、下表面回波信号e2、e3之间的时间间隔；w为点焊质量评定系数，k3为点焊过程热输入量校正曲线，k4为液态熔核的熔深校正曲线；其中k3和k4均通过焊接系统和实际焊接操作环境确定；
19.第二步，过程分析，包括以下子步骤：
20.2.1)预压阶段，监测系统启动后，根据模型ⅰ监测预压效果，当实测的电极压力f1超出阈值时，声光报警器自动发出警报，即该系统参数存在错误需中止焊接过程，立即进行调整；当实测电极压力f1低于阈值时，超声波探头发射/接收超声波信号，并根据模型ⅰ运算预压效果评定指数，当评定结果异常时，声光报警器发出警报，当评定结果正常时，进入焊接通电阶段；
[0021][0022]
2.2)通电阶段，根据模型ⅱ评估点焊接头质量，当实测的焊接电流i1和焊接电压u1超过阈值时，声光报警器发出警报；当焊接电流i1和点焊电压u1均在阈值范围内时，计算点焊接头质量评估系数w，评估熔核状态；
[0023][0024]
本发明的另一目的在于提供一种电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测装置，包括点焊机、点焊上电极1、点焊下电极6、超声波探头2、高温耦合剂3、全功能超声卡8、压力传感器5、电流传感器4、电压传感器7、数据采集卡9、计算机10、声光报警器11；
[0025]
所述超声波探头2为收发一体式的多晶探头，既能发射超声波信号，又能接收经焊接工件反射回的超声波信号，并固定于点焊上电极1内部，通过高温耦合剂3使超声波探头2实现与点焊上电极1底部的直接耦合，又通过全功能超声卡8连接至计算机10，计算机10通过全功能超声卡8控制超声波探头2向焊接工件表面垂直发射超声波并接收反射回波；所述超声波探头2为收发一体式的多晶探头，固定于点焊上电极1内部，通过高温耦合剂3使超声波探头2实现与点焊上电极1底部的直接耦合，向焊接工件表面垂直发射超声波束；
[0026]
所述压力传感器5位于点焊下电极6中段，实时采集两电极间电极压力，电流传感器4和电压传感器7均位于点焊机的输出端，实时采集焊接电流、焊接电压，电信号由数据采集卡9采集后传输至计算机10自动存储，实现对点焊过程电信号的采集、监测和存储。
[0027]
本发明的有益效果在于：
[0028]
1、通过将超声探头固定于点焊上电极内部中心处，探头与电极内部接触面均匀刷涂高温耦合剂，且电极持续施加适当的压力，实现超声监测的良好耦合效果。
[0029]
2、预压阶段通过压力信号和超声信号相结合，判断待焊工件表面接触状态，极大概率避免装配不良情况下继续实施后续焊接通电过程，可以减少虚焊，熔核直径过小，局部接触处过热喷溅这类缺陷的产生。
[0030]
3、一般超声检测易受外部环境和点焊系统本身的干扰，例如耦合不佳，电极磨损等。利用电信号检测结果稳定可靠，但对缺陷的识别程度有限，两种信号相结合可以弥补单一信号检测的不足之处，提高检测的准确率和可靠性。
[0031]
4、上述超声监测装置无需复杂的传感技术，操作方便，自动化程度高，相较于传统的破坏性检测方式，节约了物料和人工检测成本。
附图说明
[0032]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0033]
图1为本发明的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法流程图；
[0034]
图2为本发明的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测装置的结构示意图；
[0035]
图3为本发明的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法预压阶段工件
接触良好超声回波情况示意图；
[0036]
图4为本发明的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法预压阶段工件接触不良超声回波情况示意图；
[0037]
图5为本发明的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法通电阶段超声回波情况示意图。
[0038]
图中：1、点焊上电极；6、点焊下电极；2、超声波探头；3、高温耦合剂；8、全功能超声卡；5、压力传感器；4、电流传感器；7、电压传感器；9、数据采集卡；10、计算机；11、声光报警器。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
[0040]
参见图1至图5，本发明的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法及装置，属于电阻点焊质量无损检测领域。将超声波探头固定于点焊上电极内部用于发射/接收超声波信号，压力传感器装入下电极中段实时监测上下电极间压力值，电流传感器、电压传感器在点焊机的输出端分别监测焊接通电阶段的电流信号和电压信号。利用电、超声信号建立工件接触状态评估模型和熔核熔化状态分析模型。监测方法为通过对模型的分析来判断预压阶段工件装配情况以及通电阶段点焊接头质量好坏，对异常情况能实现自动报警。实现了所有焊点的在线质量检测，从多参数的角度判断点焊接头质量，弥补单一电信号或者单一超声信号检测过程中的不足，尽量避免出现误判的情况，使检测结果更加准确可靠。
[0041]
参见图1至图2所示，本发明的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法，主要通过建立工件接触状态评估模型和熔核熔化状态分析模型，将电极压力，焊接电流，焊接电压和超声波信号有效结合起来。将超声波探头2内置于点焊上电极1中，采集超声信号；将压力传感器5内置于点焊下电极6中，采集焊接压力信号；采用电流传感器4采集焊接电流信号；采用电压传感器7采集焊接电压信号；
[0042]
在预压阶段，超声波探头2发射/接收超声信号，通过回波特征，判断焊接工件的实际接触状态；参见图3所示，当焊接工件接触良好时，由于焊接压力的作用，焊接工件的上、下钢板贴合紧密，部分超声束穿透上、下钢板界面，入射到下钢板中；参见图4所示，当焊接工件接触不良时，超声束从上钢板底面反射；同时，压力传感器5采集压力信号，根据焊接压力实测值和焊接工件表面的接触状态建立焊接工件预压效果评估模型，判定预压质量；
[0043]
在通电阶段，采集焊接电流信号和焊接电压信号，当电流或电压信号超限时，判定焊接质量不合格；参见图5所示，当电流和电压信号均不超限时，计算点焊的热输入量q，同时超声波探头2发射/接收超声信号，通过回波特征，计算液态熔核的熔深d，并根据热输入量q和熔深d建立熔核熔化状态分析模型，以判定焊接质量。
[0044]
所述的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0045]
第一步、建立焊接工件接触状态评估模型，包括以下子步骤：
[0046]
1.1)预压阶段，通过电参数监测获得的电极压力信号及超声波在焊接工件焊接接触面的回波信号特征，分析焊接工件的实际接触状态，以评估点焊工艺条件是否正常；以焊接压力实测值f1及焊接工件接触面处的超声回波信号幅值e1为变量建立焊接工件预压效果
评估分析模型ⅰ，其计算方法为：
[0047]
p＝k1f1+k2e1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0048]
式中p代表焊接工件预压效果评定指数，f1为预压阶段通过压力传感器实测的电极压力值，e1为预压阶段超声波在焊接工件接触面处回波信号幅值；k1为电极压力校正曲线，k2为超声回波信号校正曲线；通过设定若干组不同预压力，得到其对应预压力下焊接工件接触面处一系列的回波幅值，通过对这些预压值与回波幅值数据进行曲线拟合，得到k1和k2，其中k1和k2均通过焊接系统和实际焊接操作环境等具体情况确定；
[0049]
1.2)焊接通电阶段，通过电参数监测获得的电流i1及电极间电压信号u1计算点焊过程热输入量q，通过对熔核熔化阶段超声回波特征信号分析，计算熔深d，分析熔核熔化状态，评估点焊接头质量；以点焊过程热输入量q及液态熔核上表面、下表面处的超声回波信号幅值e2、e3为变量建立熔核熔化状态分析模型ⅱ，其计算方法为：
[0050]
q＝u1i1t0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0051]
d＝(v*
△
t)/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0052]
w＝k3q+k4d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0053]
式中q为点焊过程热输入量，u1为电压传感器实测电压值，i1为电流传感器实测电流值，t0为通电时长；d为液态熔核的熔深，v为超声信号在液态熔核中的传播速度，
△
t为接收到液态熔核上、下表面回波信号e2、e3之间的时间间隔；w为点焊质量评定系数，k3为点焊过程热输入量校正曲线，k4为液态熔核的熔深校正曲线；其中k3和k4均通过焊接系统和实际焊接操作环境等具体情况确定；
[0054]
第二步，过程分析，包括以下子步骤：
[0055]
2.1)预压阶段，监测系统启动后，根据模型ⅰ监测预压效果，当实测的电极压力f1超出阈值时，声光报警器自动发出警报，即该系统参数存在错误需中止焊接过程，立即进行调整；当实测电极压力f1低于阈值时，超声波探头发射/接收超声波信号，并根据模型ⅰ运算预压效果评定指数，当评定结果异常时，声光报警器发出警报，当评定结果正常时，进入焊接通电阶段；
[0056][0057]
2.2)通电阶段，根据模型ⅱ评估点焊接头质量，当实测的焊接电流i1和焊接电压u1超过阈值时，声光报警器发出警报；当焊接电流i1和点焊电压u1均在阈值范围内时，计算点焊接头质量评估系数w，评估熔核状态；
[0058][0059]
参见图2所示，本发明的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测装置，包括点焊机、点焊上电极1、点焊下电极6、超声波探头2、高温耦合剂3、全功能超声卡8、压力传感器5、电流传感器4、电压传感器7、数据采集卡9、计算机10、声光报警器11；
[0060]
所述超声波探头2为收发一体式的多晶探头，既能发射超声波信号，又能接收经焊接工件反射回的超声波信号，并固定于点焊上电极1内部，通过高温耦合剂3使超声波探头2
实现与点焊上电极1底部的直接耦合，又通过全功能超声卡8连接至计算机10，计算机10通过全功能超声卡8控制超声波探头2向焊接工件表面垂直发射超声波并接收反射回波；所述超声波探头2为收发一体式的多晶探头，固定于点焊上电极1内部，通过高温耦合剂3使超声波探头2实现与点焊上电极1底部的直接耦合，向焊接工件表面垂直发射超声波束；
[0061]
所述压力传感器5位于点焊下电极6中段，实时采集两电极间电极压力，电流传感器4和电压传感器7均位于点焊机的输出端，实时采集焊接电流、焊接电压，电信号由数据采集卡9采集后传输至计算机10自动存储，实现对点焊过程电信号的采集、监测和存储。
[0062]
实施例：
[0063]
一种电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法，包括如下步骤：
[0064]
第一步，建立工件接触状态评估模型，包括以下子步骤：
[0065]
1.1预压阶段，通过电参数监测获得的电极压力信号及超声波在焊接工件焊接接触面的回波信号特征，分析焊接工件的实际接触状态，以评估点焊工艺条件是否正常。以焊接压力参数值及超声回波信号幅值为变量建立焊接工件接触状态评估分析模型ⅰ，p＝k1p1+k2e1，式中p1为预压阶段通过压力传感器实测的电极压力值，e1为预压阶段超声波在焊接工件接触面处回波信号幅值。k1为电极压力校正系数，k2为超声回波信号校正系数，其中k1和k2均通过焊接系统和实际焊接操作环境等具体情况确定。
[0066]
1.2焊接通电阶段，通过电参数监测获得的电流i1及电极间电压信号u1计算点焊过程热输入量q，通过对熔核熔化阶段超声回波特征信号分析，计算熔深，分析熔核熔化状态，评估点焊接头质量。以点焊过程热输入量q及超声回波液态熔核状态特征信号e2、e3为变量建立熔核熔化状态分析模型ⅱ，w＝k3q+k4d，式中q为点焊过程热输入量，d为液态熔核的熔深，k3为点焊过程热输入量校正系数，k4为液态熔核的熔深校正系数。其中k3和k4均通过焊接系统和实际焊接操作环境等具体情况确定。
[0067]
第二步，过程分析，包括以下子步骤：
[0068]
2.1预压阶段，监测系统启动后，以模型ⅰ为参考，实测的电极压力p1超出阈值，声光报警器11自动发出警报，即该系统参数存在错误需中止焊接过程，立即进行调整。若实测电极压力p1满足阈值要求，则超声波探头继续发射/接收超声波信号，焊接工件接触面处有明显回波幅值e1，说明接触面处存在一定缝隙，没有实现紧密贴合，存在装配不良的情况，声光报警器11自动发出警报。若监测到pi和e1均正常，利用模型ⅰ，p＝k1p1+k2e1进行运算，进一步评估预压阶段焊接工件接触状态，评估结果符合预期则进入焊接通电阶段。
[0069]
2.2通电阶段，若实测的焊接电流i1，焊接电压u1存在超出阈值情况，自动报警。若实测的焊接电流i1，焊接电压u1满足阈值要求，计算点焊过程热输入量q＝u1i1t0.计算机10分析超声回波信号，提取熔核上层固液界面回波e2和下层液固界面回波e3，利用公式d＝(v*
△
t)/2计算熔核深度，式中v为超声波信号在液态熔核中传播速度，
△
t为熔核上下界面处回波e2、e3之间的时间间隔，利用模型ⅱ评估熔核熔化状态。
[0070]
一种电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测装置，包括点焊机、点焊上电极1、点焊下电极6、超声波探头2、高温耦合剂3、全功能超声卡8、压力传感器5、电流传感器4、电压传感器7、数据采集卡9、计算机10、声光报警器11。
[0071]
所述超声波探头2为收发一体式的多晶探头，既能发射超声波信号，又能接收经焊接工件反射回的超声波信号，并固定于点焊上电极1内部，通过高温耦合剂3使超声波探头2
实现与点焊上电极1底部的直接耦合，又通过全功能超声卡8连接至计算机10，计算机10通过全功能超声卡8控制超声波探头2向焊接工件表面垂直发射超声波并接收反射回波；
[0072]
所述的压力传感器7位于点焊下电极6中段，实时采集两电极间电极压力，电流传感器4和电压传感器7均位于点焊机的输出端，实时采集焊接电流、焊接电压，电信号由数据采集卡9采集后传输至计算机10自动存储，实现对点焊过程电信号的采集、监测和存储。
[0073]
参见图3至图5所示，本实施例采用sus301l不锈钢作为点焊试样电阻点焊为例，选取板厚组合为2mm+2mm,超声探头中心频率为10mhz，全功能超声卡采样频率为80mhz,电极压力为8kn，焊接电流大小为11.5ka。根据电极压力大小，焊接电流大小，焊接电压大小，超声回波信号特征等参数，再结合预压阶段工件接触状态评估模型和通电阶段熔核熔化状态分析模型全面的判断焊点质量是否合格。
[0074]
参见图3至图4所示，点焊过程中不同的状态对应的超声波传播方式也不同。在点焊过程预压阶段，若焊接工件存在装配不良的情况，说明两焊接工件没有达到解密贴合，超声波传播至焊接工件上板下表面处直接按原路径反射回去，不再向下传播，此时焊接工件接触面处存在超声回波信号幅值e1(图3所示)；若焊接工件装配良好，两焊接工件表面紧密贴合，超声笔直至传播至焊接工件下板下表面处按原路径返回，此时此时焊接工件接触面处不存在超声回波信号幅值e1(图4所示)；
[0075]
参见图5所示，在点焊过程通电阶段，液态熔核形成，此时液态熔核与焊接工件之间存在固-液界面和液-固界面，超声波在固-液界面处产生反射回波信号e2，液-固界面处产生反射回波信号e3，依据超声波探头接收到e2、e3的时间间隔
△
t，可以计算熔核的厚度情况。
[0076]
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法，其特征在于：将超声波探头(2)内置于点焊上电极(1)中，采集超声信号；将压力传感器(5)内置于点焊下电极(6)中，采集焊接压力信号；采用电流传感器(4)采集焊接电流信号；采用电压传感器(7)采集焊接电压信号；在预压阶段，超声波探头(2)发射/接收超声信号，通过回波特征，判断焊接工件的实际接触状态；当焊接工件接触良好时，由于焊接压力的作用，焊接工件的上、下钢板贴合紧密，部分超声束穿透上、下钢板界面，入射到下钢板中；当焊接工件接触不良时，超声束从上钢板底面反射；同时，压力传感器(5)采集压力信号，根据焊接压力实测值和焊接工件表面的接触状态建立焊接工件预压效果评估模型，判定预压质量；在通电阶段，采集焊接电流信号和焊接电压信号，当电流或电压信号超限时，判定焊接质量不合格；当电流和电压信号均不超限时，计算点焊的热输入量q，同时超声波探头(2)发射/接收超声信号，通过回波特征，计算液态熔核的熔深d，并根据热输入量q和熔深d建立熔核熔化状态分析模型，以判定焊接质量。2.根据权利要求1所述的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步、建立焊接工件接触状态评估模型，包括以下子步骤：1.1)预压阶段，通过电参数监测获得的电极压力信号及超声波在焊接工件焊接接触面的回波信号特征，分析焊接工件的实际接触状态，以评估点焊工艺条件是否正常；以焊接压力实测值f1及焊接工件接触面处的超声回波信号幅值e1为变量建立工焊接件预压效果评估分析模型ⅰ，其计算方法为：p＝k1f1+k2e1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中p代表焊接工件预压效果评定指数，f1为预压阶段通过压力传感器实测的电极压力值，e1为预压阶段超声波在焊接工件接触面处回波信号幅值；k1为电极压力校正曲线，k2为超声回波信号校正曲线；通过设定若干组不同预压力，得到其对应预压力下焊接工件接触面处一系列的回波幅值，通过对这些预压值与回波幅值数据进行曲线拟合，得到k1和k2，其中k1和k2均通过焊接系统和实际焊接操作环境确定；1.2)焊接通电阶段，通过电参数监测获得的电流i1及电极间电压信号u1计算点焊过程热输入量q，通过对熔核熔化阶段超声回波特征信号分析，计算熔深d，分析熔核熔化状态，评估点焊接头质量；以点焊过程热输入量q及液态熔核上表面、下表面处的超声回波信号幅值e2、e3为变量建立熔核熔化状态分析模型ⅱ，其计算方法为：q＝u1i1t0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)d＝(v*
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t)/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)w＝k3q+k4d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中q为点焊过程热输入量，u1为电压传感器实测电压值，i1为电流传感器实测电流值，t0为通电时长；d为液态熔核的熔深，v为超声信号在液态熔核中的传播速度，
△
t为接收到液态熔核上、下表面回波信号e2、e3之间的时间间隔；w为点焊质量评定系数，k3为点焊过程热输入量校正曲线，k4为液态熔核的熔深校正曲线；其中k3和k4均通过焊接系统和实际焊接操作环境确定；第二步，过程分析，包括以下子步骤：
2.1)预压阶段，监测系统启动后，根据模型ⅰ监测预压效果，当实测的电极压力f1超出阈值时，声光报警器自动发出警报，即该系统参数存在错误需中止焊接过程，立即进行调整；当实测电极压力f1低于阈值时，超声波探头发射/接收超声波信号，并根据模型ⅰ运算预压效果评定指数，当评定结果异常时，声光报警器发出警报，当评定结果正常时，进入焊接通电阶段；2.2)通电阶段，根据模型ⅱ评估点焊接头质量，当实测的焊接电流i1和焊接电压u1超过阈值时，声光报警器发出警报；当焊接电流i1和点焊电压u1均在阈值范围内时，计算点焊接头质量评估系数w，评估熔核状态；3.一种适用于权利要求1所述的电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法的监测装置，其特征在于：包括点焊机、点焊上电极(1)、点焊下电极(6)、超声波探头(2)、高温耦合剂(3)、全功能超声卡(8)、压力传感器(5)、电流传感器(4)、电压传感器(7)、数据采集卡(9)、计算机(10)、声光报警器(11)；所述超声波探头(2)为收发一体式的多晶探头，既能发射超声波信号，又能接收经焊接工件反射回的超声波信号，并固定于点焊上电极(1)内部，通过高温耦合剂(3)使超声波探头(2)实现与点焊上电极(1)底部的直接耦合，又通过全功能超声卡(8)连接至计算机(10)，计算机(10)通过全功能超声卡(8)控制超声波探头(2)向焊接工件表面垂直发射超声波并接收反射回波；所述压力传感器(5)位于点焊下电极(6)中段，实时采集两电极间电极压力，电流传感器(4)和电压传感器(7)均位于点焊机的输出端，实时采集焊接电流、焊接电压，电信号由数据采集卡(9)采集后传输至计算机(10)自动存储，实现对点焊过程电信号的采集、监测和存储。

技术总结
本发明涉及一种电、超声波信号复合的电阻点焊质量在线监测方法及装置，属于电阻点焊质量无损检测领域。将超声波探头固定于点焊上电极内部用于发射/接收超声波信号，压力传感器装入下电极中段实时监测上下电极间压力值，电流传感器、电压传感器在点焊机的输出端监测电流、电压信号。利用电、超声信号建立工件接触状态评估模型和熔核熔化状态分析模型。监测方法为通过对模型的分析来判断预压阶段工件装配情况以及通电阶段点焊接头质量好坏，对异常情况能实现自动报警。优点在于：实现了所有焊点的在线质量监测，从多参数的角度判断点焊接头质量，弥补单一电信号或单一超声信号监测过程中的不足，尽量避免出现误判的情况，使监测结果更加准确可靠。果更加准确可靠。果更加准确可靠。


技术研发人员：徐国成 房湘荣 董娟 谷晓鹏
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2022/3/8