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虹科案例 | 非接觸超聲——汽車點焊質(zhì)量在線自動化檢測

虹科光電 ? 2023-04-20 09:33 ? 次閱讀

汽車行業(yè)中,以輕質(zhì)合金材料代替鋼材料已成為當(dāng)代轎車的主要制造原料。在汽車生產(chǎn)線上,常采用點焊的方法對鋁合金材質(zhì)進(jìn)行連接。點焊是電阻焊的一種,電阻焊接是通過焊接設(shè)備的電極施加壓力并在接通電源時,在工件接觸點及鄰近區(qū)域產(chǎn)生電阻熱加熱工件,在外力作用下完成工件的聯(lián)結(jié)。點焊比其他焊接方法,比較擅長于薄板焊接領(lǐng)域,更適合運用于工業(yè)機(jī)器人的自動化生產(chǎn)。

點焊操作靈活性好、可靠性強(qiáng)且生產(chǎn)效率高,其焊接接頭常見形貌。缺點是焊接過程需提供大電流,易出現(xiàn)工件表面熱變形嚴(yán)重等焊接異?,F(xiàn)象。同時,耗能大,電極壽命短,工作環(huán)境差,點焊過程有飛濺,焊接接頭質(zhì)量不穩(wěn),焊接接頭易出現(xiàn)軟化嚴(yán)重、強(qiáng)度系數(shù)低等問題。在金屬的表面,可能會出現(xiàn)難熔的氧化膜而在焊接處出現(xiàn)裂紋、夾渣氣孔、未熔合等缺陷。因此,對焊接接頭進(jìn)行必要的檢驗是保證焊接質(zhì)量的重要措施,焊接質(zhì)量的檢驗通常采用以下方法:ca772f16-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

— 破壞性檢測技術(shù)—

破壞性檢測主要用于樣品板的焊接質(zhì)量檢測。> 焊接試板的檢驗主要采取撕裂法、剪切法、扭力法以及金相法(剪切力、剝離拉力、扭力、觀察和焊接金屬組織)。> 金相法是經(jīng)過取樣、鑲嵌、磨光、拋光、使用4%的硝酸酒精溶液化學(xué)腐蝕后得到金屬內(nèi)部的顯微組織的一種方法。通過觀察其內(nèi)部組織,可以清楚地觀察到焊核直徑、焊透率及內(nèi)部缺陷。cade498a-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

破壞性檢測成本較高,需要人工操作,且對樣品造成損傷,僅能以小樣本為代表做采樣檢測,因此無損檢測更為業(yè)界所接受。

— 無損探傷技術(shù)—

隱藏在焊點內(nèi)部的夾渣、氣孔、裂紋等缺陷的檢驗,目前使用最普遍的是采用X射線檢驗以及超聲波探傷。> X射線檢測是利用X射線對焊接位置照相,根據(jù)底片影像來判斷內(nèi)部有無缺陷、缺陷多少和類型,再根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求評定焊接是否合格。> 超聲檢測則由探頭發(fā)出超聲信號,傳到金屬中,當(dāng)超聲波束傳到金屬與空氣界面時,它就折射而通過焊點。如果焊點中有缺陷,超聲波束就反射到探頭而被接受,這時熒光屏上就出現(xiàn)了反射波。根據(jù)這些反射波與正常波比較、鑒別,就可以確定缺陷的大小及位置。cade498a-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png現(xiàn)有無損探傷技術(shù)存在一個明顯問題,即無法滿足工業(yè)對自動化在線檢測的需求。射線檢測具有良好的穿透性,但是具有電離輻射對人體有害,另外通常也需要將檢測產(chǎn)品放置在射線設(shè)備處去單獨檢測;超聲探傷操作簡單,無輻射,需要具有經(jīng)驗的專業(yè)人員去操作評估,接觸式的工作模式需要使用耦合劑,難于實現(xiàn)自動化測量。cb35b378-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

虹科非接觸超聲檢測方案

ca465f80-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png虹科非接觸超聲技術(shù)的實現(xiàn)離不開專利的光學(xué)麥克風(fēng)技術(shù)。作為一款新型的超聲探測器,由其中聲壓波由微型Fabry-Pérot標(biāo)準(zhǔn)具純光學(xué)檢測。該標(biāo)準(zhǔn)具是由兩個平行的毫米大小的半透明鏡形成的小型干涉腔,通過感應(yīng)腔體本身的聲音傳播介質(zhì)的折射率的微小變化來工作。

當(dāng)光學(xué)麥克風(fēng)與高頻激光組合而成,同時結(jié)合掃描系統(tǒng)與專業(yè)的成像軟件,即可組成虹科非接觸超聲檢測系統(tǒng)——LEA系統(tǒng)。具體原理如下:高頻激光作用于車身表面由熱彈效應(yīng)產(chǎn)生超聲信號,超聲在焊點位置內(nèi)部傳播并攜帶缺陷信息;采用專利的光學(xué)麥克風(fēng)作為超聲探測器,將這些細(xì)微變化轉(zhuǎn)化為聲音的測量電信號并傳給分析控制單元進(jìn)行聲場信號評估,掃描得到被測物內(nèi)部缺陷的圖像。cb74d38c-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png針對于汽車點焊檢測,虹科提供機(jī)械臂集成的自動化檢測方案,其探頭集成了光學(xué)麥克風(fēng)與激光,從而實現(xiàn)同側(cè)反射式的測量。良好的焊接質(zhì)量超聲在兩層間分離傳播,而劣質(zhì)的焊接會使超聲信號只在上層傳播,兩者探測到的超聲信號振幅有區(qū)別,從而實現(xiàn)點焊質(zhì)量的區(qū)分。虹科點焊檢測方法與其他方法有著根本的不同:它工作在幾毫米距離處,不與車身表面接觸,這種方法從一開始就被設(shè)計用來進(jìn)行機(jī)器人集成的自動化檢測。激光超聲的方法具有一個根本性優(yōu)勢:它可以工作在幾毫米錯位公差范圍內(nèi),這是其他技術(shù)無法實現(xiàn)的。因此,虹科點焊檢測系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人在實際生產(chǎn)環(huán)境中的最佳匹配。與最先進(jìn)的手工檢測相比,這種全自動高速解決方案降低了10倍的檢測成本> 檢測成本減少10倍> 檢測時間:每個焊點5s> 吞吐量:一天8000個焊點> 測量精度:優(yōu)于300um> 定位誤差容忍度:5mm> 對不均勻表面的魯棒性

cb35b378-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

汽車點焊應(yīng)用實例

ca465f80-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png虹科LEA系統(tǒng)可成熟應(yīng)用于汽車點焊的在線檢測現(xiàn)場,與機(jī)械臂集成,檢測多個焊點的質(zhì)量。cbd95adc-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png針對其焊點檢測效果,保時捷利用LEA系統(tǒng)對部分焊接試樣做了檢測。由兩片尺寸為20cm×20cm,厚度為1mm的鋼板組成,通過一些質(zhì)量和表面光潔度不同的點焊連接。通過同側(cè)檢測與穿透檢測的模式,并結(jié)合聲信號分析,可以良好區(qū)分OK與OKN的焊點,實現(xiàn)點焊質(zhì)量的非接觸式檢測。cc077dae-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngcc1661ac-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.pngcc27fff2-dd88-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

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