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原文传递汽车车身中频电阻点焊过程稳定性在线评价

论文题名：	汽车车身中频电阻点焊过程稳定性在线评价
关键词：	汽车车身;电阻点焊;在线监控;质量评价
摘要：	电阻点焊是汽车车身的主要连接工艺。由于受到生产现场众多因素的干扰，车身焊点质量参差不齐，质保措施必不可少。焊后探伤或破坏性抽检均无法保证焊点得到100％检测，因此点焊质量在线监控成为了业内公认的保证产品质量、提高生产效率的最有效方法，但至今仍未实现。本文以实现车身焊点100%在线监测为目标，开展了中频点焊过程监控与质量评价技术的研究，通过改进传统点焊过程信息测量技术，提出了兼顾测量准确性与安装实施性的监测方法，以此为基础研发了点焊监控装置并成功获取现场生产数据，建立了面向不同需求层次的过程稳定性评价算法，表征了焊点质量的一致性，并识别了现场不稳定因素，为点焊质量评价技术提供新的研究思路。　　首先，本文进行了中频点焊过程电学量的测量技术研究。利用建模、仿真、实验等多种研究手段，指出传统算法在计算中频点焊次级电阻时存在误差较大的问题：电压电流有效值比值算法无法抑制电阻中的感性分量，次级电阻的典型计算误差为35%；电压电流平均值算法可在电流恒定时抑制电阻中的感性分量，但是在通电初期电流变化阶段的典型计算误差高达300%。针对该问题，本文提出了求解次级电阻的迭代算法：根据电压平衡方程和能量平衡方程列出二元方程组，并使用雅克比迭代法进行求解。研究结果表明，无论在恒流模式还是变电流模式下，采用该算法的计算结果都更接近真实电阻值，理论计算误差不超过0.075%。　　随后研究了中频点焊过程机械量的测量技术。提出了在丝杠末端安装旋转编码器测量焊钳动电极位移的方法，有效消除了皮带轮传动误差，将测量精度提高至±4μm。同时，提出了通过测量焊钳臂应变间接测量焊钳静电极位移的方法，测量精度可达±4.8μm。利用建模、实验等研究手段，指出静电极位移在总电极间位移中占有相当大的比例，通过同步测量动、静两个电极的位移并进行整合，弥补了传统方法忽略静电极位移的不足，显著提高了电极间位移的测量准确性，理论测量误差不超过±8.8μm。　　在测量技术的研究基础上，本文研发了具有数据记录与网络通讯功能的中频电阻点焊监控装置并成功应用于生产现场。在对现场车身点焊监测数据的分析中，发现不同工件上相同位置焊点的电学量存在统一的变化趋势，但又表现出一定的离散性，最大差异可达110%。针对该现象，本文提出以过程稳定性作为评价指标的点焊质量监控方法，用于评价质量的一致性。首先建立了针对相同位置焊点的焊接过程整体稳定性离线评价算法：统计电学量瞬时值的变异系数，将其加权平均值作为稳定性指标。研究结果表明，该方法既能够准确表征焊点质量的一致性，也能够用于识别现场不稳定因素。将该方法应用于生产现场，发现造成焊接过程稳定性不良的主要因素是不良接触状态，直接原因是装配间隙过大与焊钳姿态不佳。　　在此基础上，本文又提出了针对单次焊接过程稳定性的在线评价方法：计算相同位置焊点的电学量瞬时平均值并定义为“样板”曲线，将单次焊接过程的电学量曲线与“样板”曲线之间的差异作为稳定性指标。研究结果表明，具有良好稳定性焊点的评价指标服从对数正态分布，根据3σ原则可将合格门限值设定为20%（eμ+3ζ）。通过比较每个焊点的在线评价指标与合格门限值，实现了车身点焊过程100%在线监测。该方法的评价结果以可疑焊点比例的形式展现，能够直观地表征质量的一致性，有助于识别现场不稳定因素，具有很强的生产指导意义。
作者：	夏裕俊
专业：	材料加工工程
导师：	张忠典
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文