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質(zhì)量監(jiān)測在激光焊接工藝中愈發(fā)重要

作者:a 來源: 日期:2018-08-02 11:12:05 人氣:14 評論:0 標(biāo)簽:

 激光焊接基于效率很高,在汽車白車身和零部件生產(chǎn)中日益受到歡迎,單臺激光焊接機(jī)器人即可替代多達(dá)5臺傳統(tǒng)點(diǎn)焊機(jī)器人。借助于高功率碟片或光纖激光器,再結(jié)合振鏡激光焊接頭和工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行飛行焊接,每分鐘可以完成100多個焊接點(diǎn)。

 

這就提出了一個挑戰(zhàn):如果產(chǎn)量很大,如何才能確保產(chǎn)出質(zhì)量高、品質(zhì)穩(wěn)定的焊接點(diǎn)?通常,汽車行業(yè)需要生產(chǎn)防碰撞部件,這使得焊接質(zhì)量尤為重要。

 

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本文探討了確保設(shè)備穩(wěn)定生產(chǎn)的三個方面:設(shè)備本身、質(zhì)檢人員的局限性,以及自動化質(zhì)量檢驗(yàn)。

 

激光焊接設(shè)備

 

“質(zhì)量”取決于焊接設(shè)備。激光焊接夾具必須能穩(wěn)定地夾持住部件,即便部件的公差比較大,比如常規(guī)的沖壓金屬部件。

 

通過操作人員的操作,夾具必須能防止出錯。好的激光焊接夾具會在焊接開始前,探測出所有的部件是否均裝載正確。需要用到防呆防差錯系統(tǒng)(一種日本開發(fā)的精益生產(chǎn)流程機(jī)制,可以幫助設(shè)備操作人員防止出錯)、產(chǎn)品檢測傳感器以及設(shè)計良好的公差鏈。還要注意清潔氣體的供應(yīng)和煙霧的排放,夾具必須易于清潔和維護(hù)。

 

目前市場已經(jīng)存在專業(yè)的機(jī)器人軟件,這使得工業(yè)機(jī)器人更為精確。這款軟件可以在不使用焊縫跟蹤系統(tǒng)的情況下生產(chǎn)出邊緣焊點(diǎn)。同時,軟件對于有高精度要求的曲線焊點(diǎn),例如圓邊焊點(diǎn)而言是必要的工具。這些例子表明,設(shè)計和制造激光焊接夾具以及激光焊接設(shè)備是一項(xiàng)復(fù)雜的工作,需要具備高超的技能和豐富的經(jīng)驗(yàn)。

 

人類視覺和自動化檢測

 

對于焊接質(zhì)量控制系統(tǒng),有些人認(rèn)為,操作人員在處理部件時,可以很容易地進(jìn)行肉眼質(zhì)量檢測。這不一定是正確的。來自航空工業(yè)的研究顯示,對于質(zhì)量控制工作而言,質(zhì)檢人員很容易漏掉小的瑕疵,在工作了僅僅一小時后,他們會忽視幾乎70%的瑕疵(圖2-3)。

 

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                                                                                                  圖2:用肉眼檢驗(yàn)焊接質(zhì)量時,很容易漏掉小的瑕疵。

 

顯然,檢驗(yàn)人員的視覺評估是不可靠的,因此,自動化的質(zhì)檢系統(tǒng)就成為一種替代方案。市場上有不同系統(tǒng)可供。

 

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                                                                                                         圖3:檢驗(yàn)人員的檢驗(yàn)出錯率隨著時間的推遲大幅下降。

 

許多受歡迎的質(zhì)檢系統(tǒng)是基于對激光焊接加工過程中發(fā)出的光的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)的。在這些系統(tǒng)中,焊接加工過程中發(fā)出的光可以由一只或多只光電二極管監(jiān)測到。質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)對測得的光電二極管的信號與已知的合格焊點(diǎn)所發(fā)出的信號進(jìn)行比較。如果測量值比較接近,系統(tǒng)就認(rèn)為這個焊點(diǎn)是合格的。如果信號有差異,系統(tǒng)會得出焊點(diǎn)不合格的結(jié)論(圖4)。

 

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                                                                                                         圖4:基于光電二極管的激光質(zhì)量監(jiān)測示意圖。

 

二極管系統(tǒng)具有快速和自動化的優(yōu)勢,可以在實(shí)際焊接的過程中對焊接質(zhì)量進(jìn)行評估,因此生產(chǎn)線上不需要設(shè)置額外的檢查站點(diǎn)。當(dāng)然,這種方式僅適用于可靠度高的系統(tǒng)。

 

但是,光電二極管系統(tǒng)的缺點(diǎn)是,其測量不是直接的。二極管測量的是焊接過程中的光并將之與焊接質(zhì)量進(jìn)行關(guān)聯(lián),但這不是實(shí)際的焊接質(zhì)量。這會導(dǎo)致未檢測到的瑕疵(假陰性)和被檢測為瑕疵的合格焊點(diǎn)(假陽性)。實(shí)驗(yàn)表示,二極管類自動化檢測系統(tǒng)的可靠性不是完美的,但是如果比較自動質(zhì)量檢測系統(tǒng)與人工檢測的效果,很顯然,經(jīng)過良好調(diào)校的自動化系統(tǒng)的準(zhǔn)確率要高很多。

 

很重要的一點(diǎn)是,必須認(rèn)識到質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)需要調(diào)整,而且不只是在安裝時需要進(jìn)行精調(diào),在全面量產(chǎn)時,更需要精調(diào)。要在靈敏度之間取得平衡(不會錯過真正的瑕疵),不會出現(xiàn)假陽性錯誤。要讓維修團(tuán)隊(duì)參與到安裝工作中去,這樣,他們在進(jìn)行這些優(yōu)化工作時會感到比較順利。因此,工廠管理層應(yīng)給予有力的支持和理解。

 

差錯處理策略

 

所面臨的挑戰(zhàn)是,如何設(shè)計出包括正確應(yīng)對假陽性錯誤的理想的差錯處理策略。常規(guī)部件可能會有幾百個焊接點(diǎn)。因此,即便單個焊點(diǎn)的假陽性錯誤比率很低,也會導(dǎo)致整個部件出現(xiàn)相當(dāng)多的假陽性錯誤次數(shù)。

 

所以,要制訂部件質(zhì)量規(guī)則,如,規(guī)定部件達(dá)到怎樣的焊接瑕疵比率就必須剔除。對系統(tǒng)在生產(chǎn)和精調(diào)過程中的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析會有所幫助。如果瑕疵處理策略不夠有效,用戶就會對質(zhì)量控制系統(tǒng)產(chǎn)生不滿。

 

展望

 

未來,市場上有望出現(xiàn)更可靠的系統(tǒng)。就當(dāng)前已經(jīng)推出的幾種系統(tǒng)來看,出現(xiàn)的一種趨勢是,由光學(xué)相干斷層掃描(OCT)對激光焊接的實(shí)際深度以及表面輪廓進(jìn)行測量。這就可以對激光焊接特征進(jìn)行直接評估,從而確??煽啃?。最終的步驟是,將這個測量信號作為激光焊接過程的反饋控制信息。另一種可能性是,使用基于激光的三角測量系統(tǒng)來檢查焊接表面的質(zhì)量。這些系統(tǒng)特別適用于邊焊。

 

顯然,近年來,隨著激光焊接設(shè)備生產(chǎn)效率的不斷提高,激光焊接質(zhì)量監(jiān)測的重要性越發(fā)提升。質(zhì)量監(jiān)測挑戰(zhàn)仍存,但至少市售的這些監(jiān)測系統(tǒng)可以提供很大的幫助。


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