白车身焊点检测项目结题报告

SGMW现有装备现状几乎所有生产区域装备均依赖进口，检测区域装备自动化程度低率较低，成本高昂。工艺装备来源数控加工数控加工机床X-CELL-O德国数控加工机床MAX-XS211焊接焊接机器人

FANUC焊机及焊钳OBARA涂胶装备SCA德国工装伺服包边装备、韩国柔性及自动化车身线装备，德国涂装喷涂装机器人FANUC总装总装机器人FANUC检测三维坐标仪自动检测(外观检测）德国，焊点质量自动检测目前市场还属于空白背景与意义尺寸检测三维坐标仪自动检测背景与意义检测装备自动化现状外观质量实现自动化检测性能质量检测装备空白背景与意义焊点质量检测方法现状传统检测方法（凿检、非破坏性检测、破坏性检测））：效率低，成本高离线抽检：依赖于进口超声波检测设备，评价标准空白离线抽检凿检非破坏性检测破坏性检测背景与意义提高汽车制造质量是市场竞争的需要中国自主品牌汽车仅在

车型市场占据较高份额，在中高档市场仍缺乏竞争力。随着近年来国外品牌轿车转向了自主品牌稍占优势的 市场，自主品牌 严峻形势，打造汽车强国，提高中国制造汽车的质量是克不容缓的工作。提高汽车制造质量是适应汽车质量三包政策的需要随着汽车质量三包政策的出台，企业需要对汽车质量的控制越来越严格，汽车生产企业在汽车质量控制方面

着许多问题和项目概况立项概况广西区科技厅:

-14B,

2012～2013，60万柳州科技局:2012A010101,2012～2014，250万项目目标研究白车身及零部件焊点质量检测的关键理论和

技术。开发多功能的车身及零部件焊点的 检测的分析评估软件，实现焊点质量反馈的检。搭建五菱系列车型的白车身及零部件焊点 检测设备的软硬件平台，并实现汽车及零部件焊点质量的

检测小型产业。项目概况项目内容白车身及零部件焊点检测的关键理论和技术研究。对车身焊点及零部件失效检测技术进行深入的研究，并通过焊点质量特性来设计一套

系统。开发多功能的车身及零部件焊点的 检测的分析评估软件对超声信号进行准确的计算处理，实现焊点质量准确的预报。主要通过信号频域中的特征值进行分析和提取，并引人工神经网络等技术为焊点的快速和批量检测做好准备。根据研究的软硬件基础，搭建汽车及零部件焊点的 检测设备的系统软硬件平台，从而可以对白车身及零部件的点焊进行超声检测，并对超声检测的结果进行统计分析，从而对白车身及零部件的焊接质量进行判定。项目概况王强谢宁张彬彬周泽陈聪钱汪焘陈少伟王永恒于祥珍胡朝辉白珏闫丹彤王保国黄贇喜郭小强卜德旭潘敏曾土伟张健唐鹏郭小强张睿项目总监:练朝春、周江奇、成艾国项目经理:尧永春、王国春专家组SGMW:

黄宗斌、许冰、雷志华、李交友HNU:黄智、

、孙炜、李树涛AISN:

陈涛、

、

、刘乐平、项目联络人:郑宏良、白车身关键焊点分析-谢宁/陈涛探头夹具设计与运动仿真-

/陈建装备电控系统软硬件设计-代巍/何焊点质量评价标准建立-

/装备集成调试与优化-潘

/陈建胡朝辉卢群英何卜德旭4.组织机构项目概况焊点检测技术调研/Researchon

thespot

weld

inspectiontechnology车身焊点检测装备的硬件系统仿真及设计/Hardware

system

simulation

anddesignfor

body-

in-white

spotweld

inspection

equipment车身焊点检测装备的软件系统开发/Software

developmentof

BIW

spot

weldinspection

equipment焊点检测装备的的夹具设计/

Fixture

design

and

trial-manufacture

for

criticalspot

weld

inspectionequipment检测装备集成与现场调试/Inspection

equipment

integration

andlivedebugging前期调研/Pre-survey关键焊点研究:CAE

对车身的关键区域焊点分析/Critical

Spot

weldysis:

Critical

spot

weld

ysisby

means

of

CAE现场调试/Live

debugging焊点质量的特征参数分析/Thecharacteristic基于焊点特征参数的超声波信多通道焊点检测的超声波干扰性试验及分析/Interference

test号分析/

Suicsignalysis

based

on

Theandysis

of

suicparameterysischaracteristic

parametersignals

for

the

multi-channelspot

weld

inspectionof

spot

weld

qualityysis

of

spotweld基于强度疲劳的关键焊点分析/Critical

spot

weldysis

based

on

thestrength

and

fatigue基于安全碰撞的关键焊点分析/Critical

spot

weldysis

based

on

thecrash基于刚度NVH的关键焊点分析/Critical

spot

weldysis

based

on

thestiffness

and

NVH小试及应用/Underbrushand

application应用/Application超声波信号分析：基于超声波探头的ic焊点质量检测信特征研究/

Susignal ysis

:

Thecharacterresearch

of

detective

signal

for

spotweld

quality

based

on

thesu

icdetector装备开发：焊点检测系统硬件仿真、设计，软件开发及夹具试制/Online

equipment

development:

Thesimulation

and

design

of

the

hardware

and

software

system

of

spotweld

inspection,

fixture

design

andtrial-manufacture白车身车型选择调研/Researchon

theselectionoftheBIW5.技术路线项目成果——理论研究成果超声波检测原理及关键零部件研究超声波检测原理研究超声波探头结构分析与选型定性分析焊点检测过程中超声波激励脉冲和回波信号相关特性，基于超声检测回波信号对焊点质量进行定义。合格焊点

压痕过深压痕过浅

脱焊薄焊核虚焊过烧小焊核超声波检测原理点焊探头项目成果——理论研究成果两个焊点的焊点检测仿真三层板焊点检测仿真焊点超声波检测实际应用问题仿真研究基于多元 声速模型建立焊点超声检测声场的数学模型，采用有限差分、有限元及边界元技术，建立探头/焊点

数值模型并进行仿真分析实际应用问题：1）焊点各种缺陷对超声波检测波形的影响；2）多个焊点超声波检测的干扰情况；3）三层板焊点的超声波检测分析结论：1）缺陷焊点对应超声回波特征；2）白车身多个焊点同时检测不会产生干扰；3）三层板焊点的超声波检测与两层板类似有限元分析模型项目成果——理论研究成果100关键焊点分析基于整车 安全、NVH及疲劳强度要求，应用实际道路载荷分析整车及重要零部件关键焊点的分布。安全关键焊点分布

大梁、前隔板及A柱区域共414个。疲劳强度关键焊点分布在门框圆角、底盘接口及安全带安装点处，NVH关键焊点分布在底盘接口及尾门框区域，共522个。安全关键焊点

NVH关键焊点

疲劳强度关键焊点1.焊点质量检测以工控机为检测的硬件系统，搭建高频、高速、高集成度的自动化系统硬件架构，满足了白车身焊点快速、可靠的

检测硬件需求；实现焊点超声波数据的快速实时

，采样精度达12bit，采样频率高达150MHz；采用

电压3750V的16路输入/输出I/O板卡为机器人通讯与控制提供硬件基础；将超声板卡、性强、集成度高的卡、IO卡通过PCI接口集成于工控机机箱内，形成稳定性高、实时系统。超声波发射板

卡

数字I/O卡工业控制计算机控制操作柜检测机器人（含超声探头）发射电路设计卡电路结构IO接口定义2.焊点质量检测系统上位机判定软件与硬件系统通信，用户可实时控制检测系统及机器人运动；软件系统具有实时检测和离线分析两种模式，实现了超声波提取、焊点质量评价、数据保存、数据分析等功能，其中、数据处理、特征速率高达150M/s；集成了1.2-3.3mm厚度范围内所有焊点的评价标准，可实现该范围内任意焊点质量的高准确性判定识别。上位机软件功能模块定义表功能模块子模块是否有下级模块输入输出含义类型初始值maxmin单位控件含义类型初始值maxmin单位控件初始化软件初始化否主界面所有控件初始化（复位显示）（复位显示）硬件检测标志否1为有硬件；0为硬件，离线检测布尔010布尔参数设置通道使能否通道使能标志HEXx0000x1110x0000无各通道使能标志4布尔010无布尔通道板材参数否层板厚度数值1430>0mm数值输入控件上层板厚度数值1430>0mm数值显示控件中间板厚度数值1430>0mm数值输入控件中间板厚度数值1430>0mm数值显示控件下层板厚度数值003000mm数值输入控件下层板厚度数值003000mm数值显示控件卡参数否采样量程数值mv样频率数值MHz采样长度数值ns触发模式数值触发源数值控制命令否开始布尔010布尔1：开始布尔010布尔暂停/运行布尔010布尔1：运行，0：暂停布尔010布尔停止布尔010布尔1：停止布尔010布尔回放布尔010布尔1：回放布尔010布尔数据处理通道标志否为使能，0为4布尔x0000x1110x0000无布尔中间板厚度数值1430>0mm数值输入控件下层板厚度数值003000mm数值输入控件阀值计算否原始数据维数组X0检测有效标志，1为有效，0为无效布尔010布尔阀值1数值00mv阀值2数值00mv曲线绘制否始数据维数组X0曲线绘制图形显示特征值提取否原始数据维数组X0底面回波数N1数值01数值显示阀值1数值00mv中间回波数N2数值00数值显示阀值2数值00mv底面回波间距S数值00>1mm数值显示焊点厚度数值mm数值显示评价通道标志否低位到

依次表示通道能标志，1为使能，0为4布尔x0000x1110x0000无布尔通道板材参数上层板厚度层板厚度数值1430>0mm数值输入控件中间板厚度中间板厚度数值1430>0mm数值输入控件下层板厚度下层板厚度数值003000mm数值输入控件评价计算否面回波数N1数值01数值输入1合格，7缺陷（脱焊，虚焊，过烧，压痕过深，压痕过浅，薄焊核，小焊核）8布尔010无8布尔中间回波数N1数值00数值输入面回波间距S数值0>0mm数值输入数据数据与波形存储路径选择评价结果字符串文本文件文件I/O特征值3数值图形文件文件I/O波形图图形所有参数数据回放数据回放路径选择文件I/O字符串路径输入时间，参数文件及图形文件I/O数据处理评价结果功能分析与定义主程序流程图设计实时检测模式离线分析模式3.焊点质量检测零件级装备、分析、回放等其它功能；多通道超声大数据的

实时

；实现了1.4mm双层板焊点质量的准确识别判定及数据卡不稳定，装备集成度不高。零件装夹超声波探头激励模块机器人系统上位机+数据评价系统待检大梁底层系统夹具超声波探头探头夹持激励/回波信号预处理回波信号数字化回波信号用户控制命令机器人控制信号4.焊点质量检测系统级装备单通道超声大数据的

实时

，快速、稳定、精度高；实现了1.2-3.3mm厚度范围内所有焊点质量的高准确率识别判定；检测系统进行了升级优化，功能更全面，界面更专业且简洁，人机交互性更好；实现与机器人通讯并控制机器人运动；以工控机为

，检测系统高度集成，性能稳定可靠。5.焊点数据库及质量评价标准的建立利用实验与仿真并进的方法建立焊点数据库。人工制作5000余个焊点样件，对其超声并利用算法寻优计算，建立5种厚度组合的焊点数据库；利用仿真建模分析结合算法寻优的方法，建立了1.2-3.0mm厚度范围内两层板焊点及3.0-3.3mm厚度范围内三层板焊点的特征数据计算

数据库。基于焊点实验数据库，采用实验与仿互修正验证的方法，建立了1.2-3.3mm厚度范围内所有焊点的质量评价标准。在系统集成调试中，对不同厚度焊点的实际检

判结果显示综合识别准确率高达93%，验证了该评价标准的高可靠性和高准确性。.522.5.6

.8

2

2

2

2.4

2.6

2

8

3t-厚度x-回波间距回波间距-厚度拟合曲线x-tfx-实验数据库仿真数据库1.4×1.4mm0.8×0.8mm0.8×1.2mm0.8×