CN115502557A - 一种发卡电机端子焊接质量控制方法 - Google Patents

一种发卡电机端子焊接质量控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发卡电机端子焊接质量控制方法，属于焊接技术领域，其利用CCD成像模块、OCT检测模块与激光焊接***的对应设置，能够实现端子焊接加工前、加工中、加工后各环节的状态监测，为端子激光焊接过程中的工艺参数调整提供了依据，实现了端子焊接加工各环节的实时监测和端子加工工艺参数的动态调整。本发明中的发卡电机端子焊接质量控制方法，其结构紧凑，控制便捷，能够实现发卡电机端子的焊接，并在焊接的各时间段内对电机端子的加工部位进行准确扫描监测，实现了对焊接过程的闭环控制，完成了发卡电机端子焊接的质量控制，提高了焊接产品的成良率和加工效率，降低了发卡电机的加工成本，具有较好的实用价值和应用前景。

Description

一种发卡电机端子焊接质量控制方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种发卡电机端子焊接质量控制方法。
背景技术
随着我国能源环保技术的不断发展，新能源汽车得到了越来越多的应用。在新能源汽车的***组成中，电机是整个新能源汽车驱动的关键，它的性能直接关系到新能源汽车整车动力性能。
通常情况下，新能源汽车电机追求高功率、小体积、高扭矩、高转速(高功率密度、高扭矩密度)，这与传统的电机有着一定的区别。近年来，新能源车用电机的相关技术得到了迅速发展，并开始由传统的圆铜线绕组设计转向了扁铜线绕组(发卡电机)设计，旨在利用扁铜线电机槽满率高、散热性好、同等功率体积小等优点。
在发卡电机的制备过程中，影响其性能最主要因素的因素在于发卡电机端子的焊接成型质量。一方面，由于发卡电机的制造工序复杂、精度要求高、产量大，很难通过人工制造来满足实际生产的需要；另一方面，发卡电机端子焊接对焊接成型的质量要求很高，需要对焊接过程进行实时监测和调控。虽然近年来国内外对于发卡电机焊接装置的研究得到了不少进步，也催生了不少相关的专利技术，例如现有专利文献CN 112958929 B、CN113414515 A、CN 113453836 A等，其中对发卡电机的焊接技术进行了一定的研究，对发卡电机的制备质量有着一定的促进作用。但是，现有的发卡电机焊接技术很难实现发卡电机端子的高节拍、高效率焊接，也很难实现电机端子焊接过程中的监测、调整，动态调整能力较差，很难满足发卡电机的批量化高效生产。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种发卡电机端子焊接质量控制方法，能够实现发卡电机端子焊接前、焊接中、焊接后各环节的状态监测，实现焊接全过程的闭环质量控制，实现焊接工艺参数的实施调控，进而保证端子的焊接质量。
为实现上述目的，本发明提供一种发卡电机端子焊接质量控制方法，其包括如下步骤：
(1)设置CCD成像模块，由其进行工件及工件上端子的焊前平面位置测量，确定激光焊接***的扫描焊接轨迹；
(2)设置OCT检测模块，由其对端子焊前三维形貌进行测量，判断端子的形貌是否存在缺陷，并在判断出不存在缺陷时调增激光焊接***的离焦量、焊接功率和扫描轨迹；
(3)在焊接进行时，通过OCT检测模块对焊接过程中的匙孔深度和熔池成型情况进行测量，并根据测量结果调整激光焊接***的焊接工艺参数，调控激光焊接***的扫描轨迹和扫描速度；
(4)在焊接完成后，控制所述OCT检测模块进行端子形貌检测，判断发卡电机端子的成型质量。
作为本发明的进一步改进，在步骤(1)中，工件和工件上端子的定位方法为矩形模板匹配方法，包括如下过程：
采用矩形模板匹配发卡电机端子的外部矩形轮廓，待得到两个矩形后，分别求出两个矩形的对称中心P1和P2，则单个发卡电机端子的扫描焊接轨迹的对称中心为P1和P2的中点P0。
作为本发明的进一步改进，单个端子的扫描焊接轨迹为矩形、双矩形、椭圆形、一字形或者无穷形；或者
单个端子的扫描焊接轨迹为低频椭圆形轨迹加高频正弦轨迹。
作为本发明的进一步改进，在步骤(2)中，端子焊前三维形貌信息包括端子外形尺寸和端子高度；且利用上述信息调控激光焊接***工艺参数的过程为：
利用端子焊前三维形貌信息确定单个发卡电机端子的扫描范围，实时控制焊接过程中激光焊接***与端子表面的离焦量，且其调节的量由端子高度信息给出；同时，根据端子的高度信息实时调节焊接过程中的激光功率。
作为本发明的进一步改进，在检测到实时匙孔深度后，调整振镜焊接***的焊接功率的方法如下：
设定焊接过程中匙孔深度的区间范围；当焊接过程中的匙孔深度超出该区间范围时，其焊接功率的增量ΔP以下式得出，
Figure BDA0003870183030000021
式中，d为当前匙孔深度；P为当前激光功率；d0为匙孔深度区间范围的端点值，当d小于区间范围的最小值时，d0为区间范围的最小值，当d大于区间范围的最大值时，d0为区间范围的最大值。
作为本发明的进一步改进，熔池成型情况的测量通过熔池的宽度测量来判断，且焊接过程中的扫描轨迹调控通过控制高频的正弦振幅A来实现，其值由下式得出：
Figure BDA0003870183030000031
式中，Ap为当前振幅，Wp为理想的熔池宽度，W为实际的熔池宽度。
作为本发明的进一步改进，根据焊接扫描轨迹的不同对应调控焊接速度v，其值由下式给出：
Figure BDA0003870183030000032
式中，vp为默认焊接速度。
上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
(1)本发明的发卡电机端子焊接质量控制方法，其利用CCD成像模块、OCT检测模块与激光焊接***的对应设置，能够实现端子焊接加工前、加工中、加工后各环节的状态监测，为端子激光焊接过程中的工艺参数调整提供了依据，实现了端子焊接加工各环节的实时监测和端子加工工艺参数的动态调整，确保端子的加工满足实际质量管控的需求，提升发卡电机加工的成良率，降低发卡电机的加工成本。
(2)本发明的发卡电机端子焊接质量控制方法，其通过优选设置发卡电机及其端子位置的确定方法、激光功率的确定方法、扫描轨迹和扫描速度的调节方法，能够快速、准确地实现发卡电机端子焊接加工过程中的加工参数动态调整，确保参数调整的准确性和可靠性。
(3)本发明中的发卡电机端子焊接质量控制方法，其步骤简单，控制便捷，能够在发卡电机端子焊接前、焊接中、焊接后对电机工件及端子的状态进行监测，保证各个环节中工件及端子的状态满足实际高质量加工的需求，实现对焊接过程闭环控制的同时，提高了焊接产品的成良率和加工效率，降低了发卡电机的加工成本，具有较好的实用价值和应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中发卡电机端子焊接质量控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中采用矩形模板匹配方法确定端子位置的示意图；
图3是本发明实施例中激光功率与工件表面高度关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例：
请参阅图1，本发明优选实施例中的发卡电机端子焊接质量控制方法主要用于在发卡电子端子焊接过程中对端子的焊接质量进行检测和控制，主要包括如下过程：
(1)设置CCD成像模块，由其进行工件及工件上端子的焊前平面位置测量，并完成焊接前平面坐标位置的调整，实现激光焊接***扫描焊接轨迹的确定；
通过采用CCD成像模块定位每一个发卡电机端子的位置，拍摄电机端子的二维灰度图像，确定端子的平面位置坐标。
在优选实施例中，待加工发卡电机工件及端子的定位方法采用矩形模板匹配的方法。具体地，采用矩形模板匹配发卡电机端子的外部矩形轮廓，模板匹配时优选允许发卡电机端子实际的外部轮廓带圆角或带缺口，如此，可有效提高算法的鲁棒性。待得到两个矩形后，分别求出两个矩形的对称中心P1和P2，则单个发卡电机端子的扫描焊接轨迹的对称中心为P1和P2的中点P0，如图2中所示。
在实际选择时，单个发卡电机端子的扫描焊接轨迹可为矩形、双矩形、椭圆形、一字形、无穷形等，在优选实施例中，扫描焊接轨迹优选为低频椭圆形轨迹加高频正弦轨迹，且实际焊接过程中的扫描焊接轨迹为每个发卡电机端子的扫描焊接轨迹的组合，依次完成待加工发卡电机工件上所有端子的扫描焊接。
(2)设置OCT检测模块，采用OCT检测技术对端子焊前三维形貌进行测量，并判断端子的形貌是否存在缺陷；若存在缺陷，则进行报警，若不存在缺陷，则根据测量结果调整焊接***的离焦量、焊接功率和扫描轨迹；
由于发卡电机端子的材质为铜线，在焊接过程中往往存在对激光有较高的反射率的问题，因此需要对发卡电机端子进行三维形貌测量，从工艺调控的角度减缓加工过程中存在的高反射率的问题。
在优选实施例中，发卡电机端子的三维形貌测量采用OCT检测模块来完成，利用OCT扫描成像技术对发卡电机的每一个端子进行快速扫描，得到发卡电机每一个端子的三维形貌信息，包括其外形尺寸及高度，从而针对性的调控激光焊接***在加工每一个端子时的焊接功率和离焦量，并对应调整激光焊接***焊接端子时的扫描轨迹。
具体地，工艺参数的调控依据以下方法进行：
通过控制OCT检测模块获取发卡电机端子的外形尺寸和高度信息，以此确定单个发卡电机端子的扫描范围。由于发卡电机端子的表面并非均为平面，因此，需要实时控制焊接过程中激光焊接***与端子表面的离焦量，其调节的量由端子高度信息给出。同时，为了保证发卡电机端子的熔深相同，需要根据端子的高度信息实时调节焊接过程中的激光功率。
在实际进行焊接时，激光功率与发卡电机端子的高度呈现出图3中所示的关系。其中，以端子最低的平面为0点参考，随着发卡电机端子的高度变化，对应高度位置处的激光功率在Pmin与Pmax间变化。
(3)在焊接作业开始后，通过OCT检测模块对焊接过程中的匙孔深度和熔池成型情况进行测量；
在焊接开始后，利用OCT检测模块实时监测发卡电机端子的焊接匙孔深度，避免加工过程中因环境等因素引起的焊接过程不稳定，若监测到焊接熔深出现异常波动或熔深达不到标准，则实时反馈并闭环控制激光焊接***的焊接工艺参数，保证成型质量，确保发卡电机端子焊接的一致性及合格的导电率。此外，在实际作业时，优选通过调节焊接功率和离焦量的方式来保证每个发卡电机端子的焊接成型质量。
在优选实施例中，焊接功率的具体调控过程依据以下逻辑进行：
由于焊接过程中的匙孔深度变化较为剧烈，导致焊接过程中无法实时控制匙孔深度固定在某个稳定的值，因此，在实际作业时，只需保证匙孔深度的变化在一定范围内即可。若焊接过程中的匙孔深度明显低于此区间范围，则应实时增加焊接功率，反之亦然。
相应地，焊接功率的增量ΔP优选以下式给出，
Figure BDA0003870183030000061
式中，d为当前匙孔深度；P为当前激光功率；d0为匙孔深度区间范围的端点值，当d小于区间范围的最小值时，d0为区间范围的最小值，当d大于区间范围的最大值时，d0为区间范围的最大值。
进一步地，在焊接过程中，控制OCT检测模块对熔池形状进行监测。由于熔池大小往往对焊接成型质量产生较大的影响，因此需实时监测焊接过程中的熔池形状，若熔池大小达不到焊接标准和/或熔池形状怪异，则需要实时反馈并调控焊接工艺参数。
在优选实施例中，优选通过调节激光焊接***的扫描轨迹及焊接速度的方式保证焊接过程中的熔池形状。实际监测时，焊接过程中的熔池监测主要监测熔池的宽度，熔池的宽度很大程度上决定了焊缝的熔宽，焊接过程中的扫描轨迹调控主要控制的是其高频的正弦振幅A，其值由下式给出：
Figure BDA0003870183030000062
式中，Ap为当前振幅，一般为默认值，优选为2mm；Wp为理想的熔池宽度，W为实际的熔池宽度。
同时，根据焊接扫描轨迹的不同也可选择不同的调控焊接速度v，其值由下式给出：
Figure BDA0003870183030000071
式中，vp为默认焊接速度。
(4)在焊接作业完成后，通过OCT检测模块进行焊后的端子形貌检测，查看端子成型的质量，判断端子焊接加工后是否存在缺陷；若判断存在缺陷，则进行报警；若没有发现缺陷，则检测过程和端子焊接加工过程结束。
实际作业时，控制OTC检测模块主要测量焊后的成型形状并判断是否存在漏焊的情况。其中，对于判断端子形状是否合格，在优选实施例中，采用表面轮廓与理想轮廓对比的方式进行端子成型质量的判定，若实际轮廓与理想轮廓差值最大值超过2mm，则判定成型不合格，需要进行补焊等操作。
此外，在所有发卡电机端子焊接完成后，还优选由生产管理***统计焊接完成后的成良率，记录焊接成型不良的端子对应的焊前形貌信息、焊中焊接工艺参数信息和焊后成型形貌信息，分析焊接成型不良的原因，从而优化工艺过程及焊接工艺参数，将焊接全过程的控制、检测、统计形成完整的闭环。
本发明中的发卡电机端子焊接质量控制方法，其步骤简单，控制便捷，能够在发卡电机端子焊接前、焊接中、焊接后对电机工件及端子的状态进行监测，保证各个环节中工件及端子的状态满足实际高质量加工的需求，实现对焊接过程闭环控制的同时，提高了焊接产品的成良率和加工效率，降低了发卡电机的加工成本，具有较好的实用价值和应用前景。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发卡电机端子焊接质量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)设置CCD成像模块，由其进行工件及工件上端子的焊前平面位置测量，确定激光焊接***的扫描焊接轨迹；
(2)设置OCT检测模块，由其对端子焊前三维形貌进行测量，判断端子的形貌是否存在缺陷，并在判断出不存在缺陷时调增激光焊接***的离焦量、焊接功率和扫描轨迹；
(3)在焊接进行时，通过OCT检测模块对焊接过程中的匙孔深度和熔池成型情况进行测量，并根据测量结果调整激光焊接***的焊接工艺参数，调控激光焊接***的扫描轨迹和扫描速度；
(4)在焊接完成后，控制所述OCT检测模块进行端子形貌检测，判断发卡电机端子的成型质量。
2.根据权利要求1所述的发卡电机端子焊接质量控制方法，其特征在于，在步骤(1)中，工件和工件上端子的定位方法为矩形模板匹配方法，包括如下过程：
采用矩形模板匹配发卡电机端子的外部矩形轮廓，待得到两个矩形后，分别求出两个矩形的对称中心P1和P2，则单个发卡电机端子的扫描焊接轨迹的对称中心为P1和P2的中点P0。
3.根据权利要求2所述的发卡电机端子焊接质量控制方法，其特征在于，单个端子的扫描焊接轨迹为矩形、双矩形、椭圆形、一字形或者无穷形；或者
单个端子的扫描焊接轨迹为低频椭圆形轨迹加高频正弦轨迹。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的发卡电机端子焊接质量控制方法，其特征在于，在步骤(2)中，端子焊前三维形貌信息包括端子外形尺寸和端子高度；且利用上述信息调控激光焊接***工艺参数的过程为：
利用端子焊前三维形貌信息确定单个发卡电机端子的扫描范围，实时控制焊接过程中激光焊接***与端子表面的离焦量，且其调节的量由端子高度信息给出；同时，根据端子的高度信息实时调节焊接过程中的激光功率。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的发卡电机端子焊接质量控制方法，其特征在于，在步骤(3)中，检测到实时匙孔深度后，调整激光焊接***的焊接功率的方法如下：
设定焊接过程中匙孔深度的区间范围；当焊接过程中的匙孔深度超出该区间范围时，其焊接功率的增量ΔP以下式得出，
Figure FDA0003870183020000021
式中，d为当前匙孔深度；P为当前激光功率；d0为匙孔深度区间范围的端点值，当d小于区间范围的最小值时，d0为区间范围的最小值，当d大于区间范围的最大值时，d0为区间范围的最大值。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的发卡电机端子焊接质量控制方法，其特征在于，熔池成型情况的测量通过熔池的宽度测量来判断，且焊接过程中的扫描轨迹调控通过控制高频的正弦振幅A来实现，其值由下式得出：
Figure FDA0003870183020000022
式中，AP为当前振幅，Wp为理想的熔池宽度，W为实际的熔池宽度。
7.根据权利要求9所述的发卡电机端子焊接质量控制方法，其特征在于，根据焊接扫描轨迹的不同对应调控焊接速度v，其值由下式给出：
Figure FDA0003870183020000023
式中，vp为默认焊接速度。
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