Устройство для контроля качества электросварки на корпусах для изготовления банок Советский патент 1993 года по МПК B23K11/24 

Изобретение относится к устройствам ля контроля качества при изготовлении ба- t ок.

Цель изобретения - снижение вероят- t ости ошибок.

На фиг. 1 представлена схема устройства для контроля качества электросварки на корпусах для изготовления банок; на фиг. 2

- схема задатчика параметров сварки; на int. 3 и 4 - графики для разъяснения сущно- сти изобретения; на фиг. 5а, б, в, г - схемы / ля разъяснения осуществляемого с приме- ( ением устройства постоянного контроля качества.

Устройство для контроля качества электросварки на корпусах для изготовления ба- t ок описывается в сочетании с машиной для fоликовой сварки на переменном токе, которая согласно фиг. 1 снабжена хоботом 1, ка котором перемещаются корпуса 2 (на

иг. 1 направо) и при этом свариваются в области продольного шва между установленным на хоботе 1 нижним роликовым

электродом 3 и прижимаемым при помощи пружины 4 верхним роликовым электродом 5. Каждый полупериод сварочного тока приводит к созданию одной сварной точки. В последовательных полупериодах сварный ток имеет попеременно ту и другую полярность.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 6 измерения и преобразования параметров сварки, задатчик 7 параметров сварки и первый блок 8 памяти, а также блок 9 сравнения, первым входом 10 подключенный к блоку 6 измерения и преобразования параметров сварки, вторым входом 11 - к первому блоку 8 памяти, а выходом 12 -через информационную шину 13 к блоку 14 регулирования и сигнализации. Задатчик 7 параметров сварки содержит последовательно соединенные блок 15 определения среднего профиля параметров сварки, второй блок 16 памяти и блок 17 определения полосы допуска, управляющие

ел

с

со со

00

о о

GJ

CJ

входы 18, 19 которого соединены с блоком 20 задания фактора чувствительности.

Блок 14 регулирования и сигнализации содержит печатающее приспособление 21, печатающее результаты сравнения, индикаторное приспособление 22, указывающее результаты сравнения, сигнальную лампу

23. указывающую на наличие качественного (хорошего) корпуса, сигнальную лампу

24. указывающую на наличие некачественного (плохого) корпуса, выбрасыватель 25, подключенный к сигнальной лампе 24, и регулятор 26, предназначенный для корректирующей регулировки измеряемых параметров сварки, если возникает тенденция к отклонению.

Блок 20 задания фактора чувствительности включает неизображенную на фигурах оссациативную память, в которой зарегистрированы факторы чувствительности, через входы 27, 28, блока 20 адресуемые в соответствии с выбранными чувствительно- стями EI, Ј2. Выбираемость чувствительности EI, Ј2 символически изображена потенциометрами 29, 30. Ассоциативную память можно заменить микропроцессорами для вычисления факторов чувствительности.

Устройство работает следующим образом.

На машине, например, на верхнем роликовом электроде 5 согласно фиг. 1 с помощью неизображенных на фигурах датчиков измеряется один или несколько параметров сварки Fp. Параметром сварки Fp может являться, например, сварочный ток, напряжение на месте сварки, произведение этих параметров (мощность/энергия), температура на шве, путь самоустаназливающейся головки, несущей верхний роликовый электрод 5, и т.д. В блоке б каждый параметр сварки Fp обрабатывается с тем, чтобы на каждую сварочную точку i (i означает 1, 2, 3... п) формировалось цифровое числовое значение. Такая обработка может заключаться в том, что электрические сигналы, поступающие от датчиков, фильтруются в целях удаления суперпози- ционированных сигналов помехи. Другая возможность обработки в блоке 6 измеряемых величин заключается в вычислении упомянутого произведения сварочного тока и напряжения и его интегрировании над длительностью одной сварочной точки (точечная энергия). Эти предварительно обработанные таким образом значения имеются в виду, когда в дальнейшем речь идет о параметрах сварки или значениях параметров сварки, или точечных значениях. Отда0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ваемые отдельными датчиками и обработанные вышеописанными методами точечные значения на каждый параметр (энергия, температура и т.д.) исследуются насчет их статического поведения следующим образом.

Сначала из значений параметров сварки Fp блок 15 определяет средний профиль Fm параметров сварки Fp, который регистрируется во втором блоке 16 памяти, На фиг. 3 и 4 он изображен в виде двух различных кривых.

Есть две возможности определения кривых среднего профиля Fm, а именно или путем вычисления арифметического среднего значения абсолютных измеряемых величин, или путем вычисления арифметического среднего значения разности двух последующих измеряемых величин.

На стадии обучения, на которой обычно используется 20-100 корпусов, составляется первая статистика. На каждом корпусе измеряют точку I, а затем образуют среднее значение измеряемых во всех точках I всех корпусов значений параметров сварки, в результате чего получают средние значения Fcpl по длине корпусов от первой точки до точки п (см. фиг. 3 и 4).

Значения параметров сварки имеют нормальное или гауссово распределение. Функция распределения характеризуется средним значением FCp и стандартным отклонением о . Средним значением FCp и стандартным отклонением о гауссова кривая однозначно определена. Стандартное отклонение является мерой того, насколько широко разбросаны измеряемые величины, и ограничивает диапазон, охватывающий 66% всех измеряемых величин. Таким образом, две опорные точки стандартного отклонения (одна из которых расположена в отрицательном направлении с одной стороны среднего значения, а другая - в положительном направлении с другой стороны среднего значения) и среднее значение однозначно определяют гауссова кривую. Для каждой точки i блок 15 постоянно вычисляет Fcpi и (П. Вычисление FCpi осуществляется вышеописанным образом, а именно вычислением арифметического среднего значения. (71 определяется с помощью уравнения

о

Ж-Ь-t (Fp-Fcp,)2. (1)

J 1

где а - стандартное отклонение в точке i:

m - число корпусов, исследуемых на стадии обучения;

j - исследуемый в данном моменте кор- rtyc;

FJ - выборочное значение точки Iкорпу- 4aj:

-ср

л т

M,F

Профиль Fm и профиль стандартных отклонений о регистрируются во втором бло- ia 16 памяти, откуда они вызываются (током 17, который определяет полосу допуска Fg с помощью следующих уравнений:

Fgj+ FCpi + Zi (2)

Fgi- Fcpl -2.2 О,,(3)

(де I - целое число 1, 2, 3...n;

Fgi - предельное значение выбрасывания в точке I сварного шва;

Fcpi - среднее значение параметра сварки в точке I сварного шва;

Zi - фактор чувствительности или обратная мера чувствительности для верхнего предельного значения выбрасывания;

7.2 - фактор чувствительности или обратная мера чувствительности для нижнего предельного значения выбрасывания;

а - стандатное отклонение в точке i сварного шва.

В соответствии с закономерностью нормального распределения существует определенная вероятность превышения предельного значения Fgi+ или Fgi-. В зависимости от величины Z о более или менее часто выбрасываются в основном качественные корпуса. Чем меньше Z а, тем цыше чувствительность устройства на де- екты, однако тем выше и степень выбрасы- пания качественных корпусов.

Ниже для упрощения предполагается диапазон предельных значений выбрасывания, который является симметричным к среднему профилю Fm параметров сварки, .е. EI Ј2 Е и Zi 2.2 Z.

Критерий хорошо/плохо, т.е. качест- пенный или некачественный корпус, выводится из требуемой чувствительности устройства. Чувствительность определяется обслуживающим персоналом тем, что он устанавливает процент корпусов, которые

могут оцениваться как плохие, хотя они в самом деле хорошие, т.е. определяется объективный критерий выбрасывания, в данном случае обозначенный как чувствительность Е. Она определена как число ошибочно выбрасываемых качественных корпусов на миллион. Таким образом, значение чувствительности К 100 означает выбрасывание 100 качественных корпусов на миллион или в среднем ошибочное выбрасывание каждого 10000-го корпуса. В случае сварочной машины, которая в минутном такте изготовляет 600 корпусов, это означает, что каждые 15 мин ошибочнго выбрасывается качественный корпус.

Фактор чувствительности Z является обратной величиной чувствительности Е. Чем больше Z, тем ниже степень чувствительности устройства. Возможные величины Z можно брать из справочника Statistische Methoden und ihre Anwendungen (Статистические методы и возможности их применения, Е. Крейсциг, изд. Ванденхек Рупрехт, г. Геттинген, 2-я неизменная перепечатка 7-го издания, с. 128 и 129).

Из этого источника видно, что (причем вместо ц взято Fm)

примерно95% всех значений находятся между Fm-2 аи Fm + 2 а,

примерно 99,75% всех значений находятся между Fm - 3 о и Fm + 3 о,

примерно 99,9% всех значений находятся между Fm - 3,29 а и Fm + 3,29 а . Следовательно, в этих случаях верно Z 2, Z 3 и Z 3,29 соответственно.

Согласно данным, например, Handbook of Mathematical Functions (Справочник по математическим функциям./Под ред. М. Аб- рамовитц и И. Стегун, изд. Довер Пабликей- шенс. Инк, Нью-Йорк, декабрь 1972, с. 933) Z с хорошим приближением можно вычислять по следующему уравнению:

45

V

л

2 1п(1 -А)

где А- вероятность непревышения предельного значения.

Таким образом, если, например, 99,9999% всех точек находятся в пределах (симметричного) диапазона предельных значений выбрасывния, то А 0,999999, и в результате вычисления получают Z 4,54.

На основе опыта для Z выбирают величину между 3 и 5, предпочтительно 4,54. Последняя величина соответствует 99,9999%, т.е. тому случаю, в котором на миллион сварных точек приходится одна точка, которая ошибочно оценивается как

плохая. Итак, если на одном корпусе для изготовления банки средних размеров находятся 100 сварных точек, то в среднем каждый 10000-й корпус выбрасывается ошибочно.

Блок 17 вызывает адресованную величину Z из блока 20 и затем согласно уравне- ниям (2) и (3) вычисляет диапазон предельных значений выбрасывания, причем соответственные значения FCp вызываются из второго блока 16 памяти. Две вычисленные таким образом кривые предельных значений выбрасывания, сверху и снизу ограничивающие диапазон, на фиг. 3 и 4 обозначены Fg+ и Fg- соответственно. Диапазоны предельных значений выбрасывания Fg+ и Fg- регистрируются в первом блоке 8 памяти, который может быть также интегрирован в блоке 17.

Вышеописанные процессы обработки и оценки данных осуществляются на стадии обучения, например, для 20-100 корпусов, оцениваемых как качественные. Затем, т.е. во время работы сварочной машины, значения параметров сварки обрабатываются как на стадии обучения, но они предпочтительно сразу подаются в блок 9 сравнения, в котором описанным выше методом формиг руется фактический профиль параметров сварки для изготовляемых после окончания стадии обучения корпусов 2. который потом сравнивается с формированным на стадии обучения заданным профилем параметров сварки с тем, чтобы проверить нахождение фактического профиля в рамках диапазона предельных значений выбрасывания Fg+. Блок 9 сравнения отдает блоку 14 зависящий от результата сравнения выходной сигнал.

С учетом того, что определенные механизмы ошибок приводят к тому, что несколько последовательных точек вызывают статистически значимые отклонения, можно определять дальнейшее (более широкие) предельные значения согласно следующему уравнению:

F2-Fm + Z ai,

причем зерно, что сигнал о наличии дефекта отдается лишь в том случае, если F2 превышается при двух последовательных измерениях, РЗ превышается при трех последовательных измерениях и т.д. Отклонения Z о можно определять так, что выбрасывается, например, каждый тысячный качественный корпус. Диапазон предель0

0

ных значений выбрасывания Р2±для F2 изображен на фиг. 3.

В случае наличия двух изохронных критериев (например, раздавливание шва иточечная энергия) существует дальнейшая возможность образования предельных значений, а именно путем определения корреляционного предельного значения FK.

Упрощения процесса статистической оценки можно достичь тем, что для составления статистики оценивают це каждую точку I отдельно (фиг. 3), а участки. Согласно изображенному на фиг. 4 примеру вместо п

5 статистик составляют лишь три статистики, а именно для участков А, В и С, т.е. для начального, среднего и конечного участков корпуса. На каждом участке расположены 10-20 сварных точек, которые для статиче0 ской оденки объединяют в одно среднее значение на участок.

Описанное выше устройство пригодно для постоянного контроля качества, что описывается со ссылкой на фиг, 5а, б, в.

5 После составления на упомянутой предварительной стадии обучения первой статистики качественных корпусов и определения предельных значенпий выбрасывания в течение всего процесса изготовления банок вышеописанным образом продолжается постоянная статистическая оценка определяемых как качественные корпусов. Таким образом, возможно формирование профиля

5 качества.

На фиг. 5а изображена исходная ситуация с малым разбросом и высокой чувствительностью, а именно Е 1000. На фиг. 56 изображена исходная ситуация со средним

0 разбросом и малой чувствительностью, а именно Е 100.

Таким образом, на фиг. 5а и 56 изображены средние значения и разброс средних значений при выбранной чувствительность

5 Е 1000 и Е 100 соответственно. Разброс и чувствительность являются относительными величинами, суть физического значения которых не должен быть известным обслуживающему персоналу. Высокая чувствительность означает более высокую вероятность того, что время от времени выбрасывается и качественный корпус. Большой разброс может иметь разные причины,

5 например низкое качество используемого материала, нестабильную настройку машины, загрязнение машины и т.д.

На фиг. 5в и 5г изображены возможные изменения после изображенного на фиг. 5а исходного положения. На фиг, 5в изображено отклонение измеряемых величин, а на

0

флг. 5г изображены отклоняющееся сред- н гё значение и увеличивающийся разброс, п ичем датчик А дает сигнал тревоги. Чрезмерное отклонение средних значений мо- ет обусловливаться следующими причинами: смещением датчиков А, В в:ледствие обогрева машины, изменением настройки машины или свойств материала.

Изменение разброса может обусловли- ЕЭТЬСЯ следующими причинами: возрастаю- цей степенью загрязнения, ослаблением каких-либо соединений в сварочной машине.

По достижении сигнала тревоги (что на графике согласно фиг. 5г изображено тем, то обозначенные знаками + измеряемые еличины доходят до предела) обслуживающий персонал должен проверять качество родукции. Если качество неизменно высо- о, то нажатием кнопки обучение можно ернуться к ситуации согласно фиг. 5а. В том случае отклонение вызывалось не сни- сающими качество электросварки факторами, например изменением температуры в змерительном приборе. Значение подачи ревоги можно определять, например, так, то оно равно 10-кратному допустимому Ф оценту брака.

Получаемые в течение постоянного кон- роля качества данные обеспечивают авто0

5

0

5

0

магическую регулировку путем дорегули- ровки, например, сварочного тока с помощью регулятора 26 так, что средние значения снова возвращаются в исходное положение согласно фиг. 5а.

Формула изобретения

Устройство для контроля качества электросварки на корпусах для изготовления банок, содержащее последовательно соединенные блок измерения и преобразования параметров сварки, задатчик параметров сварки и первый блок памяти, а также блок сравнения, первым входом подключенный к блоку измерения и преобразования параметров сварки, а выходом - к блоку регулирования и сигнализации, снабженному выбрасывателем негодных изделий, отличающееся тем, что, с целью снижения вероятности ошибок, оно снабжено блоком задания фактора чувствительности, а задатчик параметров сварки содержит последовательно соединенные блок определения среднего профиля параметров сварки, второй блок памяти и блок определения полосы допуска, управляющие входы которого соединены с блоком задания фактора чувствительности, а первый блок памяти соединен с вторым входом блока сравнения.

Сущность изобретения: устройство содержит блок 6 измерения и преобразования параметров сварки, задатчик 7 параметров сварки, содержащий блок определения среднего профиля параметров сварки, второй блок памяти и блок определения полосы допуска, а также первый блок8 памяти, блок 9 сравнения и блок 14 регулирования и сигнализации.-5 ил.

фиг1

/4

21

22

J

-Xg) „хорошо

л/мха

25

76

J.B точкаточка

фиг.З

(pits. 2

13

-hg + / Fa-f;-р2- Pm

-- Fg.

t

длина корпуса

i/. 4

датчик Б

датчик А

датчик Б

датчик А

датчик Б

датчик А

датчик Б