（车辆工程专业论文）基于电极位移曲线的车身点焊故障监测与智能控制方法研究.pdf

k ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo f d o c t o ro fe n g i n e e r i n gs c i e n c e m o n i t o r i n ga n di n t e l l i g e n t c o n t r o lo f p r o c e s sf a u l ti ns p o tw e l d i n g b a s e do n e l e c t r o d ed i s p l a c e m e n tc u r v e b y z h a n gy a n s o n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rc h e n g u a n l o n g s u b j e c t ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g s p e c i a l t y ： a u t o m o t i v ee n g i n e e r i n g 睁 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 黜一躲? 眨姜衫 日期：2 0 0 5 年3 月31 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密d 在至年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：疋墨托 日期：2 0 0 5 年3 月3 1 日 指剥撇：联叁 日期：2 0 0 5 年3 月3 1 日 基于电极位移曲线的车身点焊故障监测 与智能控制方法研究 摘要 电阻点焊工艺是薄板连接的一项关键技术，在轿车车身装配过程中 占有举足轻重的地位。良好的点焊质量不仅有利于轿车的安全性和可靠 性，还将改善轿车车身外观质量及装配精度。虽然无损检测技术和焊后 破坏性实验可以在一定程度上保证焊点质量，但目前小样本抽样检测和 焊后检验的滞后性并不能确保每一辆车身焊接接头的合格率都达到要 求，不得不增加大量冗余焊点。其主要原因是围绕车身点焊故障的焊点 质量监测与控制研究还不够深入和全面，传统的恒流控制方法难以补偿 点焊故障引起的焊点质量波动等。因此，研究新型的点焊故障监测与质 量控制方法具有重要意义和工程价值。信号检测技术、智能控制理论和 伺服焊枪等新型焊接设备的发展为实现点焊质量控制奠定了基础。 本文以车身点焊故障为研究对象，从点焊质量监测和控制角度出发， 首先建立点焊故障与熔核尺寸的响应面模型和伺服焊枪点焊试验系统， 拳，基于电极位移曲线的点焊质量控制提供研究的理论依据和实验基础； 1 一噎过焊接规范参数与电极位移曲线的动态神经网络模型，获取电极位移 簟 ： t 1 线，作为点焊质量监测与控制的输入变量；提出基于电极位移曲线特 征属性的点焊故障判别方法，获得不同故障对应的电极位移特征值及控 制规则；最后，建立面向点焊故障的模糊神经网络控制模型，确定不同 故障的焊接电流调整策略，补偿点焊故障引起的焊点质量波动。根据以 上的研究思路，本文的主要研究内容如下： 1 建立点焊故障影响因素与熔核尺寸的响应面模型 i 采用部分因子试验确定焊点质量显著影响因子，遴选车身点焊过程 故障影响因素。基于标准中心复合设计形成特征样本点建立点焊故障与 熔核尺寸的线性模型，在此基础上，使用可旋转中心复合设计追加样本 点，拟合二阶响应面模型。利用响应面模型，分析点焊故障对熔核长大 过程和熔核尺寸大小的影响规律，揭示点焊故障对焊点质量的影响机理， 为点焊故障的监测和控制提供研究的理论依据。 2 伺服焊枪点焊试验系统与动态神经网络模型建立_ 集成伺服焊枪、机器人和焊接控制器的点焊试验系统。通过伺服焊 枪初始化设置和编程操作，确定点焊焊接规范参数。分析不同焊接规范 参数的电极位移曲线变化规律，利用伺服焊枪的反馈特性，实现点焊过 程故障的在线检测。应用动态神经网络理论，建立焊接电流与电极位移 曲线的非线性映射模型，获取点焊过程的电极位移曲线。通过样本训练 和具体实例，验证动态神经网络性能。为基于电极位移曲线的点焊故障 控制提供输入监控变量。 3 提出基于电极位移曲线特征属性的点焊故障判别方法 采用多元回归方法确定电极位移曲线的特征属性。提出基于事例推 理的车身点焊故障判别方法。通过相似优先比矩阵的案例检索方法和基 于遗传算法的特征权值优化方法，实现与已有点焊故障实例最匹配的当 前点焊故障判别，并根据电极位移曲线特征属性加以保存以形成新的故 障实例库，为基于电极位移曲线的点焊控制提供相应的特征值和控制规 则。 4 建立点焊质量的模糊神经网络控制模型 “ 引入模糊神经网络控制理论，构造m a m d a n i 型推理系统结构，确定 p 系统输入和输出变量及相应的隶属度函数和控制规则，应用b p 算法进行 样本训练和学习，确定各神经元之间的连接权值和阈值，以最小的网络 结构和最少训练次数获得满意的误差精度。最后，建立基于电极位移曲 线的模糊神经网络控制模型，确定不同故障的焊接电流调整策略。仿真 研究和试验验证表明：该模型能很好补偿点焊故障引起的焊点质量波动。 本文在对伺服焊枪点焊过程故障的监测与智能控制研究中做出了以 下具有创造性的工作： 1 构造伺服焊枪点焊试验系统，利用伺服焊枪特性在线检测点焊故障。 ： 为基于电极位移曲线的点焊故障监测与控制奠定实验基础。 2 建立焊接规范参数与电极位移曲线的动态神经网络模型。实现焊接 规范与电极位移曲线之间的非线性映射关系，获得实时电极位移曲 线，解决以前需通过大量试验和数值模拟才能获得电极位移曲线的 瓶颈问题。 鼍 3 提出基于电极位移曲线特征量的点焊故障判别方法。确定表征电极 位移曲线的特征变量，将案例推理方法用于车身点焊过程故障判别， 采用基于相似优先比矩阵的案例检索方法和基于遗传算法的特征权 值优化方法，实现基于电极位移曲线特征属性的点焊故障监测。 4 建立基于电极位移曲线的模糊神经网络控制系统模型。通过对电极 位移曲线特征量隶属度函数的研究和调整，配合神经网络对控制规 则的无级拟合，确定不同点焊故障的焊接电流调整策略，解决传统 恒流控制方法对点焊故障引起焊点质量控制精度不足等问题。 实验和研究表明：本文提出的车身点焊过程故障监测和智能控制方 法，可为进一步提高车身点焊质量和基于多参数伺服焊枪点焊质量实时 控制提供理论指导和实验支持。 参： j ：关键词车身，伺服焊枪，点焊故障，电极位移曲线，模糊神经网络控 制 i l l m o n i t o r i n ga n di n t e l l i g e n tc o n t r o lo fp r o c e s s f a u l ti nr e s i s 础c es p o tw e l d i n gb a s e do n 爷 e l e c t r o d ed i s p l a c e m e n tc u r v e a b s t r a c t r e s i s t a n c es p o t w e l d i n g ( r s w ) i sw i d e l yu t i l i z e d a saj o i n i n g t e c h n i q u e f o r a u t o m o b i l es t r u c t u r ed u et of l e x i b i l i t y , r o b u s t n e s sa n dh i g h s p e e do fp r o c e s sc o m b i n i n g w i t hv e r yh i 曲q u a l i t yj o i n t sa tv e r yl o wc o s t t h eq u a l i t yo ft h er s ww e l d sd e t e r m i n e s t h es a f e t y , r e l i a b i l i t ya n da s s e m b l yp r e c i s i o no ft h ea u t o m o b i l eb o d y t h e r e f o r e ，t h eq u a l i t y o ft h ew e l d si sv e r yi m p o r t a n tt ot h es t r e n g t ha n dq u a l i t yo ft h ea u t o m o b i l e i ti sd i f f i c u l tt o d e t e r m i n et h eq u a l i t yo fr s w 、析t l ln o n - d e s t r u c t i v et e s t i n g ( n d t ) c u r r e n tp r a c t i c eo f e v a l u a t i n gw e l dq u a l i t yi ni n d u s t r yi s s t i l ld e s t r u c t i v et e s t i n g as m a l ln u m b e ro fv e h i c l e s t r u c t u r e sh a v et ob ec h i s e l e da p a r te v e r yd a yt oe v a l u a t et h ew e l dq u a l i t yi na u t o m o t i v e a s s e m b l yp l a n t s ，t h ec o n f i d e n c el e v e lo nw e l dq u a l i t yi sc o n s i d e r a b l el o w t or e d u c et h e r i s ko fp a r tf a i l u r e s ，m a n u f a c t n r c r so f t e nr e q u i r et h a tm o r ew e l d sb ep e r f o r m e dt h a nw o u l d b en e e d e di fe a c ho n ew e r er e l i a b l ym a d e t h ep o s s i b l er e a s o ni sn o tt oc o n s i d e rt h e i n f l u e n c eo ft h ep r o c e s sf a u l to nw e l dq u a l i t y c o n v e n t i o n a lc o n s t a n tc u r r e n tc o n t r o l m e t h o dc a nn o tc o m p e n s a t et h e q u a l i t yv a r i a t i o n c a u s e db yp r o c e s sf a u l t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fs i g n a ld e t e c t i o n , i n t e l l i g e n tc o n t r o la n ds e r v og u n t h e r eh a v en e wp r o g r e s s u s e df o rw e l dq u a l i t yc o n t r 0 1 a i m e da tt h ew e l dq u a l i t ym o n i t o ra n dc o n t r o lt h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e dt h ei n f l u e n c e o fp r o c e s sf a u l to nw e l dq u a l i t yi nr s w jt h ef i r s ts t e pi st od e v e l o pt h er e l a t i o n s h i pm o d e l b e t w e e np r o c e s sf a u l ta n dw e l dq u a l i t yu s i n gr e s p o n s es u r f a c em e t h o da n ds e tu p e x p e r i m e n t a ls y s t e hi n c l u d i n gs e r v og u n , r o b o ta n dw e l dc o n t r o l l e r r s mm o d e la n d e x p e r i m e n t a ls y s t e mw i l lp r o v i d et h e o r e t i c a lb a s ea n de x p e r i m e n t a ld a t a t h es e c o n ds t e p i st od e v e l o pt h ed y n a m i cn e u r a ln e t w o r km o d e lb e t w e e nw e l dc u r r e n ta n de l e c t r o d e d i s p l a c e m e n tc u r v ei no r d e rt oa c q u i r et h ed i s p l a c e m e n tc u r v eu n d e r d i f f e r e n tw e l d p a r a m e t e r sa n dp r o c e s sf a u l t t h e nt h i sd i s s e r t a t i o np r o p o s e st h ef a u l td i a g n o s i sm e t h o d b a s e do nd i s p l a c e m e n tc u r v ea t t r i b u t e s t h el a s ts e c t i o nw i l ld e v e l o pt h en e u r o f u z z y i v c o n t r o lm o d e lu s e df o rf a u l tc o n t r o la n da c h i e v et h ea d j u s t e dr u l e so fw e l dc u r r e n t t h e m a i nc o n t e n ta n dr e s u l t so f t l l i sr e s e a r c hi n c l u d e ： 1 d e v e l o pt h er s m m o d e lb e t w e e np r o c e s sf a u l ta n dn u g g e ts i z ei nr s w f i r s t l yd e f i n et h ep r o c e s sf a u l ti ns p o tw e l d i n go fa u t ob o d y t h i sd i s s e r t a t i o na d o p t e d f r a c t i o n a lf a c t o r i a ld e s i g nt oe x a m i n et h es i g n i f i c a n c eo fi n d i v i d u a lp r o c e s sf a u l ta n d d e v e l o p e dt h er s m m o d e lu s i n gr e v i s e dc e n t r a lc o m p o s i t ed e s i g n b a s e do nd e v e l o p e d r s mm o d e lt h ei n f l u e n c em e c h a n i s mo fp r o c e s sf a u l to nw e l dn u g g e ti sa c h i e v e d t h e r e s u l t ss h o wt h a ti ti sn e c e s s a r yt oc o n s i d e r p r o c e s sf a u l ti n r e a lp r o d u c t i o n 2 s e tu ps e r v og u ne x p e r i m e n t a ls y s t e m sa n dd e v e l o pt h ed y n a m i cn e u r a l n e t w o r km o d e l f i r s t l ys e tu ps e r v og u ne x p e r i m e n t a ls y s t e mi n c l u d i n gs e r v og u n ，r o b o ta n dw e l d i n g c o n t r o l l e ra n dp e r f o r mi n i t i a lc o n f i g u r a t i o na n dp r o g r a mo p e r a t i o n w e l d i n gp a r a m e t e r s w i l lb ea c h i e v e df r o mt h i ss y s t e m r e a l i z et h eo n l i n ei n s p e c t i o no ff a u l tc o n d i t i o n s b a s e do nf e e d b a c kc h a r a c t e r i s t i c so fs e r v og u n a n a l y z et h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tw e l d p a r a m e t e r sa n df a u l tc o n d i t i o n so ne l e c t r o d ed i s p l a c e m e n t a p p l yd e v e l o p e dd n n ”m o d e lt oa c q u i r ee l e c t r o d ed i s p l a c e m e n tc u r v e 1 1 1 et r a i n e dd y n a m i cn e t w o r kc a nr e f l e c t t h en o i d i n e a rr e l a t i o n s h i p l a s t l yw ev e r i f yt h ee s t i m a t e dp e r f o r m a n c ec o m p a r e dw i t h a r r e g r e s s i o nm o d e la n dd e t a i l e de x a m p l e s 3 p r o p o s et h ef a u l td i a g n o s i sm e t h o d b a s e do nd i s p l a c e m e n tc u r v ea t t r i b u t e s m u l t i p l er e g r e s s i o nm e t h o di su s e df o rd e v e l o p i n gt h er e l a t i o n s h i pm o d e lb e t w e e n d i s p l a c e m e n tc u r v e sa t t r i b u t ea n dw e l dq u a l i t y u s ec a s e b a s e dr e a s o n i n g ( c a r ) m e t h o dt oi n f e rt h ep r o c e s sf a u l ti nr s w as i m i l a r i t yp r i o r i t ym e t h o di si n t e g r a t e dt o r e a l i z em o r ea c c u r a t ea n de f f i c i e n tc a s er e t r i e v a l o p t i m a la t t r i b u t ew e i g h ti sa c h i e v e d b yg e n e t i ca l g o r i t h m s ( g a ) p r o p o s e dd i a g n o s i sm e t h o di sa p p l i e df o rf a u l tc o n d i t i o n m o n i t o r i n ga n dp r o v i d e sc o r r e s p o n d i n ga t t r i b u t er u l e sa n dc o n t r o lr u l e sf o rw e l dq u a l i t y c o n t r o lb a s e do ne l e c t r o d ed i s p l a c e m e n tc u r v e 4 d e v e l o i ) t h en e u r o f u z z yc o n t r o lm o d e lu s e df o rf a u l tb o n t r o l p r o p o s es p o tw e l dq u a l i t yc o n t r o lp r i n c i p l eb a s e do ne l e c t r o d ed i s p l a c e m e n tc u r v ea n d c l a r i f yt h ea p p l i e db a c k g r o u n do fn e u r o - f u z z yc o n t r o lm e t h o d d e v e l o pam a m d a n i i n f e r e n c es t r u c t u r ea n dd e t e r m i n ei n p u t ，o u t p u tp a r a m e t e r sa n dc o r r e s p o n d i n g m e m b e r s h i pf u n c t i o na n dc o n t r o lr u l e s t h ew e i g h t e dv a l u e sa n dt h r e s h o l dv a l u e sa r e v a c h i e v e db yb pa l g o r i t h m s t h ew e l dc u r r e n ta d j u s t e ds t r a t e g yo fp o o rf i t - u pf a u l ta n d e l e c t r o d ew e a l i sd e t e r m i n e db a s e do nn e u r o f u z z ym o d e l s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t d e v e l o p e dc o n t r o ls y s t e mc a nc o m p e n s a t ew e l dq u a l i t yv a r i a t i o nc a u s e db yp r o c e s s f a u l t b a s e do nt h ee x i s t i n gr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa n dp r a c t i c a le n g i n e e r i n ge x p e r i e n c e ， t h i sd i s s e r t a t i o np u tf o r w a r df o l l o w i n gc r e a t i v i t yw o r kw h i c hf o c u s e do nm o n i t o r i n ga n d c o n t r o lo f p r o c e s sf a u l t ： 1 f i r s t l yr e a l i z e t h eo n l i n e i n s p e c t i o n o fp r o c e s sf a u l t u s i n gs e r v eg u nf e e d b a c k c h a r a c t e r i s t i c s d e v e l o p e ds e r v og u ne x p e r i m e n t a ls y s t e mc a l l a c q u i r e e l e c t r o d e d i s p l a c e m e n tc u r v ea n dp r o v i d ee x p e r i m e n t a le n v i r o n m e n tu s e df o rm o n i t o r i n ga n d c o n t r o lo f p r o c e s sf a u l t 2 d e v e l o pt h ed y n a m i cn e u r a ln e t w o r km o d e lb e t w e e nw e l dc u r r e n ta n de l e c t r o d e d i s p l a c e m e n tc u r v et og e n e r a t ee l e c t r o d ed i s p l a c e m e n ta n dv e l o c i t ya l saf u n c t i o no f w e l d i n gt i m e p r o p o s e da p p r o a c hw a st a k e nt op r e c l u d et h en e e df o rap r e c i s em o d e lo f c o m p l e xp h y s i c si n v o l v e di n t h ep r o c e s sa sw e l la st oc i r c u m v e n tt h en e e df o r e x p e r i m e n t a l l yg e n e r a t e dc u r v e so f e l e c t r o d ed i s p l a c e m e n tf o re a c h j o i n t 3 p r o p o s et h ef a u l td i a g n o s i sm e t h o db a s e do nd i s p l a c e m e n tc u r v ea t t r i b u t e s c a s e - b a s e d r e a s o n i n g ( c b r ) m e t h o di sa p p l i e df o ri n f e r r i n gp r o c e s sf a u l t d e v e l o pac a s e r e t r i e v a lm e t h o db a s e do ns i m i l a r i t yp r i o r i t ym a t r i xa n dw e i g h to p t i m i z e da l g o r i t h mb y g a p r o c e s sf a u l tm o n i t o ri sp e r f o r m e db a s e do ne l e c t r o d ed i s p l a c e m e n ta t t r i b u t e s 4 d e v e l o pn e u r o - f u z z yc o n t r o lm o d e lb a s e do nd i s p l a c e m e n tc u r v e a f t e rs t u d i e da n d a d j u s t e do nt h em e m b e r s h i pf u n c t i o n ，c o o p e r a t e dw i t ha p p r o x i m a t e dc o n t r o lr u l eu s i n g a n n ，t h eo p t i m a lw e l d i n gc u r r e n ta d j u s t e ds t r a t e g yi sa c h i e v e d p r o p o s e dc o n t r o l a p p r o a c hc a l lc o m p e n s a t et h eq u a l i t yv a r i a t i o nn o tb yc o n s t a n tc u r r e n tm e t h o d i ng e n e r a l ，p r o p o s e dm o n i t o ra n dc o n t r o la p p r o a c hc o n s i d e r i n gp r o c e s sf a u l tc a r l p r o v i d et h e o r e t i c i a li n s t r u c t i o na n de x p e r i m e n t a le n v i r o n m e n tf o rf b | 似rw e l d ( 叫i 够 r e s e a r c h k e yw o r d s ：a u t ob o d 弘s e r v og u n ，p r o c e s sf a u l t ，e l e c t r o d ed i s p l a c e m e n t c u r v e ，n e u r o f u z z yc o n t r o l v i 目录 摘要i a b s t r a c t 第一章绪论1 1 1 研究背景、意义及课题来源1 1 1 1 研究背景l 1 1 2 研究意义2 1 1 3 课题来源2 1 2 车身点焊故障影响因素和焊点质量控制方法研究综述3 1 2 1 车身电阻点焊故障影响因素的研究4 1 2 2 基于电极位移曲线的点焊质量控制7 1 2 3 电阻点焊过程的智能控制方法研究9 1 3 目前研究存在的问题1 3 1 4 本文研究内容和章节安排1 4 1 4 1 研究内容1 4 1 4 2 章节安排1 5 第二章点焊故障影响因素与焊点质量的响应面模型1 7 2 1 引言1 7 2 2 典型的车身点焊故障影响因素1 7 2 2 1 电极错位1 7 2 2 2 工件不合理匹配2 0 2 2 3 边缘焊2 1 2 2 4 电极磨损2 l 2 3 点焊过程故障与熔核尺寸的响应面模型2 2 2 3 1 几种重要的试验设计技术及比较! 2 3 2 3 2 响应面法2 6 2 3 3 点焊故障与熔核尺寸的响应面方程2 7 2 4 结果分析和讨论3 4 2 5 本章小结3 5 v i i 第三章伺服焊枪点焊试验系统与点焊故障在线检测技术3 6 3 1 引言3 6 3 。2 伺服焊枪特性分析3 6 3 3 伺服焊枪点焊试验系统建立3 8 3 3 1 伺服焊枪、机器人和焊接控制器集成3 8 3 3 2 程序初始化4 0 3 3 3 点焊编程操作4 1 3 4 点焊过程故障的在线检测实例4 3 3 4 1 伺服焊枪系统精度分析4 3 3 4 2 工件不合理匹配检测4 5 3 4 3 电极磨损检测4 6 3 5 本章小结4 7 第四章焊接规范参数与电极位移曲线的动态神经网络模型4 8 4 1 引言4 8 4 2 电极位移曲线的采集与分析4 8 4 2 1 电极位移热膨胀法4 8 4 2 2 电极位移曲线采集4 9 4 2 3 不同焊接规范参数的电极位移曲线5 2 4 3 基于动态神经网络的电极位移曲线确定5 4 4 3 1 动态神经网络拓扑结构建立5 5 4 3 2 多层前向网络的结构学习算法5 7 4 3 3 动态神经网络的训练6 l 4 3 4 动态神经网络的测试与性能评价6 3 4 4 应用实例6 5 4 5 本章小结6 6 第五章基于电极位移曲线特征属性的点焊故障判别方法6 7 5 1 引言6 7 5 2 事例推理方法6 7 5 2 1 几种不同的知识获取方法及比较6 7 5 2 2 事例推理的基本过程6 8 5 2 3 基于相似优先比矩阵的案例检索6 9 v i i i 辱 5 2 4 基于遗传算法的特征权值优化7 3 5 3 基于实例推理的点焊故障判别7 7 5 3 1 电极位移曲线特征属性确定7 8 5 3 2 点焊故障的案例检索过程8 0 5 3 3 实验验证8 1 5 4 本章小结8 4 第六章点焊质量的模糊神经网络控制模型8 5 6 1 引言8 5 6 2 基于电极位移曲线的点焊质量控制原理8 5 6 3 点焊过程故障的模糊神经网络控制系统8 6 6 3 1 采用模糊神经控制方法的理论依据8 7 6 3 2m a m d a n i 型模糊推理网络8 8 6 3 3 控制系统变量9 0 6 3 4 控制规则选取9 3 6 3 5 训练结果分析9 5 6 4 实验验证9 5 6 5 本章小结1 0 0 第七章全文总结1 0 l 7 1 主要研究内容和结论1 0 1 7 2 本文的创新点1 0 2 7 3 本文的不足之处及迸一步研究展望1 0 3 参考文献1 0 4 致谢1 1 2 攻读博士学位期间发表的学术论文1 1 3 i x 上海交通大学博士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景、意义及课题来源 1 1 1 研究背景 自1 8 7 7 年e l i h ut h o m s o n 发明电阻点焊技术以来，点焊以其高效率、低成本的 突出优点广泛应用于大批量薄板冲焊结构生产中，如轿车车身、航空航天、家用电器 等。点焊工艺在轿车车身装配过程中所占的比重极大，是车身制造中的一项关键技术， 大量的车身零件连接都是采用电阻点焊技术完成的。良好的点焊质量不仅有利于轿车 的安全性和可靠性，还将改善轿车车身外观质量及装配精度。因此，点焊在车身制造 装配过程中占有举足轻重的地位。 尽管电阻点焊技术已经被应用了数十年，学术界对电阻点焊的不同方面也分别进 ； 行了大量科学研究，取得一些成功的科研成果。但电阻点焊是一个多变量耦合的高度 非线性过程，对点焊过程有影响且在焊接期间难以检测的偶然因素太多，如工件不合 理匹配，电极错位、电极磨损，冷却水流动等点焊故障会不同程度地影响焊点质量， 点焊的形核处于封闭状态，使焊点质量参数( 熔核直径、强度等) 无论在焊接期间还 是在焊后都无法直接观测，因此，点焊接头质量不稳定是世界各国在点焊领域中多年 来共同存在的最突出问题，尤其在生产条件相对恶劣的汽车装配生产线上，这种问题 显得更加突出。 恒流控制法是实际生产中广泛采用的点焊质量控制方法。它的原理是在焊接过程 中，适时测量焊接热量参数值，并与给定值比较，当出现偏差时，调节晶闸管的控制 角，以维持焊接热量参数的恒定。这类方法的优点是简单可靠、易于实现。但是对工 件不合理匹配、电极磨损、电极错位等点焊故障的补偿效果并不显著，即使通过闭环 控制使焊接电流保持恒定，也不能保证产生质量合格的焊接接头。研究采用其它的控 制方法( 电极位移热膨胀、动态电阻等) 来补偿点焊故障引起的焊点质量波动是十分 必要的。电极位移热膨胀法是利用被焊金属在加热熔化时体积发生迅速膨胀，并使电 极产生位移这一现象，利用该位移信号作为点焊质量控制的参数。由于热膨胀直接反 映了熔核的产生及发育情况，同时热膨胀位移与焊点尺寸有着良好的对应关系，电极 位移曲线变化可以监控点焊过程中的故障因素，因而一直受到国内外学者的关注。 目前还缺乏一个统一、有效的点焊质量控制方法来监测和控制点焊过程故障。无 损检测技术在点焊质量检测方面的应用还不成熟，当今工业生产中仍旧使用破坏性试 验来评估焊点质量，例如，在车身装配线上每天都要将一定数量的总成件凿开来检验 焊点质量，定期小样本抽样检测和焊后检验的滞后性并不能保证每一辆车身焊接接头 的合格率都保持在规定的范围内，为了减少部件失效的危险，提高车体的强度，在实 际生产中，汽车制造商们不得不靠增加焊点的数目来保证焊点强度，这会造成制造成 本的大大增加。因此，研究影响点焊质量的因素并在线保证焊点质量的稳定一直是研 究学者们面临的挑战和追求的目标，本文也正是在此背景下展开相关的研究工作。 上海交通大学博士学位论文 1 1 2 研究意义 尽管点焊有着不可比