本發(fā)明涉及電阻點(diǎn)焊質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于超聲導(dǎo)波的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、電阻點(diǎn)焊屬于壓力焊的一種，焊接時(shí)被焊工件由兩電極夾持，通電后電流流經(jīng)工件產(chǎn)生大量電阻熱，當(dāng)電阻熱達(dá)到一定程度時(shí)接觸面材料被加熱達(dá)到塑性狀態(tài)或熔化，從而形成焊點(diǎn)使板材連接在一起。電阻點(diǎn)焊由于成本低、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于軌道客車、船舶及航空航天等領(lǐng)域。而焊接過(guò)程中，點(diǎn)焊通電時(shí)間短、焊接電流大并且熔核封閉不可見，難以直接觀測(cè)，容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，故對(duì)點(diǎn)焊接頭進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)是十分重要的。點(diǎn)焊未焊透是最危險(xiǎn)的缺陷，因此點(diǎn)焊熔核尺寸符合要求是成為合格點(diǎn)焊接頭的重要條件。

2、常用的電阻點(diǎn)焊檢測(cè)方法有兩種，一種是破壞性檢測(cè)，一種是無(wú)損檢測(cè)。破壞性檢測(cè)能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)點(diǎn)焊熔核，但檢測(cè)具有隨機(jī)性，不能對(duì)所有點(diǎn)焊接頭進(jìn)行檢測(cè)，且會(huì)造成材料的浪費(fèi)；無(wú)損檢測(cè)包括焊后無(wú)損檢測(cè)和基于焊接過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)，焊后無(wú)損檢測(cè)反饋較慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)接頭質(zhì)量在線檢測(cè)與控制，而基于焊接過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接電流、電極壓力、動(dòng)態(tài)電阻等信息，雖然可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊質(zhì)量評(píng)估，但是電阻點(diǎn)焊是一個(gè)多變量耦合的非

3、線性復(fù)雜過(guò)程，該方法不能全面準(zhǔn)確地評(píng)估焊接質(zhì)量，因此建立點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)評(píng)估模型是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于超聲導(dǎo)波的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的不能全面準(zhǔn)確的評(píng)估點(diǎn)焊質(zhì)量的問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)焊過(guò)程所有焊點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并保證了監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，確保了電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量要求。

2、本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、基于超聲導(dǎo)波的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)采集超聲導(dǎo)波信號(hào)，獲取超聲導(dǎo)波信號(hào)的特征值，采用主成分分析法降維得到主成分變量，再將主成分變量作為支持向量機(jī)的輸入樣本得到點(diǎn)焊熔核直徑回歸預(yù)測(cè)模型；包括如下步驟：

4、步驟1、對(duì)電阻點(diǎn)焊進(jìn)行在線檢測(cè)，采集超聲導(dǎo)波信號(hào)；

5、采用4組超聲導(dǎo)波探頭，間隔45°分別固定在待焊試件的上層板，4組超聲導(dǎo)波探頭在點(diǎn)焊過(guò)程中同時(shí)發(fā)射和接收超聲導(dǎo)波信號(hào)；一個(gè)超聲導(dǎo)波激勵(lì)探頭和一個(gè)超聲導(dǎo)波接收探頭構(gòu)成一組超聲導(dǎo)波探頭；

6、工業(yè)計(jì)算機(jī)控制超聲導(dǎo)波激勵(lì)探頭和超聲導(dǎo)波接收探頭發(fā)射和接收導(dǎo)波信號(hào)，焊接過(guò)程中，每隔0.002s采集一次超聲導(dǎo)波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理；

7、步驟2、提取超聲導(dǎo)波信號(hào)的特征量，并進(jìn)行歸一化處理：

8、選取單個(gè)超聲導(dǎo)波的5個(gè)特征量ai，即最大幅值a1、波形指標(biāo)a2、脈沖指標(biāo)a3、裕度指標(biāo)a4、峭度a5；

9、選取每組超聲導(dǎo)波探頭每10ms所接收到的n個(gè)超聲導(dǎo)波信號(hào)，并進(jìn)行特征提取，計(jì)算每組所提取的所有超聲導(dǎo)波的5個(gè)特征量的均值μi、標(biāo)準(zhǔn)差σi和方差，根據(jù)公式（1）（2）（3）可以得到每組超聲導(dǎo)波信號(hào)的特征矩陣，用b表示，如公式（4）所示：

10、

11、此時(shí)，每個(gè)電阻點(diǎn)焊焊件的4組超聲導(dǎo)波信號(hào)特征量用公式（5）表示：

12、

13、歸一化處理包括：對(duì)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行z-score標(biāo)準(zhǔn)化，即把原始數(shù)據(jù)映射到標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，求出原始數(shù)據(jù)集的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，經(jīng)過(guò)下公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

14、

15、步驟3、通過(guò)主成分分析法降低數(shù)據(jù)的維數(shù)：

16、將歸一化處理后的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，得出對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)矩陣；

17、對(duì)計(jì)算出的相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行降維操作，即采用主成分分析法進(jìn)行降維處理得到主成分變量；

18、獲取經(jīng)過(guò)主成分分析法計(jì)算出來(lái)的特征向量與特征向量累計(jì)方差，根據(jù)累計(jì)方差的累計(jì)貢獻(xiàn)率超過(guò)95％的前幾位特征向量作為之后操作的支持向量機(jī)的輸入量，這樣就實(shí)現(xiàn)了的降維；

19、主成分分析之后篩選的數(shù)據(jù)集合為,隨機(jī)選擇80%的數(shù)據(jù)集合構(gòu)成訓(xùn)練樣本，剩余的數(shù)據(jù)作為測(cè)試樣本。

20、步驟4、構(gòu)建點(diǎn)焊熔核直徑預(yù)測(cè)模型：

21、用焊點(diǎn)熔核直徑作為點(diǎn)焊質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用支持向量機(jī)預(yù)測(cè)點(diǎn)焊熔核直徑，將主成分變量作為輸入樣本，以點(diǎn)焊熔核直徑作為期望輸出，計(jì)算出預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

22、本發(fā)明的有益效果在于：針對(duì)點(diǎn)焊質(zhì)量評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了基于超聲導(dǎo)波的點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)對(duì)參數(shù)的取樣有效降低對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，同時(shí)通過(guò)采用svr算法，相較于其他的算法大大的提高了計(jì)算精度，并且相較于普通的焊后無(wú)損檢測(cè)，節(jié)約了時(shí)間成本，提高了檢測(cè)效率。

技術(shù)特征：

1.一種基于超聲導(dǎo)波的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：通過(guò)采集超聲導(dǎo)波信號(hào)，獲取超聲導(dǎo)波信號(hào)的特征值，采用主成分分析法降維得到主成分變量，再將主成分變量作為支持向量機(jī)的輸入樣本得到點(diǎn)焊熔核直徑回歸預(yù)測(cè)模型；包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：步驟1所述的對(duì)電阻點(diǎn)焊進(jìn)行在線檢測(cè)，采集超聲導(dǎo)波信號(hào)，具體是：采用4組超聲導(dǎo)波探頭，間隔45°分別固定在待焊試件的上層板，4組超聲導(dǎo)波探頭在點(diǎn)焊過(guò)程中同時(shí)發(fā)射和接收超聲導(dǎo)波信號(hào)；工業(yè)計(jì)算機(jī)控制超聲導(dǎo)波探頭發(fā)射和接收導(dǎo)波信號(hào)，焊接過(guò)程中，每隔0.002s采集一次超聲導(dǎo)波信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：步驟3所述的通過(guò)主成分分析法降低數(shù)據(jù)的維數(shù)，具體是：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：步驟4所述的構(gòu)建點(diǎn)焊熔核直徑預(yù)測(cè)模型，具體是：用焊點(diǎn)熔核直徑作為點(diǎn)焊質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用支持向量機(jī)預(yù)測(cè)點(diǎn)焊熔核直徑，將主成分變量作為輸入樣本，以點(diǎn)焊熔核直徑作為期望輸出，計(jì)算出預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于超聲導(dǎo)波的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)方法，屬于電阻點(diǎn)焊質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。首先對(duì)初始導(dǎo)波信號(hào)進(jìn)行處理得到與熔核尺寸相關(guān)的特征量，再對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，然后通過(guò)主成分分析法降維得到k個(gè)主成分變量，接著采用交叉驗(yàn)證法得到模型最優(yōu)參數(shù)，進(jìn)而得到一個(gè)函數(shù)模型。最后用訓(xùn)練得到支持向量機(jī)參數(shù)的k個(gè)主成分指標(biāo)輸入模型，得出下一采樣點(diǎn)的點(diǎn)焊熔核直徑尺寸。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)焊熔核的在線監(jiān)測(cè)，確保了點(diǎn)焊接頭的質(zhì)量。大大提高了計(jì)算精度，并且節(jié)約了時(shí)間成本，提高了檢測(cè)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：谷曉鵬,魏瑤瑤,董娟,徐國(guó)成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10