一种基于超声回波特征的焊点质量评价标准建立方法技术

本发明专利技术涉及一种基于超声回波特征的焊点质量评价标准建立方法，其特征在于：步骤1：制作焊点样件；步骤2：对焊点样件进行超声波数据采集；步骤3：数据分析与特征值计算；步骤4：特征值统计与寻优求解；步骤5：有限元仿真与修正；步骤6：利用焊点质量评价标准进行焊点质量评价，一种科学可靠的基于超声回波特征的焊点质量评判标准的建立方法，该方法不仅适用于且适用于不同材料类型、不同厚度焊点质量评价标准的建立，且依据该方法建立的评价标准评判结果精准、准确率高、缺陷识别能力强。

Method for establishing quality evaluation standard of solder joint based on ultrasonic echo characteristic

The invention relates to a method for establishing joint quality evaluation standards based on the features of ultrasonic echo, which is characterized in that: Step 1: the production of solder sample; step 2: ultrasonic data acquisition on weld sample; step 3: data analysis and eigenvalue calculation; step 4: eigenvalue statistics and optimization solution; step 5: Co. simulation and correction; step 6: the weld quality evaluation using the evaluation criteria of solder joint quality, a method of establishing joint quality evaluation standard of ultrasonic echo feature based on scientific and reliable, the method is not only suitable for different types of materials, and is suitable for the evaluation of different thickness of solder joint quality standard, and on the basis of the established evaluation method the standard evaluation results of precision, high accuracy and strong ability to identify defects.

【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术涉及一种焊接质量评价标准的建立方法，尤其涉及一种基于超声回波特征的焊点质量评价标准的建立方法。
技术介绍
目前超声波无损检测方法是焊点质量检测中使用最广泛的无损检测方法，且大多是采用国外超声波检测设备。该类检测设备实现焊点质量检测和缺陷类型判别的基本原理是分析焊点超声回波信号，计算得到量化的与焊点质量联系紧密的回波特征值，再将特征值与一定的评价标准进行比对，对焊点的质量情况和缺陷类型做出判定。但是大多厂家对此类设备还停留在应用层面，较少涉及到其内部评价标准和相应的标准建立方法。没有一套明确的建立超声回波特征与焊点质量映射关系的方法，正是该设备一直无法国产化的重要原因之一。由于超声波检测技术属于无损检测范畴，在焊点质量检测方面具有其独特的优势，因此其应用也越来越广泛，相关领域的技术人员对焊点质量超声波检测方法的研究也越来越多。上海交通大学的王俊强在其发表的论文《基于超声回波特征的电阻点焊接头缺陷识别》中提出了一种基于5个超声回波特征值，利用普通一维统计方法、拉伸试验、金相试验分别建立完好焊点、虚焊接头、小熔核和未焊接头四种缺陷类型与每个特征值的关系，从而建立了一套焊点质量评价标准。文中采用的标准建立方法只能应用于数量较少的焊点样件，其特征值统计方法简单，特征值范围确定的手段不尽合理与精确，且焊点样件中缺陷类型较少，导致其建立的评价标准对缺陷的识别能力和评价准确性不够高。专利号为CN1811335A《点焊融合直径的无损检测方法》一文中公开了一种通过建立熔核直径与焊点超声回波信号特征值t之间的关系，比较每个焊点的t值与标准t值来判别焊点质量是否合格的方法。利用这种方法寻找不同厚度焊点的t值工作量巨大，不易实现，且只能判断焊点合格与否，不具备缺陷识别能力，检测精度也不够高。专利号为CN102509108A《一种焊点缺陷鉴别方法》一文中公开了一种利用神经网络建立焊点表面形态与焊点缺陷类型关系的方法，该方法建立的评价标准仅利用焊点表面形态对焊点进行分类识别，没有真实反应焊点内部结构，使得评判可靠性不够高，且根据焊点特征对神经网络算法改进存在困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于超声回波特征的焊点质量评价标准的建立方法。该方法利用软件编程进行特征值的多维统计分析，采用遗传算法进行特征值范围的最优求解，并结合有限元仿真对评价标准进行修正，依据此方法建立的焊点质量评价标准评判结果精准，缺陷识别能力强，且适用于不同材料类型、不同厚度焊点质量评价的建立。本专利技术的技术方案是提供一种基于超声回波特征的焊点质量评价标准建立方法，其特征在于：步骤1：制作焊点样件；步骤2：对焊点样件进行超声波数据采集；该步骤中，通过焊点样件的板材上表面、两块板材接触面及焊点样件的板材下表面对超声波的反射，形成包含上表面回波、中间回波及下表面回波的焊点超声波回波信号，反射的超声波信号经探头接收并输入数据采集设备中，在利用数据采集设备将焊点样件扫描回波信号以数值形式导出并储存；步骤3：数据分析与特征值计算该步骤中，读取采集的焊点超声波回波数据并重绘回波波形图，对不同质量类型的焊点的超声波数据和回波波形图进行分析，得到与焊点质量相关的特征参数；1)底面回波个数，记为N1；2)中间回波个数，记为M；3)底面回波波峰间隔S；4)回波幅值的衰减率α；计算并提取每个焊点超声回波信号中的底面回波个数、中间回波个数、底面回波波峰间隔和衰减率四个特征值；步骤4：特征值统计与寻优求解；利用软件编程建立特征值统计模型对所有焊点样件特征值进行多维统计，根据每种焊点类型的特征值分布规律，联合遗传算法求解每种缺陷对应的最优特征值范围；步骤5：有限元仿真与修正；根据超声纵波在焊点内部的传播特性，即超声波主要沿焊核厚度方向传播，用二维平面模型近似模拟各种质量类型的焊点；利用仿真模型的分析计算结果，与基于实验数据建立的焊点质量评价标准进行相互验证与修正；步骤6：利用焊点质量评价标准进行焊点质量评价；利用焊点质量评价标准进行焊点质量评价的实施过程如下所述：步骤6.1、对焊点超声波回波信号中的第一个底面回波峰值进行判断，若它与表面回波峰值满足0.8y0<yd1<y0的关系则进入步骤6.2；若不满足上述关系，认为信号无效，为“无效检测”则继续对超声回波信号进行采集判断循环步骤6.1直到满足上述关系进入步骤6.2，其中y0、yd1分别为回波信号中上表面回波幅值、第一个底面回波幅值；步骤6.2若底面回波波峰间隔S≤Sl，则判断焊点缺陷类型为“压痕过深”，否则进入步骤6.3，其中S为回波信号的底面回波波峰间隔，Sl为通过上步骤得到的底面回波波峰间隔下限值；步骤6.3若底面回波波峰间隔S≥Sh，则判断焊点缺陷类型为“压痕过浅”，否则进入步骤步骤6.4，其中S为回波信号的底面回波波峰间隔，Sh为通过上步骤得到的底面回波波峰间隔上限值；步骤6.4若底面回波个数N≤Nl且衰减率α<α1，则判断焊点缺陷类型为“过烧”，否则进入步骤6.5，其中N、α分别为回波信号的有效底面回波个数、衰减率，Nl、α1分别为通过上述步骤得到的底面回波个数下限值、合格与过烧两种焊点质量类型的衰减率范围分界值；步骤6.5若底面回波个数满足Nl<N≤Nh，则进入步骤6.6，否则进入步骤6.7，其中N为回波信号的有效底面回波个数，Nl、Nh分别为通过上述步骤得到的底面回波个数下、上限值；步骤6.6若中间面回波个数M＝0且衰减率满足α1≤α<α2，则判断焊点类型为“合格”，否则进入步骤6.8其中M、α为回波信号的有效中间面回波个数、衰减率，α1、α2分别为通过上述步骤得到的合格与过烧、合格与小焊核焊点质量类型的衰减率范围分界值；步骤6.7若中间面回波个数M＝0且衰减率满足α3≤α<α4，则判断焊点类型为“薄焊核”，否则为“脱焊”，其中M、α为回波信号的有效中间面回波个数、衰减率，α3、α4分别为通过上述步骤得到的小焊核与虚焊、脱焊与薄焊核焊点质量类型的衰减率范围分界值；步骤6.8若ym1<yd1，则进入步骤6.9否则判断焊点缺陷类型为“脱焊”，其中ym1为第一个中间面回波幅值，yd1为第一个底面回波幅值；步骤6.9若衰减率满足α2≤α<α3，则判断焊点缺陷类型为“小焊核”，否则为“虚焊”，其中α为回波信号的衰减率，α2、α3分别为通过上述步骤得到的合格与小焊核、小焊核与虚焊焊点质量类型的衰减率范围分界值本专利技术的有益效果在于提供了一种科学可靠的基于超声回波特征的焊点质量评判标准的建立方法，该方法不仅适用于且适用于不同材料类型、不同厚度焊点质量评价标准的建立，且依据该方法建立的评价标准评判结果精准、准确率高、缺陷识别能力强。附图说明图1为焊点质量评价标准建立方法的流程图。图2为样件板材切割尺寸要求示意图。图3为焊点样件焊接时搭接装夹示意图。图4为焊点超声波数据采集设备示意图。图5为超声波回波信号示意图。图6为软件重绘的焊点样件超声波数据回波信号图。图7为特征值统计模型联合算法寻优示意图。图8为某种具体质量类型的焊点有限元模型示意图。图9为依据该方法建立的焊点质量评价标准流程图。具体实施方式以下将结合附图1-9对本专利技术的具体实施方式进行详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声回波特征的焊点质量评价标准建立方法，其特征在于：步骤1：制作焊点样件；步骤2：对焊点样件进行超声波数据采集；该步骤中，通过焊点样件的板材上表面、两块板材接触面及焊点样件的板材下表面对超声波的反射，形成包含上表面回波、中间回波及下表面回波的焊点超声波回波信号，反射的超声波信号经探头接收并输入数据采集设备中，在利用数据采集设备将焊点样件扫描回波信号以数值形式导出并储存；步骤3：数据分析与特征值计算该步骤中，读取采集的焊点超声波回波数据并重绘回波波形图，对不同质量类型的焊点的超声波数据和回波波形图进行分析，得到与焊点质量相关的特征参数；1)底面回波个数，记为N1；2)中间回波个数，记为M；3)底面回波波峰间隔S；4)回波幅值的衰减率α；计算并提取每个焊点超声回波信号中的底面回波个数、中间回波个数、底面回波波峰间隔和衰减率四个特征值；步骤4：特征值统计与寻优求解；利用软件编程建立特征值统计模型对所有焊点样件特征值进行多维统计，根据每种焊点类型的特征值分布规律，联合遗传算法求解每种缺陷对应的最优特征值范围；步骤5：有限元仿真与修正；根据超声纵波在焊点内部的传播特性，即超声波主要沿焊核厚度方向传播，用二维平面模型近似模拟各种质量类型的焊点；利用仿真模型的分析计算结果，与基于实验数据建立的焊点质量评价标准进行相互验证与修正；步骤6：利用焊点质量评价标准进行焊点质量评价；利用焊点质量评价标准进行焊点质量评价的实施过程如下所述：步骤6.1、对焊点超声波回波信号中的第一个底面回波峰值进行判断，若它与表面回波峰值满足0.8y0<yd1<y0的关系则进入步骤6.2；若不满足上述关系，认为信号无效，为“无效检测”则继续对超声回波信号进行采集判断循环步骤6.1直到满足上述关系进入步骤6.2，其中y0、yd1分别为回波信号中上表面回波幅值、第一个底面回波幅值；步骤6.2若底面回波波峰间隔S≤Sl，则判断焊点缺陷类型为“压痕过深”，否则进入步骤6.3，其中S为回波信号的底面回波波峰间隔，Sl为通过上步骤得到的底面回波波峰间隔下限值；步骤6.3若底面回波波峰间隔S≥Sh，则判断焊点缺陷类型为“压痕过浅”，否则进入步骤步骤6.4，其中S为回波信号的底面回波波峰间隔，Sh为通过上步骤得到的底面回波波峰间隔上限值；步骤6.4若底面回波个数N≤Nl且衰减率α<α1，则判断焊点缺陷类型为“过烧”，否则进入步骤6.5，其中N、α分别为回波信号的有效底面回波个数、衰减率，Nl、α1分别为通过上述步骤得到的底面回波个数下限值、合格与过烧两种焊点质量类型的衰减率范围分界值；步骤6.5若底面回波个数满足Nl<N≤Nh，则进入步骤6.6，否则进入步骤6.7，其中N为回波信号的有效底面回波个数，Nl、Nh分别为通过上述步骤得到的底面回波个数下、上限值；步骤6.6若中间面回波个数M＝0且衰减率满足α1≤α<α2，则判断焊点类型为“合格”，否则进入步骤6.8其中M、α为回波信号的有效中间面回波个数、衰减率，α1、α2分别为通过上述步骤得到的合格与过烧、合格与小焊核焊点质量类型的衰减率范围分界值；步骤6.7若中间面回波个数M＝0且衰减率满足α3≤α<α4，则判断焊点类型为“薄焊核”，否则为“脱焊”，其中M、α为回波信号的有效中间面回波个数、衰减率，α3、α4分别为通过上述步骤得到的小焊核与虚焊、脱焊与薄焊核焊点质量类型的衰减率范围分界值；步骤6.8若ym1<yd1，则进入步骤6.9否则判断焊点缺陷类型为“脱焊”，其中ym1为第一个中间面回波幅值，yd1为第一个底面回波幅值；步骤6.9若衰减率满足α2≤α<α3，则判断焊点缺陷类型为“小焊核”，否则为“虚焊”，其中α为回波信号的衰减率，α2、α3分别为通过上述步骤得到的合格与小焊核、小焊核与虚焊焊点质量类型的衰减率范围分界值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于超声回波特征的焊点质量评价标准建立方法，其特征在于：步骤1：制作焊点样件；步骤2：对焊点样件进行超声波数据采集；该步骤中，通过焊点样件的板材上表面、两块板材接触面及焊点样件的板材下表面对超声波的反射，形成包含上表面回波、中间回波及下表面回波的焊点超声波回波信号，反射的超声波信号经探头接收并输入数据采集设备中，在利用数据采集设备将焊点样件扫描回波信号以数值形式导出并储存；步骤3：数据分析与特征值计算该步骤中，读取采集的焊点超声波回波数据并重绘回波波形图，对不同质量类型的焊点的超声波数据和回波波形图进行分析，得到与焊点质量相关的特征参数；1)底面回波个数，记为N1；2)中间回波个数，记为M；3)底面回波波峰间隔S；4)回波幅值的衰减率α；计算并提取每个焊点超声回波信号中的底面回波个数、中间回波个数、底面回波波峰间隔和衰减率四个特征值；步骤4：特征值统计与寻优求解；利用软件编程建立特征值统计模型对所有焊点样件特征值进行多维统计，根据每种焊点类型的特征值分布规律，联合遗传算法求解每种缺陷对应的最优特征值范围；步骤5：有限元仿真与修正；根据超声纵波在焊点内部的传播特性，即超声波主要沿焊核厚度方向传播，用二维平面模型近似模拟各种质量类型的焊点；利用仿真模型的分析计算结果，与基于实验数据建立的焊点质量评价标准进行相互验证与修正；步骤6：利用焊点质量评价标准进行焊点质量评价；利用焊点质量评价标准进行焊点质量评价的实施过程如下所述：步骤6.1、对焊点超声波回波信号中的第一个底面回波峰值进行判断，若它与表面回波峰值满足0.8y0<yd1<y0的关系则进入步骤6.2；若不满足上述关系，认为信号无效，为“无效检测”则继续对超声回波信号进行采集判断循环步骤6.1直到满足上述关系进入步骤6.2，其中y0、yd1分别为回波信号中上表面回波幅值、第一个底面回波幅值；步骤6.2若底面回波波峰间隔S≤Sl，则判断焊点缺陷类型为“压痕过深”，否则进入步骤6.3，其中S为回波信号的底面回波波峰间隔，Sl为通过上步骤得到的底面回波波峰间隔下限值；步骤6.3若底面回波波峰间隔S≥Sh，则判断焊点缺陷类型为“压痕过浅”，否则进入步骤步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：何清华，曾琼，何智成，
申请(专利权)人：广西艾盛创制科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45