超声波金属焊接质量评估方法、装置和超声波金属焊接机制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声波金属焊接质量评估方法、装置和超声波金属焊接机。所述方法包括步骤：对待焊金属进行超声波金属焊接，获取实际生产过程中的焊接过程信息；提取实际生产过程中的焊接过程信息的特征参数；将实际生产过程中的特征参数输入所述待焊金属对应的超声波焊接质量评估模型；所述质量评估模型以焊接过程信息的特征参数为输入，焊接质量评估值为输出；由所述超声波焊接质量评估模型计算出本次超声波金属焊接的焊接质量评估值。本发明专利技术可以预测焊接质量评估值，实现了焊接质量的实时无损评估，大大提高了产品质量的稳定性，减小监测的人力物力投入，提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声波金属焊接
，特别是涉及一种超声波金属焊接质量评估方法、超声波金属焊接质量评估装置以及超声波金属焊接机。
技术介绍
超声波金属焊接是一种固相焊接技术。在焊接过程中，焊接工具头向待焊金属施加压力和高频率超声振动，使金属界面产生剧烈摩擦和塑性变形进而促使界面形成良好连接。目前超声波金属焊接技术已成为锂电池制造过程中主要的焊接方法，但由于该焊接方法对焊接工艺参数十分敏感，许多外界因素会对焊接质量造成不良影响，致使锂电池质量一致性较差。随着超声波焊接技术在电池制造等行业应用越来越广泛，人们对焊接质量的可靠性和一致性的要求也越来越高，但是目前实际生产过程中多采用焊点离线质量检测方法对焊接质量进行评估，该方法工作量大、效率低下，存在一定的误差，不适合大规模自动化工业生产线应用。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种超声波金属焊接质量评估方法、装置和超声波金属焊接机，能够实现准确、快速和无损的焊接质量评估。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种超声波金属焊接质量评估方法，包括步骤：对待焊金属进行超声波金属焊接，获取实际生产过程中的焊接过程信息；提取实际生产过程中的焊接过程信息的特征参数；将实际生产过程中的特征参数输入所述待焊金属对应的超声波焊接质量评估模型；所述质量评估模型以焊接过程信息的特征参数为输入，焊接质量评估值为输出；由所述超声波焊接质量评估模型计算出本次超声波金属焊接的焊接质量评估值。一种超声波金属焊接质量评估装置，包括：第一焊接过程信息获取模块，用于对待焊金属进行超声波金属焊接，获取实际生产过程中的焊接过程信息；第一特征参数提取模块，用于提取实际生产过程中的焊接过程信息的特征参数；特征参数输入模块，用于将实际生产过程中的特征参数输入所述待焊金属对应的超声波焊接质量评估模型；所述质量评估模型以焊接过程信息的特征参数为输入，焊接质量评估值为输出；拉伸强度获得模块，用于由所述超声波焊接质量评估模型计算出本次超声波金属焊接的焊接质量评估值。一种超声波金属焊接机，包括所述的超声波金属焊接质量评估装置。本专利技术超声波金属焊接质量评估方法、装置和超声波金属焊接机，针对各个焊接对象，进行大样本量的焊接试验，对获得的焊接过程信息进行深入分析，提取出与焊接质量联系密切的信息特征并建立各个焊接对象对应的超声波焊接质量评估模型，在实际生产中，获取待焊金属的焊接过程信息并提取出特征参数，将该特征参数输入对应的超声波焊接质量评估模型，即可以得到焊接质量评估值，实现了焊接质量的实时无损评估，大大提高了产品质量的稳定性，减小监测的人力物力投入，提高了生产效率。经过验证，本专利技术预测的焊接质量评估值在合理的误差范围内，所以本专利技术实现了焊接质量的准确评估。附图说明图1为本专利技术超声波金属焊接质量评估方法实施例的流程示意图；图2为本专利技术超声波金属焊接过程信息采集分析系统实施例的结构示意图；图3为本专利技术建立的神经网络模型实施例的示意图；图4为本专利技术神经网络训练方差的示意图；图5为本专利技术神经网络预测值与实际值的对比示意图；图6为本专利技术神经网络预测值与实际值的线性拟合结果示意图；图7为本专利技术超声波金属焊接质量评估装置实施例的结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本专利技术的技术方案，进行清楚和完整的描述。如图1所示，一种超声波金属焊接质量评估方法，包括步骤：S110、对待焊金属进行超声波金属焊接，获取实际生产过程中的焊接过程信息；S120、提取实际生产过程中的焊接过程信息的特征参数；S130、将实际生产过程中的特征参数输入所述待焊金属对应的超声波焊接质量评估模型；所述质量评估模型以焊接过程信息的特征参数为输入，焊接质量评估值为输出；S140、由所述超声波焊接质量评估模型计算出本次超声波金属焊接的焊接质量评估值。本专利技术方法可以根据相应的程序或芯片实现，程序或芯片运行在超声波金属焊接机中，实现焊接质量的准确实时评估。为了更好地理解本专利技术，下面对本专利技术的各个步骤进行详细介绍。在步骤S110中，待焊金属可以为铜等金属，例如，待焊金属为C1100纯铜板，纯铜板的材料状态为半硬态，尺寸规格为50mm(毫米)×25mm×0.6mm等。在实际生产过程中，按照常规的焊接方法对待焊金属进行超声波金属焊接，获取焊接过程信息，其中焊接过程信息包括超声波电流信号和超声波电压信号等等，焊接过程信息可以使用相应的传感器获取。如图2所示，为超声波金属焊接过程信息采集分析系统的结构示意图。试样(待焊金属)焊接前不需要进行任何表面处理，试样放置于砧板上进行焊接，焊接接头为搭接形式，搭接长度可以为25mm等，砧板上还设置有限位块，防止在焊接过程中由于工具头的震动而使试样产生较大偏移，保证焊点位于搭接区域中心。在焊接过程中，选择电流互感器测量超声波电流信号，电阻分压测量超声波电压信号，激光位移传感器测量工具头下压位移信号。各传感器获得的信号经过信号调理电路处理后，转化为0～10V(伏)的电压信号输入数据采集卡，然后对电压信号进行数据还原(还原成电流信号、电压信号和工具头下压位移信号等)，在数据分析系统中进行数据分析，获得焊接接头的拉伸强度的预测值。需要说明的是，本专利技术并不限制于图2所示的器件采集焊接过程信息，用户还可以根据需要选择其它器件获取焊接过程信息，对采集的焊接过程信息数据处理的过程也不限制于上述处理过程，用户还可以根据需要对采集的过程信息进行其他处理。在步骤S120中，对获取到的焊接过程信息进行深入分析，提取焊接过程信息的特征参数组，在一个实施例中，提取实际生产过程中的焊接过程信息的特征参数的步骤包括以下的任意一种或多种：S1201、对获取的换能器的超声波电流信号和超声波电压信号分别进行Hilbert(希尔伯特)变换，获得所述超声波电流信号的电流解析信号和所述超声波电压信号的电压解析信号，根据所述电流解析信号和所述电压解析信号获得焊接过程中消耗的总能量；图2中传感器采集的超声波电流信号和超声波电压信号即为换能器的超声波电流信号和超声波电压信号。在一个实施例中，根据所述电流解析信号和所述电压解析信号获得焊接过程中消耗的总能量的步骤可以包括：根据所述电流解析信号和所述电压解析信号获得电流信号的幅值包络线、电压信号的幅值包络线以及电流信号与电压信号之间的相位差；根据电流信号的幅值包络线、电压信号的幅值包络线以及所述相位差，获得焊接过程中的有功功率P(n)；可以根据现有技术中已有的方法获得有功功率；对所述有功功率P(n)进行积分，获得焊接过程中消耗的总能量E1。S1202、根据焊接过程的超声波功率最大值Pmax和超声波信号的有效值的平均值Pm的差值，获得功率差值ΔP；即：ΔP＝Pmax-Pm(1)超声波功率最大值Pmax和超声波信号的有效值的平均值Pm可以根据用户的需要设置。S1203、根据获取的工具头下压位移信号获得焊接开始后预设时间内的工具头下压的平均速度Vm；在一个实施例中，根据获取的工具头下压位移信号获得焊接开始后预设时间内的工具头下压的平均速度的步骤可以包括：根据工具头下压位移信号获得每个t时间段内的工具头下压平均速度V(i)，t时间段为对焊接开始后预设时间分割的子时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波金属焊接质量评估方法，其特征在于，包括步骤：对待焊金属进行超声波金属焊接，获取实际生产过程中的焊接过程信息；提取实际生产过程中的焊接过程信息的特征参数；将实际生产过程中的特征参数输入所述待焊金属对应的超声波焊接质量评估模型；所述质量评估模型以焊接过程信息的特征参数为输入，焊接质量评估值为输出；由所述超声波焊接质量评估模型计算出本次超声波金属焊接的焊接质量评估值。

【技术特征摘要】
1.一种超声波金属焊接质量评估方法，其特征在于，包括步骤：对待焊金属进行超声波金属焊接，获取实际生产过程中的焊接过程信息；提取实际生产过程中的焊接过程信息的特征参数；将实际生产过程中的特征参数输入所述待焊金属对应的超声波焊接质量评估模型；所述质量评估模型以焊接过程信息的特征参数为输入，焊接质量评估值为输出；由所述超声波焊接质量评估模型计算出本次超声波金属焊接的焊接质量评估值。2.根据权利要求1所述的超声波金属焊接质量评估方法，其特征在于，所述焊接质量评估值为焊接接头的最大拉伸强度。3.根据权利要求2所述的超声波金属焊接质量评估方法，其特征在于，对待焊金属进行超声波金属焊接之前，还包括步骤：对待焊金属进行超声波金属焊接试验，获取不同试验条件下的焊接过程信息；提取不同试验条件下的焊接过程信息的特征参数；获取不同试验条件下的焊接接头的最大拉伸强度；以不同试验条件下的特征参数作为神经网络的输入，所述焊接接头的最大拉伸强度作为所述神经网络的输出，构建所述待焊金属的超声波焊接质量评估模型。4.根据权利要求3所述的超声波金属焊接质量评估方法，其特征在于，提取实际生产过程中和/或不同试验条件下的焊接过程信息的特征参数的步骤包括以下的任意一种或多种：对获取的换能器的超声波电流信号和超声波电压信号分别进行Hilbert变换，获得所述超声波电流信号的电流解析信号和所述超声波电压信号的电压解析信号，根据所述电流解析信号和所述电压解析信号获得焊接过程中消耗的总能量；根据焊接过程的超声波功率最大值和超声波信号的有效值的平均值的差值，获得功率差值；根据获取的工具头下压位移信号获得焊接开始后预设时间内的工具头下压的平均速度；对获取的换能器的超声波电流信号依次进行小波包分解和信号重构，获得各个重构信号，根据各个重构信号计算各个频段的信号能量以及所有频段的信号总能量，根据各个频段的信号能量以及所述信号总能量获取各个频段的信号能量比例。5.根据权利要求4所述的超声波金属焊接质量评估方法，其特征在于，根据所述电流解析信号和所述电压解析信号获得焊接过程中消耗的总能量的步骤包括：根据所述电流解析信号和所述电压解析信号获得电流信号的幅值包络线、电压信号的幅值包络线以及电流信号与电压信号之间的相位差；根据电流信号的幅值包络线、电压信号的幅值包络线以及所述相位差，获得焊接过程中的有功功率；对所述有功功率进行积分，获得焊接过程中消耗的总能量；根据获取的工具头下压位移信号获得焊接开始后预设时间内的工具头下压的平均速度的步骤包括：根据工具头下压位移信号获得每个t时间段内的工具头下压平均速度，t时间段为对焊接开始后预设时间分割的子时间段；计算所有t时间段内的工具头下压平均速度的平均值，获得焊接开始后预设时间内的工具头下压的平均速度。6.一种超声波金属焊接质量评估装置，其特征在于，包括：第一焊接过程信息获取模块，用于对待焊金属进行超声波金属焊接，获取实际生产过程中的焊接过程信息；第一特征参数提取模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹彪，崔晓宇，杨凯，黄增好，
申请(专利权)人：广州市精源电子设备有限公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44