基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测方法及系统技术方案

一种基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测方法，通过在焊接过程中实时采集设置于两电极帽处的传感器输出的本征过程信号和电流信号并建立随时间变化的关系图，根据关系图进行飞溅判断，得到飞溅次数、单次特征量并组合得到飞溅过程中的累积特征量；根据累积特征量与电极帽的形貌特征量计算飞溅金属体积，进而得到飞溅金属量的预测值；本发明专利技术根据电阻点焊的本征过程信号进行飞溅金属量的在线预测，实现点焊飞溅程度的在线量化评估，克服了传统技术依赖人工检测的缺点，检测效率和精度显著提升；同时，本发明专利技术考虑了不同电极帽形状的影响，适用性强，飞溅金属量的预测值与实测值之间呈现良好的线性关联，检测精度高；此外，本发明专利技术所述的飞溅在线检测方法计算速度快，对硬件系统要求低，适用于各类电阻点焊应用场景。

On line detection method and system of spatter in resistance spot welding based on intrinsic process signal

【技术实现步骤摘要】
基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测方法及系统
本专利技术涉及的是一种焊接领域的技术，具体是一种基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测方法及系统。
技术介绍
电阻点焊工艺完成了90％以上的全钢车身的焊装工作。飞溅影响车身表面质量和定位精度，甚至影响点焊接头的力学性能。现有技术通过人工剥离手段，测量飞溅前后质量差以得到飞溅金属的质量，但是这种方式的工作量大，测量精度低且无法实时在线检测。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测方法及系统，成本低、时效性强且准确率高，适用于多次飞溅检测，能够运用于焊接生产线上。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测方法，通过在焊接过程中实时采集设置于两电极帽处的传感器输出的本征过程信号和电流信号并建立随时间变化的关系图，根据关系图进行飞溅判断，得到飞溅次数、单次特征量并组合得到飞溅过程中的累积特征量；根据累积特征量与电极帽的形貌特征量计算飞溅金属体积，进而得到飞溅金属量的预测值。所述的本征过程信号包括：动态电阻信号、动态电极压力信号、动态电极位移信号、声发射信号和超声波信号，其中：动态电阻信号是指点焊过程中两电极间的时变电阻值；动态电极压力信号是指点焊过程中在两电极间施加的时变压力；动态电极位移信号是指点焊过程中两电极间的相对距离变化；声发射信号是指点焊过程中经过两电极传播的应力波；超声波信号是指点焊过程中经过空气传播的超声波。<br>所述的电极帽包括：圆柱，以及圆柱与圆顶、弧面锥顶、球头、平面锥顶或弧面组合的形状，其形貌特征量包括：电极底部直径、端面直径、端面曲率半径和顶部圆锥角。所述的飞溅判断是指：在通电焊接阶段，当本征过程信号对时间的微分等于预设阈值时，则判定为飞溅开始；判定飞溅开始后，当本征信号对时间的微分再次等于预设阈值时，则判定为一次飞溅结束；飞溅开始时刻与结束时刻对应的本征过程信号的幅度值差的绝对值，为单次特征量。优选地，当一次点焊过程中发生多次飞溅时，将多个本征过程信号单次特征量进行组合得到本征过程信号的累积特征量。本专利技术涉及一种实现上述方法的系统，包括：计算和分析模块和分别与之相连的电流信号采集模块和本征过程信号采集模块，其中：电流信号采集模块与设置于电极帽处的电流传感器相连并采集电流信号，本征过程信号采集模块分别与设置于两电极帽处的本征过程信号传感器相连并采集焊接过程中的本征过程信号，计算和分析模块根据本征过程信号和电流信号计算得到飞溅金属的预测值。技术效果本专利技术整体解决了现有焊装生产过程中，点焊飞溅检测主要依赖目视和压痕测量等人工手段而导致的工作量大、测量精度低、时效性差的问题，以及由于无法实现飞溅程度实时检测而导致的工艺参数优化困难的问题。与现有技术相比，本专利技术根据电阻点焊的本征过程信号与电流信号进行飞溅金属量的实时检测，实现点焊飞溅程度的在线量化评估，克服了传统技术依赖人工检测的缺点，检测效率显著提升。同时，本专利技术考虑了不同电极帽形状的影响，适用性强，飞溅金属量的预测值与实测值之间呈现良好的线性关联，检测精度高。此外，本专利技术所述的飞溅在线检测方法计算速度快，对硬件系统要求低，适用于各类电阻点焊应用场景。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为电极帽的示意图；图中：a为弧面圆顶电极；b为弧面锥顶电极；c为球头电极；d为平顶直电极；e为平面锥顶电极；f为弧面直电极；D为电极帽底部直径；Dt为端面直径；Rt为端面曲率半径；θ为顶部圆锥角；图3为本专利技术的系统示意图；图中：电极帽1、上电极杆2、下电极杆3、待测工件4、电流传感器5、上电极本征过程信号传感器6、下电极本征过程信号传感器7、本征过程信号采集模块8、电流信号采集模块9、计算和分析模块10；图4为电阻点焊本征过程信号的分段处理示意图；图5为飞溅识别与飞溅特征量提取的示意图；图6为实施例1的动态电极位移信号的时间演化示意图；图7为实施例1预测飞溅金属质量与实测飞溅金属质量的散点图；图8为实施例2的动态电极位移信号的时间演化示意图；图9为实施例2预测飞溅金属质量与实测飞溅金属质量的散点图；图中：虚线为通过线性回归得到的趋势线。具体实施方式实施例1如图1所示，本实施例涉及一种基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测方法，通过测量获取电极帽1的形貌特征量，再进行焊接并采集焊接电流和本征过程信号，建立通电焊接阶段本征过程信号随时间变化的关系图，将关系图结合飞溅判据以判断飞溅次数，提取每个飞溅的特征量并组合得到飞溅过程中的本征过程信号的累积特征量，通过该累积特征量与电极帽1的形貌特征量计算飞溅金属体积，进而得到飞溅金属量的预测值。如图2a所示，本实施例的电极帽1为弧面圆顶电极。所述的形貌特征量包括：电极底部直径、端面直径、端面曲率半径和顶部圆锥角。所述的本征过程信号包括：动态电阻信号、动态电极压力信号、动态电极位移信号、声发射信号和超声波信号。本实施例中优选采用动态电极位移信号。如图3所示，为本实施例涉及的一种基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测系统，包括：计算和分析模块10和分别与之相连的电流信号采集模块9和本征过程信号采集模块8，其中：电流信号采集模块9与设置于电极上的电流传感器5相连并采集电流信号，本征过程信号采集模块8分别与一对安装在两电极2、3上的本征过程信号传感器6、7相连以采集焊接过程中的本征过程信号，计算和分析模块10根据本征过程信号和电流信号计算得到飞溅金属的预测值。所述的电极帽1、上电极杆2和上电极本征过程信号传感器6依次设置于待测工件4的上表面，电极帽1、下电极杆3和下电极本征过程信号传感器7依次设置于待测工件4的下表面，电流传感器5套设于下电极杆3上。所述的上电极本征过程信号传感器6为光栅尺位移传感器；所述的下电极本征过程信号传感器7为激光位移传感器。所述的待测工件4为板件、管件、棒件、钉状件、块状件及其组合，其材质可以是钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金及其组合。所述的电流传感器5为罗氏线圈。所述的计算和分析模块10包括：微处理器、工控机、PLC、监测仪、焊接控制器、台式机、笔记本电脑、服务器或工作站。本实施例采用焊接控制器。如图4所示，所述的关系图以焊接电流导通和结束分为三个阶段，具体是：焊前预压阶段T1，通电焊接阶段T2和焊后保压阶段T3，其中：焊前预压阶段T1是指电极闭合夹紧待测工件4直至焊接电流导通前的阶段，通电焊接阶段T2是指自焊接电流导通到关断的阶段，焊后保压阶段T3是指自焊接电流关断到电极张开的阶段。如图5所示，所述的飞溅判断具体包括：①在通电焊接阶段，当本征过程信号对时间的微分等于预设阈值A时，即与阈值水平线相交于点Qia，则判定为飞溅开始，将点Qia对应的时刻记录为开始时刻tia；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测方法，其特征在于，通过在焊接过程中实时采集设置于两电极帽处的传感器输出的本征过程信号和电流信号并建立随时间变化的关系图，根据关系图进行飞溅判断，得到飞溅次数、单次特征量并组合得到飞溅过程中的累积特征量；根据累积特征量与电极帽的形貌特征量计算飞溅金属体积，进而得到飞溅金属量的预测值；/n所述的本征过程信号包括：动态电阻信号、动态电极压力信号、动态电极位移信号、声发射信号和超声波信号；/n所述的形貌特征量包括：电极底部直径、端面直径、端面曲率半径和顶部圆锥角。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于本征过程信号的电阻点焊飞溅在线检测方法，其特征在于，通过在焊接过程中实时采集设置于两电极帽处的传感器输出的本征过程信号和电流信号并建立随时间变化的关系图，根据关系图进行飞溅判断，得到飞溅次数、单次特征量并组合得到飞溅过程中的累积特征量；根据累积特征量与电极帽的形貌特征量计算飞溅金属体积，进而得到飞溅金属量的预测值；
所述的本征过程信号包括：动态电阻信号、动态电极压力信号、动态电极位移信号、声发射信号和超声波信号；
所述的形貌特征量包括：电极底部直径、端面直径、端面曲率半径和顶部圆锥角。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的飞溅判断是指：在通电焊接阶段，当本征过程信号对时间的微分等于预设阈值时，则判定为飞溅开始；判定飞溅开始后，当本征信号对时间的微分再次等于预设阈值时，则判定为一次飞溅结束；飞溅开始时刻与结束时刻对应的本征过程信号的幅度值差的绝对值，为单次特征量；
当一次点焊过程中发生多次飞溅时，将多个本征过程信号单次特征量进行组合得到本征过程信号的累积特征量。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的飞溅金属体积的计算方式包括：
弧面圆顶电极：

，
其中：K1为根据不同的本征过程信号选择的修正系数，Rt为电极帽端面曲率半径，Dt为电极帽端面直径，D为电极帽底部直径，ΔX为累计特征量，h0和h1为特征高度且和
弧面锥顶电极：

,
其中：K2为根据不同的本征过程信号选择的修正系数，Rt为电极帽端面曲率半径，Dt为电极帽端面直径，ΔX为累计特征量，h0为特征高度，计算公式为
球头电极：其中：K3为根据不同的本征过程信号进行选择的修正系数，D为电极帽底部直径，ΔX为累计特征量；
平顶直电极：其中：K4为根据不同的本征过程信号进行选择的修正系数，D为电极帽底部直径，ΔX为累计特征量；
平面锥顶电极：其中：K5为根据不同的本征过程信号进行选择的修正系数，端面直径Dt和顶部圆锥角θ，ΔX为累计特征量；

,
其中：K6为根据不同的本征过程信号进行选择的修正系数，D为电极帽底部直径，Rt为电极帽...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏裕俊，沈衍，李永兵，雷海洋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31