一种铝合金电阻点焊熔核直径实时检测的方法技术

本发明专利技术涉及一种铝合金电阻点焊熔核直径实时检测的方法，该方法包括以下步骤：１．采集点焊过程中的电极位移信号，并绘制出电极位移信号曲线图；２．从所得的电极位移信号曲线上提取出膨胀位移和锻压位移两个特征值；３．将铝合金焊接试板撕开，对电阻点焊熔核直径进行实测，建立所提取的特征值与实测的熔核直径相对应的样本对；４．重复步骤２和３，取得设计要求数量的样本对，形成一个训练集；５．建立人工神经网络模型，并用所得样本对对模型依据ＢＰ算法进行训练，实现从特征值到熔核直径的映射；人工神经网络模型是两个输入、一个输出，中间一个隐层，隐层结点的数目是５的结构，隐层的转移函数为Ｓｉｇｍｏｉｄ函数，输出层的转移函数为线性函数；６．将训练好的模型用于铝合金电阻点焊熔核直径的在线实时检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊接质量检测技术，具体为一种利用计算机技术实时检测铝合金电阻点焊熔核直径的方法，国际专利分类号拟为Int.Cl. G01D 21/02 (2006.01)。
技术介绍
由于电阻点焊的焊点形成过程是封闭的，无法直接观测焊接区的状况， 因此判断点焊质量的优劣就比较困难。传统上检测点焊质量方法是通过射线 探伤、超声波探伤、焊后破坏性检验或者凭借操作者的经验来判断。近年来 通过检测点焊过程工艺参数来检测焊点质量状况的方法得到了深入研究。在 利用点焊过程工艺参数进行检测焊点质量时，其中的一个关键技术就是检测 点焊熔核的直径。采用基于点焊过程工艺参数的方法进行熔核直径检测的一般方法是，利 用计算机技术将点焊过程的相关工艺参数采集到计算机中，通过各种数据分 析方法将工艺参数中蕴含的熔核直径信息提取出来对熔核直径进行检测。例 如中国专利CN1480713报道的方法是从点焊过程中电极电压、电流、电 极位移和声音信号中，依据小波包变换及其能量谱原理、信息熵原理、模态 分析原理，计算出特征量，建立神经网络模型，由特征量和熔核面积对神经 网络模型进行训练；进而把神经网络模型计算出的熔核面积与实际测量的熔 核面积对照，确定误差值，调整神经网络模型，直至达到误差要求范围。该 方法预测熔核直径需要采集电极电压、电流、电极位移和声音四个信号，釆 集的参数较多，采集系统复杂；此外，特征量的提取方法也比较复杂，计算 量较大，计算所需要的时间较长，应用于点焊过程的实时检测有困难。中国专利CN1609622公开的方法是通过测量与计算获得每个焊点的动 态电阻曲线，进而获得每点的准稳态电阻值rD，沿贴合面剖开焊接试样， 测量每个焊点的熔核直径d核，根据每个焊点熔核直径d核与准稳态电阻值rD的对应关系，绘制出准稳态电阻值rD与熔核直径d核关系曲线；将不同 厚度材料的rD-d核曲线存储在计算机系统中，当点焊某种材料时，计算机 系统先获得该焊点的准稳态电阻值rD，再与相同厚度材料的rD-d核曲线进 行比较，可获得对应的熔核直径；当熔核直径小于设定的标准值时，判定焊 点质量不合格，以此实现实时检测。中国专利CN1208680也披露了一种测定 电阻焊质量的方法，利用基于物理现象的可探测到的数字数值测定焊接过程 中的熔核生成状态，同时可对焊接材料提供一个广泛的应用范围和能够精确 了解焊点熔核的生成状态。在交流或脉冲焊接电流条件下，基于待焊接材料电阻率值对温度有依赖关系，在电流变化期间测定电极头间动态电阻瞬时值 的变化速度，进而计算出动态电阻瞬时值的变化状态，并计算出焊接区的发 热状态，也就是熔核形成状态，从而精确完成对焊点质量的测定。上述两个 专利描述的方法都采用了动态电阻方法对熔核直径进行检测，比较适合钢质 材料的电阻点焊。对于铝合金材料的点焊而言，由于铝合金点焊过程中的动 态电阻曲线在整个点焊过程没有与其熔核直径相对应的关系曲线，因此这两 种方法不适宜铝合金电阻点焊过程中熔核直径的实时检测。中国专利CN1811335提供了另外一种方法它利用一个高频超声直探头 对多个具有不同熔核直径的焊接试样进行超声检测，获得各焊点的超声信 号；计算各超声信号中第一主回波脉冲和第一中间回波脉冲幅度的比值t; 再沿试件贴合面剖开，测量各焊点熔核直径d核，根据熔核直径与其对应的 t值之间的关系，绘制熔核直径d核与t的关系曲线；将不同板材的焊点的 d核-1曲线存储在计算机中，当检测焊点质量时，计算机先获得焊点板材数据，找到对应的d核-t曲线；根据实测的t值在相应的d核-t曲线上获得对应的熔核直径；当熔核直径小于设定的标准值时，判定焊点质量不合格， 可实现点焊的无损检测。该方法可适用于铝合金材料的电焊检测，但其采用 超声波的方法进行熔核直径的检测，要求超声探头与焊件上下表面要很好的 耦合，因此很难应用于点焊现场的实时检测。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是，设计一种铝合金电 阻点焊熔核直径实时检测的方法。该方法适用于铝合金材料的点焊，具有数 据采集系统简单、成本低廉、检测时间短、适合现场实时检测等的优点。本专利技术解决所述实时检测方法技术问题的技术方案是设计一种铝合金 电阻点焊熔核直径实时检测的方法，该方法包括以下步骤1. 采集铝合金焊接试板电阻点焊过程中的电极位移信号，并绘制出电极 位移信号曲线图；2. 从第1步所得的电极位移信号曲线上提取出与电阻点焊熔核直径有对 应关系的膨胀位移和锻压位移两个特征值；3. 将铝合金焊接试板撕开，对电阻点焊熔核直径进行实测，建立所提取 的特征值与实测的熔核直径相对应的样本对；4. 按设计要求数量重复所述的第2和第3步，取得设计要求数量的样本 对，形成一个训练集；5. 建立人工神经网络模型，并用所得的设计数量的样本对对所述的人工 神经网络模型依据BP算法进行训练，实现从特征值到熔核直径的映射；所 述的人工神经网络模型是两个输入、 一个输出，中间一个隐层，隐层结点的 数目是5的结构，隐层的转移函数为Sigmoid函数，输出层的转移函数为线 性函数；6. 将训练好的人工神经网络模型用于铝合金电阻点焊熔核直径的在线实 时检测。与现有技术相比，本专利技术方法具有如下优点仅需要采集电极位移一个 信号，所以数据采集系统简单，数据传输速度快，成本低廉；电极位移信号 曲线上的特征值易于提取，算法简单，运算速度快；建立的人工神经网络仅 有两个输入，模型简单，方便使用；熔核直径检测的准确度高、速度快，适 合于铝合金电阻点焊的在线实时检测。附图说明图1为本专利技术铝合金电阻点焊熔核直径实时检测的方法一种实施例的在 电极位移信号曲线上所提取的特征值示意图。图2为本专利技术铝合金电阻点焊熔核直径实时检测的方法一种与图1实施 例的电极位移特征值对应的实际熔核直径大小照片示意图。图3为本专利技术铝合金电阻点焊熔核直径实时检测的方法另一种实施例的 在电极位移信号曲线上所提取的特征值示意图。图4为本专利技术铝合金电阻点焊熔核直径实时检测的方法另一种与图3实 施例的电极位移特征值对应的实际熔核直径大小照片示意图。图5为本专利技术铝合金电阻点焊熔核直径实时检测的方法一种实施例的人工神经网络模型结构示意图。具体实施方式下面结合实施例及其附图详细叙述本专利技术本专利技术设计的一种铝合金电阻点焊熔核直径(以下简称熔核直径)实时 检测的方法(以下简称方法，参见图1一5)，它包括以下步骤1. 采集铝合金试板电阻点焊过程(以下简称点焊过程)中的电极位移信 号工艺参数，并绘制电极位移信号曲线图(参见实施例的图1和3)。本发 明方法仅需采集电阻点焊过程中的电极位移一个信号，与现有技术需要采集 电极电压、电流、电极位移和声音四个信号相比，明显具有工艺简单，效率 高，成本低，实施实时检测容易等特点。采集点焊过程中的电极位移信号本 身为现有技术。2. 从第1步所得的电极位移信号曲线上提取出与电阻点焊熔核直径有对 应关系的膨胀位移和锻压位移两个特征值；所述的膨胀位移是指电极位移信号曲线图中时刻①至时刻②之间电极位移幅值的差值绝对值(参见图1或图3中的①一②时间段内的幅值(A/%));所述的锻压位移是指电极位移信 号曲线图中时刻②至时刻(D之间电极位移幅值的差值绝对值(参见图1和3 中的②一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金电阻点焊熔核直径实时检测的方法，该方法包括以下步骤：（１）．采集铝合金焊接试板电阻点焊过程中的电极位移信号，并绘制出电极位移信号曲线图；（２）．从第（１）步所得的电极位移信号曲线上提取出与电阻点焊熔核直径有对应关系的膨胀位移和锻压位移两个特征值；（３）．将铝合金焊接试板撕开，对电阻点焊熔核直径进行实测，建立所提取的特征值与实测的熔核直径相对应的样本对；（４）．按设计要求数量重复所述的第（２）和第（３）步，取得设计要求数量的样本对，形成一个训练集；（５）．建立人工神经网络模型，并用所得设计数量的样本对对人工神经网络模型依据ＢＰ算法进行训练，实现从特征值到熔核直径的映射；所述的人工神经网络模型是两个输入、一个输出，中间一个隐层，隐层结点的数目是５的结构，隐层的转移函数为Ｓｉｇｍｏｉｄ函数，输出层的转移函数为线性函数；（６）．将训练好的人工神经网络模型用于铝合金电阻点焊熔核直径的在线实时检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛海涛，李永艳，赵维民，郑振太，李海鹏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]