基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统及方法，系统包括预处理模块、采集卡模块和工控机；所述预处理模块获取超声波焊接的功率模拟量P(t)和频率模拟量F(t)；所述采集卡模块将预处理模块获取的P(t)和F(t)分别转换为功率数字量P(n)、频率数字量F(n)，并上传至工控机；所述工控机根据P(n)、F(n)评估超声波焊接的良品与异常品。本发明专利技术基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统及方法，能够描述整个焊接过程；超声波焊接的功率正比于振幅与压力的乘积，因此比振幅曲线法更能反应能量传递情况，数据精准，干扰更小；克服了容性、感性电路通过电压或电流曲线法描述能量传输的不准确性，且波形更直观，相关性高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及超声波焊接质量监测领域，尤其涉及一种基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统及方法。

技术介绍

[0002]在超声波焊接领域，焊接质量的把控一直是技术人员关心与担忧的焦点，以汽车动力电池为例，极耳与连接片的焊接通过超声波焊接进行，焊接不良可能导致电芯充放电阻值过高，进而引发安全事故。在没有焊接监测设备的条件下，只能通过拉力进行破坏性测试，代价高昂且不全面。目前现有的超声波焊接监测方法主要有以下几种：（1）单值参数法：通过焊接机厂商本身上传的单值数据进行检测，如：焊接时间、峰值功率、焊接深度等，通过设定上、下界限进行检测。上述方法中，单值参数法最为片面，振幅曲线法精准度不高，且不含有压力信息（焊接的输出功率实际上由振幅和压力共同决定），由于焊接系统既含有电阻，也含有电容与电感，电流（电压）曲线法仅从单独的电流曲线或者电压曲线无法准确衡量能量的传递情况。（2）振幅曲线法：通过振动传感器，测定焊头焊接过程中的振动曲线，振动曲线中包含一定的焊接时间和焊接强度信息，但不能反应能量传递情况，数据不够精准；（3）电流（电压）曲线法：从换能器的RF线中采集电流，或通过电阻将该电流转换为电压，根据电流或电压波形进行监测，但不够准确直观。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是：提供一种基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统及方法，弥补了上述三种方法的缺陷：（1）单值参数法仅能描述单个结果，功率曲线能够描述整个焊接过程；（2）超声波焊接的功率正比于振幅与压力的乘积，因此比振幅曲线法更能反应能量传递情况，数据精准，干扰更小；（3）克服了容性、感性电路通过电压或电流曲线法描述能量传输的不准确性，且波形更直观，相关性高。
[0004]本专利技术的技术方案是：基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统，包括预处理模块、采集卡模块和工控机；所述预处理模块获取超声波焊接的功率模拟量P(t)和频率模拟量F(t)；所述采集卡模块将预处理模块获取的功率模拟量P(t)和频率模拟量F(t)分别转换为功率数字量P(n)、频率数字量F(n)，并上传至工控机；所述工控机根据功率数字量P(n)、频率数字量F(n)评估超声波焊接的良品与异常品。
[0005]或者，所述预处理模块只获取超声波焊接的功率模拟量P(t)或频率模拟量F(t)之一；所述采集卡模块将预处理模块获取的功率模拟量P(t)或频率模拟量F(t)，转换为功率数字量P(n)或频率数字量F(n)，并上传至工控机；所述工控机根据功率数字量P(n)或频率数字量F(n)评估超声波焊接的良品与异常品。
[0006]优选的，所述预处理模块包括乘法器和计频电路；超声波焊机RF线的电压信号V(t)、电流信号I(t)分别输入乘法器的输入端，乘法器做乘积运算得到功率模拟量P(t)；计频电路获取电压信号V(t)的频率模拟量F(t)。
[0007]优选的，所述超声波焊机RF线的电流信号I(t)通过互感器传输到乘法器。
[0008]优选的，所述乘法器的电压信号V(t)、电流信号I(t)输入端设置有限幅电路。
[0009]优选的，所述采集卡模块包括模拟采集通道A、B，第一AD转换器、第二AD转换器、FPGA控制器；所述模拟采集通道A、B分别采集功率模拟量P(t)和频率模拟量F(t)，并分别通过第一AD转换器、第二AD转换器转化为功率数字量P(n)、频率数字量F(n)，并传输至FPGA控制器，由FPGA控制器通过PCI总线上传至工控机。
[0010]优选的，所述采集卡模块还包括DTR触发电路，用于接收焊机发出超声波开启信号，并发送到FPGA控制器，FPGA控制器收到该信号后立刻控制第一AD转换器、第二AD转换器执行AD转换。
[0011]优选的，所述采集卡模块还包括依次连接的精密基准源和校准电路，校准电路输出端与功率模拟量P(t)信号同时输入到模拟采集通道A，校准电路输出端与频率模拟量F(t)信号同时输入到模拟采集通道B。
[0012]基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测方法，包括步骤：S1，获取功率数字量P(n)、频率数字量F(n)的初始标准中心和异常中心；S2，通过反馈机制，向系统反馈更多的具有质量标签的曲线，进而增加标准中心和异常中心；S3，若用户更改了系统参数或更换了零件，则清空所有的标准中心和异常中心，重复步骤S1、S2。
[0013]优选的，步骤S1中，获取一帧焊接质量为合格的焊接曲线，作为初始标准中心，后续加工首先以该条作为参照。
[0014]优选的，步骤S1中，提供多帧具有合格或异常标签的曲线，则通过聚类获取初始标准中心和异常中心。
[0015]本专利技术的优点是：本专利技术提供的基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统及方法，弥补了现有技术中三种方法的缺陷：（1）单值参数法仅能描述单个结果，功率曲线能够描述整个焊接过程；（2）超声波焊接的功率正比于振幅与压力的乘积，因此比振幅曲线法更能反应能量传递情况，数据精准，干扰更小；（3）克服了容性、感性电路通过电压或电流曲线法描述能量传输的不准确性，且波形更直观，相关性高。
附图说明
[0016]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术实现超声波焊接在线监测系统的示意图；图2为本专利技术的预处理模块的原理框图；
图3为本专利技术的采集卡模块的原理框图；图4为基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测方法的流程图。
具体实施方式
[0017]如图1所示，左侧框线内部为本专利涉及的软件和硬件示意图，通过采集电路获取到焊机的功率波形，上传工业计算机进行实时在线监测。
[0018]基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统，包括预处理模块、采集卡模块和工控机；所述预处理模块获取超声波焊接的功率模拟量P(t)和频率模拟量F(t)；所述采集卡模块将预处理模块获取的功率模拟量P(t)和频率模拟量F(t)分别转换为功率数字量P(n)、频率数字量F(n)，并上传至工控机；所述工控机根据功率数字量P(n)、频率数字量F(n)评估超声波焊接的良品与异常品。
[0019]本发的所述预处理模块还可以只获取超声波焊接的功率模拟量P(t)、频率模拟量F(t)之一；所述采集卡模块将预处理模块获取的功率模拟量P(t)或频率模拟量F(t)，转换为功率数字量P(n)或频率数字量F(n)，并上传至工控机；所述工控机根据功率数字量P(n)或频率数字量F(n)评估超声波焊接的良品与异常品。
[0020]如图2所示，所述预处理模块包括乘法器和计频电路；超声波焊机RF线的电压信号V(t)、电流信号I(t)分别输入乘法器的输入端，乘法器做乘积运算得到功率模拟量P(t)；计频电路获取电压信号V(t)的频率模拟量F(t)。所述超声波焊机RF线的电流信号I(t)通过互感器传输到乘法器。所述乘法器的电压信号V(t)、电流信号I(t)输入端设置有限幅电路。
[0021]当焊机控制箱已经集成了乘法器模块和计频器模块时，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统，其特征在于，包括预处理模块、采集卡模块和工控机；所述预处理模块获取超声波焊接的功率模拟量P(t)和频率模拟量F(t)；所述采集卡模块将预处理模块获取的功率模拟量P(t)和频率模拟量F(t)分别转换为功率数字量P(n)、频率数字量F(n)，并上传至工控机；所述工控机根据功率数字量P(n)、频率数字量F(n)评估超声波焊接的良品与异常品。2.根据权利要求1所述的基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统，其特征在于，所述预处理模块只获取超声波焊接的功率模拟量P(t)或频率模拟量F(t)之一；所述采集卡模块将预处理模块获取的功率模拟量P(t)或频率模拟量F(t)，转换为功率数字量P(n)或频率数字量F(n)，并上传至工控机；所述工控机根据功率数字量P(n)或频率数字量F(n)评估超声波焊接的良品与异常品。3.根据权利要求1所述的基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统，其特征在于，所述预处理模块包括乘法器和计频电路；超声波焊机RF线的电压信号V(t)、电流信号I(t)分别输入乘法器的输入端，乘法器做乘积运算得到功率模拟量P(t)；计频电路获取电压信号V(t)的频率模拟量F(t)。4.根据权利要求2所述的基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统，其特征在于，所述超声波焊机RF线的电流信号I(t)通过互感器传输到乘法器；所述乘法器的电压信号V(t)、电流信号I(t)输入端设置有限幅电路。5.根据权利要求2所述的基于功率和频率分析的超声波焊接在线监测系统，其特征在于，所述采集卡模块包括模拟采集通道A、B，第一AD转换器、第二AD转换器、FPGA控制器；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马路平，
申请(专利权)人：苏州达牛新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：