【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属焊接，尤其涉及一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统。
技术介绍
1、铝合金材料因强度高、重量轻等特点，在航空航天领域已经被广泛使用。目前，铝合金搅拌摩擦焊已经成为研究热点，其相比于传统焊接方法(电弧焊、气体保护焊等)具有许多优点。首先，它避免了传统焊接中的气孔、热裂纹等问题，焊点质量高。其次，由于不需要额外的填充材料，可以减少生产成本。此外，焊接过程中没有明火、电弧和电流，减少了对环境的污染。铝合金搅拌摩擦焊广泛应用于航空航天、汽车制造、铁路交通等领域，特别适用于连接具有高强度、高耐磨性、高导热性要求的铝合金零件。然而在搅拌摩擦焊工程应用时，因板厚或受热面积差异等因素，无论焊机是位移控制还是压力控制，均会出现沿焊缝方向的温度场不一致，特别是长焊缝焊接时，造成焊接接头沿焊缝方向的强度不一致，甚至在焊缝内部出现孔洞等体积型缺陷。
2、对于搅拌摩擦焊来说，温度场是决定焊接接头质量的关键因素。随着焊接技术的辅助手段快速发展，监测焊接温度技术发展日趋成熟，但现有铝合金焊接红外测温技术仍有诸多不足，如已公开的专利技术cn110640298a中虽提出了搅拌摩擦焊温度场监测及控制方法，但其中对于铝合金板材红外测温仍采用涂黑方式，存在需增设涂刷装置、人工确认涂料是否充足等缺点。已公开的专利技术cn111854968a采用两支红外测温仪测铝锭温度，解决了表面发射率对红外测温精度的影响；已公开的专利技术cn116067503a中提出了一种红外测温模块及温度补偿方法，降低了环境温度对红外测温精度的影响。但以上专利技术均未综
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，能够实时在线监测焊缝温度，对相关工艺参数进行实时调控，并准确预估焊缝强度。
2、一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，包括：搅拌摩擦焊机、工艺参数实时采集模块、红外测温模块、温度补偿模块、数据传输及处理模块、温度调控模块、焊缝强度预估模块和显示终端。
3、所述红外测温模块由滑轨、红外测温仪、传动机构组成，其中红外测温仪安装在滑轨上，通过传动机构与搅拌摩擦焊机的主轴相连，红外测温仪采集到的温度数据与温度补偿模块所得温度补偿值输入数据传输及处理模块，获得焊缝真实温度值。
4、所述工艺参数实时采集模块安装在搅拌摩擦焊机靠近电机及主轴的一侧，实时采集焊接过程中的工艺参数以及所使用搅拌头的形貌信息；将采集到的数据经数据传输及处理模块作为温度调控决策模块和焊缝强度预估模块的输入；所述工艺参数包括轴肩下压量、搅拌针转速、焊接速度；所述所使用搅拌头的形貌信息即搅拌头类型；
5、所述温度补偿模块包括数据采集装置以及温度智能补偿模型，其中数据采集装置是环境温度传感器、环境湿度传感器、环境光照传感器装置的集成，安装在搅拌摩擦焊机的工艺参数采集模块相邻一侧，用于获取在焊接过程中对红外测温精度产生影响的因素，所述温度智能补偿模型内置于计算机中，采用岭回归算法ridge作为目标函数，在焊接过程中，由数据传输及处理模块将影响红外测温精度的因素输入温度智能补偿模型，获得补偿值，并结合红外测温模块采集到的温度数据通过数据传输及处理模块获取焊缝表面真实温度数据；所述对红外测温精度产生影响的因素包括具体包括环境温度、环境湿度、环境光照、板材表面发射率、测量角度和测量距离，其中环境温度由环境温度传感器采集；环境湿度由环境湿度传感器采集；环境光照由环境光照传感器采集；板材表面发射率由自身材料性能获得，测量角度和测量距离在试验前预设；
6、其中获取焊缝表面真实温度数据的过程为，以与红外测温仪相同测温条件下的热电偶测温试验结果作为焊缝准确温度，对温度智能补偿模型进行校正，实时获得焊缝的的真实温度数据；
7、温度智能补偿模型建立过程具体包括如下步骤：
8、步骤a1：收集数据并进行数据预处理；
9、收集铝合金搅拌摩擦焊过程中对红外测温精度产生影响的因素，包括板材表面发射率ε、测量角度α、环境温度tu、环境湿度fi、环境光照g、测量距离l对收集到的数据进行预处理，包括数据清洗、缺失值处理和异常值处理；
10、步骤a2：特征选择与数据划分；
11、使用统计方法和机器学习方法选择影响红外测温精度的因素并计算对应权重；将这些影响因素分为训练集和测试集；
12、步骤a3：温度智能补偿模型的构建与训练；
13、使用岭回归算法ridge构建温度智能补偿模型；使用训练集对温度智能补偿模型进行训练；
14、所述训练具体为：通过测得多组的特征数值向量x，和对应的目标值y，确定目标函数，通过不断调节系数来使得目标函数值最小；
15、其中获取的影响因素数据为(ε,fi,l,α,g,tu,t,1)，将数据扩展为：
16、[ε，ε2，ε×t,fi,fi2,fi×t,l,l2,l×t,α,α2,α×t,g,g2,g×t,tu,tu2,tu×t,t,t2,t3,1]即为特征数值向量x；输出值t，即为目标值y，系数使用行向量w表示，板材表面发射率ε、环境湿度fi、测量距离l、测量角度α、环境光照g、环境温度tu、红外测温仪测得温度t、正则项1，即：
17、x＝[ε，ε2，ε×t,fi,fi2,fi×t,l,l2,l×t,α,α2,α×t,g,g2,g×t,tu,tu2,tu×t,t,t2,t3,1] (1)
18、w＝[w1,w2,……，w21,w0] (2)
19、则泰勒展开式表示为：
20、y＝wx (3)
21、根据x中第i个测量值xi和设定的初始值wi得到计算结果y'。
22、y′＝wixi (4)
23、y'和目标值y之间存在误差；如果采用绝对值误差s1，则目标函数表示为：
24、s1＝|y-y'| (5)
25、为了防止过拟合，目标函数中增加12正则项，得到温度智能补偿模型，目标函数表示为:
26、
27、其中，λ为超参数，0≤λ≤1，w为目标函数的系数；n为影响因素终止值；yi为因变量向量；m为目标函数系数终止值；wj为目标函数系数第j个参数。
28、步骤a4：温度智能补偿模型的评估与参数调优；
29、使用测试集对训练后的温度智能补偿模型进行评估，通过评估指标来评估温度智能补偿模型的性能，评估指标包括均方误差和决定系数；根据评估结果，与红外测温仪相同测温条件下的热电偶测温试验结果作为焊缝准确温度对温度智能补偿模型进行校正并使用交叉验证法调本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，包括：搅拌摩擦焊机、工艺参数实时采集模块、红外测温模块、温度补偿模块、数据传输及处理模块、温度调控模块、焊缝强度预估模块和显示终端；
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，所述温度补偿模块包括数据采集装置以及温度智能补偿模型，其中数据采集装置是环境温度传感器、环境湿度传感器、环境光照传感器装置的集成，安装在搅拌摩擦焊机的工艺参数采集模块相邻一侧，用于获取在焊接过程中对红外测温精度产生影响的因素，所述温度智能补偿模型内置于计算机中，采用岭回归算法Ridge作为目标函数，在焊接过程中，由数据传输及处理模块将影响红外测温精度的因素输入温度智能补偿模型，获得补偿值，并结合红外测温模块采集到的温度数据通过数据传输及处理模块获取焊缝表面真实温度数据；
3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，所述工艺参数包括轴肩下压量、搅拌针转速、焊接速度；所述所使用搅拌头的形貌信息即搅拌头类型。
4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控
5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，所述对红外测温精度产生影响的因素包括具体包括环境温度、环境湿度、环境光照、板材表面发射率、测量角度和测量距离，其中环境温度由环境温度传感器采集；环境湿度由环境湿度传感器采集；环境光照由环境光照传感器采集；板材表面发射率由自身材料性能获得，测量角度和测量距离在试验前预设。
6.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，所述温度智能补偿模型的构建具体包括如下步骤：
7.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，所述温度智能调控决策模型的构建具体包括以下步骤：
8.根据权利要求2所述的一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，所述焊缝强度智能预测模型的构建具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，包括：搅拌摩擦焊机、工艺参数实时采集模块、红外测温模块、温度补偿模块、数据传输及处理模块、温度调控模块、焊缝强度预估模块和显示终端；
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，所述温度补偿模块包括数据采集装置以及温度智能补偿模型，其中数据采集装置是环境温度传感器、环境湿度传感器、环境光照传感器装置的集成，安装在搅拌摩擦焊机的工艺参数采集模块相邻一侧，用于获取在焊接过程中对红外测温精度产生影响的因素，所述温度智能补偿模型内置于计算机中，采用岭回归算法ridge作为目标函数，在焊接过程中，由数据传输及处理模块将影响红外测温精度的因素输入温度智能补偿模型，获得补偿值，并结合红外测温模块采集到的温度数据通过数据传输及处理模块获取焊缝表面真实温度数据；
3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊实时温度监测及控制系统，其特征在于，所述工艺参数包括轴肩下压量、搅拌针转速、焊接速度；所述所使用搅拌头的形貌信息即搅拌头类型。
4.根据权利要求1所述的一种搅...
【专利技术属性】
技术研发人员：张佳琪，王晓鹏，马琳，姬书得，宋崎，龚鹏，刘震磊，孟庆实，李朋阳，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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