电阻点焊质量在线监测方法
【专利摘要】本发明涉及一种电阻点焊质量在线监测方法，属于电阻点焊质量监测【技术领域】。首先在电阻点焊实际生产过程中对其焊接电流、电极间电压进行实时采集，计算出动态电阻曲线，依据实际生产中焊接工艺应用原则，即合格焊点为大概率事件，然后利用统计原理，系统进行建模样本容量估计，并且对动态电阻曲线进行聚类分析，根据分析结果预测新焊点合格概率。本发明没有对特定焊接工艺条件下进行建模，自动建模方式具有普适性特点，并且直接采用焊接生产数据建模，所以更加适用于实际生产，大大提高在线监测准确率。
【专利说明】电阻点焊质量在线监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电阻点焊质量监测【技术领域】，特别涉及一种电阻点焊质量在线监测方 法。通过监测电阻点焊实际生产过程中多个固有工艺参数及其衍生的动态电阻信息，在网 格坐标系中，基于动态电阻曲线平均距离聚类分析方法、统计概率密度方法实现自动建模 在线评估点焊质量。
【背景技术】
[0002] 电阻点焊广泛应用于航空、航天、汽车制造等【技术领域】，然而由于影响点焊过程的 干扰因素多，易于导致焊接质量的不稳定，因此焊接质量监测是保证焊接质量的重要方法。
[0003] 由于电阻点焊质量是高度非线性的多变量耦合作用的结果，在电阻点焊质量在线 监测方法中，若采用单一参数信息监测的方法，不能全面正确地对点焊质量进行评价；若采 用焊接电流，电极间电压，动态电阻，电极位移，电极压力等多参数信息进行点焊质量在线 评估，由于其中电极位移、电极压力等参数信号采集需要精密的传感仪器,不但增加成本， 而且这些仪器抗干扰能力差，不适合在实际生产中使用，而且现有的电阻点焊监测方法都 是在特定工艺参数下离线建模，不具有普适性特征。
[0004] 电阻点焊过程中，动态电阻曲线与熔核的生长过程有密切关系，所以监测动态电 阻曲线评估点焊质量有重要依据，现有的依据动态电阻曲线评估点焊质量的方法都是离线 建模或者根据特定参数及工艺进行在线建模。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种电阻点焊质量在线监测方法，解决了现有点焊质量监 测技术存在的问题，建立电阻点焊实际生产过程中多个工艺参数及其衍生的反映点焊热过 程变化的动态电阻信息与点焊质量的关系。
[0006] 本发明的上述目的通过以下技术方案实现： 电阻点焊质量在线监测方法，包括如下步骤： 1) 建立用户输入模块：在数据采集之前，需要用户根据实际焊接工艺规范输入点焊焊 接参数，包括：焊接电流I及其通电时间t、电极压力P，及其允许范围(一般允许有效范围为 焊接参数的上下1± 10%);另外设置其它相关点焊工艺信息，如材料类型、板厚； 2) 焊接电流，电极间电压，电极压力以及动态电阻信息的获取： 2. 1)通过电流传感器进行焊接电流实时采集，通过监测加压缸内流体压力，间接对电 极压力进行实时采集，同时对电极间电压实时采集； 2. 2)进行信号采集时，自动检测焊接信号，通过设置阈值的方法，避免杂波信号对检 出焊接信号的影响；检测出焊接信号后，依据每段脉冲间隔时间判断是否为多段电流脉冲 焊； 根据公式：
【权利要求】
1. 一种电阻点焊质量在线监测方法，其特征在于：包括如下步骤： 1) 建立用户输入模块：在数据采集之前，输入点焊焊接参数，包括：焊接电流I及其通 电时间t、电极压力P，； 2) 焊接电流，电极间电压，电极压力以及动态电阻信息的获取： 2. 1)通过电流传感器进行焊接电流实时采集，通过监测加压缸内流体压力，间接对电 极压力进行实时采集，同时对电极间电压实时采集； 2. 2)进行信号采集时，自动检测焊接信号，通过设置阈值的方法，避免杂波信号对检 出焊接信号的影响；检测出焊接信号后，依据每段脉冲间隔时间判断是否为多段电流脉冲 焊； 根据公式：
每半个周波计算一次电流有效值，其中K为电流校正系数，Ill为焊接开始点，η2为焊接 结束点，1"为电流信号的第η个采样值；并将相关数据进行数据库储存； 2. 3)对焊接电流及电极间电压的实时监测数据进行阈值滤波以及带通滤波，绘出焊接 电流曲线、计算出电流有效值以及通电时间； 2. 4)利用获得的电流及电极间电压实时波形数据进行V/I比值计算，得到点焊过程的 动态电阻数据； 3) 提取建立系统所需数据； 4) 对建立系统的样本筛选： 4. 1)从正常试验片开始，监测程序认为焊接开始，默认焊接试验片的动态电阻曲线为 正常曲线； 4. 2)对读入样本进行筛选方法为验证动态电阻曲线的稳定点数，正常无飞溅合格焊点 动态电阻曲线只有一个稳定点数，若稳定点数不等于一，对样本进行舍弃处理； 5) 自动寻找建立系统的最佳样本数，把焊点样本数据看作为一个焊点样本数据集合， 对该样本集合的样本数据采用增量式读取处理方式，依据聚类分析的方法寻找最佳样本 数， 6) 系统判断条件的确定。
2. 根据权利要求1所述的电阻点焊质量在线监测方法，其特征在于：所述的提取建立 系统所需数据，步骤如下： 3. 1)动态电阻数据经过最小二乘法非线性曲线拟合得到点焊过程中动态电阻曲线，内 置多种数学拟合模型，根据连续函数求导找出稳定点； 3. 2)或者通过递推点求均值方式平滑处理得到点焊过程中动态电阻曲线，离散点相邻 两点斜率趋势寻找稳定点； 3. 3)计算整体动态电阻曲线的稳定点个数，以及稳定点处的时间坐标参数、电阻值； 3. 4)绘制动态电阻曲线于横轴为时间t，纵轴为电阻值R的网格坐标系中，横坐标以焊 接信号开始点为零点，每份为一个周波，设为20ms，进行等距划分为h等分，每等分按照阻 值大小记录出每等份的阻值区间，每等分稳定点数，纵坐标则进行虚线划分，以便于用户观 察动态电阻曲线； 3. 5)建立监测模型需要对动态电阻曲线进行特征提取，以数据采集频率5kHz为例，若 全部将焊接有效点用作特征维数进行聚类分析，必然造成维数灾难，所以必须对数据进行 处理；上述将动态电阻曲线绘于网格坐标系内，即为特征提取做准备，以电阻最大值，最小 值，稳定点数，稳定点处时间坐标与阻值，每等分电阻均值为特征量。
3. 根据权利要求1所述的电阻点焊质量在线监测方法，其特征在于：所述的自动寻找 建立系统的最佳样本数，步骤如下： 5. 1)按照平均距离原则，从第二个焊点样板数据开始，每读入一个新的焊点样板数据， 计算该焊点数据与之前所有焊点数据的平均距离； 5. 2)当前焊点的平均距离与之前焊点的平均距离做对比，找出其中最小的平均距离； 将特征值带入欧式距离，计算焊点间距离dmi=sqrt(Σ(xil_xi2)~2 ) 则平均距离d=(dml+dm2...dmn)/m; 其中i=l, 2. .n;m为当前焊点总数；xil，xi2为不同焊点特征向量； 5. 3)计算当前焊点方差，并与之前焊点方差作比较； 5. 4)每读入一个新焊点数据，则重复步骤1)-3)，焊点数大于20以上，当方差范围集中 程度达到百分之九十以上，则认为样本数已经达到稳定，此时集中的百分之九十的焊点数 即为建模样本数。
4. 根据权利要求1所述的电阻点焊质量在线监测方法，其特征在于：所述的系统判断 条件的确定是： 6. 1)在步骤4)中，平均距离最小的焊点动态电阻曲线则为模型中需要的标准动态电 阻曲线； 6. 2)以上述确定的标准动态电阻曲线稳定点处时间坐标为界，将样本内所有焊点动态 电阻曲线一分为二，分别找出每等分最大平均距离Dmaxl、Dmax2,则Dmaxl、Dmax2为阈值； 6. 3)利用建立的监测模型进行点焊质量实时监测评估时，只要被监测焊点的动态电阻 曲线与监测模型标准焊点的动态电阻曲线的平均距离大于Dmaxl、Dmax2,则认为不满足聚 类分析条件，给出焊点异常提醒； 6. 4)基于上述聚类分析方法得到焊点动态电阻曲线的整体相似度分类，再根据分类结 果统计出满足聚类分析条件类组中稳定点数，稳定点处的时间坐标范围、电阻值范围； 6.5) 其中，统计出的稳定点数，稳定点处的时间坐标范围、电阻值范围作为分析条件， 对被监测焊点进行分析，如果不满足分析条件，则直接给出焊点异常判断结果；若连续出现 本数据依据焊机稳定性设置q个焊点异常，则提醒用户检查是否修正焊接参数，如选择是， 则模型自动重新建立； 6.6) 依据同样方法对动态电阻曲线横坐标以Icyc划分的各等分进行二类聚类分析， 即该等份合格与不合格，也同样根据每等份的分类结果统计出不同等份的稳定点数，稳定 点处的时间坐标范围、电阻值范围； 6. 7)其中，每等份统计出的稳定点数，稳定点处的时间坐标范围、电阻值范围只能用于 大于样本数焊点的最终验证，每等分合格范围判断每等分是否合格，综合h等分判断结果， 给出所监测焊点合格率。
【文档编号】G01D21/02GK104457841SQ201410609638
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】徐国成, 范秋月, 谷晓鹏, 周广浩 申请人:吉林大学