CN101241001A - 一种铝合金电阻点焊熔核直径实时检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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.G01D21/02(2006.01)。
背景技术
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,采集的参数较多,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-t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。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明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。
本发明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,本发明方法具有如下优点: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为本发明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为本发明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为本发明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为本发明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为本发明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发明:
本发明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1-5),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①-②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③之间电极位移幅值的差值绝对值(参见图1和3中的②-③时间段内的幅值(A/%))。
3.将焊接好的铝合金点焊焊接试板撕开,测量相应焊点的实际熔核直径值,并把熔核直径实测值与所述的两个特征值建立为一个样本对;
4.按设计要求数量重复所述的第2和3步,取得设计要求数量的样本对,形成一个训练集。所述样本对的数量一般情况下取决于所建立的人工神经网络模型结构中连接权的数量,样本对的数量越多,训练结果越能反映样本的内在规律,但是当样本对数量多到一定程度后对降低网络误差的作用不明显;反之,样本对数量越少,人工神经网络得不到充分的训练,样本对中的规律就不会被充分的学习,人工神经网络的性能就会越差。样本对的数量一般不宜少于网络连接权值总数的5-10倍。本发明实施例的样本对为158个。
5.建立人工神经网络模型,并利用第4步所得的训练集,采用BP算法,训练所述的人工神经网络模型,直到满足允许的误差为止;将训练完毕的人工神经网络模型结构参数保存;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的模型(参见图5)。这种结构的人工神经网络模型本身是现有技术,但本发明根据解决问题的需要选择了隐层数、节点数和转移函数等参数。
6.训练好的人工神经网络模型即可用于铝合金电阻点焊熔核直径的在线实时检测。
本发明方法中,从所述的电极位移信号曲线上提取特征值的技术系本发明的首创。本发明方法基于以下研究:在电阻点焊过程仲,从开始加电的时刻(参见图1和图3中的时刻①)起,工件在电阻热的作用下发热并膨胀,电极会产生向上的位移信号。此时焊接区产生的热量越多,工件膨胀量越大,电极位移在此刻上升的高度就越高;如果焊接区产生的热量不足,则电极位移上升的高度也就不高。这说明,焊接区产生热量的多寡决定着焊接区工件熔化量的多少,也意味着(或决定了)熔核直径的大小(参见图2和图4)。因此,电极位移在通电的时间段(即图1和图3中①-②之间的时刻)内上升的高度(称之为膨胀位移)与熔核直径有直接的对应关系。此外,在断电后的锻压时段(即图1和图3中②-③之间的时刻),如果通电阶段熔化的金属量比较多,则压痕会比较深一些,反之压痕就会比较小。这反映到电极位移信号上就是其在锻压时段下降的大小。因此,电极位移信号在锻压时段下降的高度(称之为锻压位移)与熔核直径也存在直接的对应关系。所以,如果可以方便地提取出电焊过程仲的膨胀位移量(图1和图3中①-②之间时刻对应的位移量)与锻压位移量(图1和图3中②-③之间时刻对应的位移量),并以其作为特征值,就可以科学地表征实际熔核直径的大小(参见表1。限于人工神经网络训练过程中有2/3的数据参与了训练的原因,表1中的数据仅给出实施例158个样本对的1/3)。表1的数据表明,利用本发明所述的方法,可以在较低成本下实现铝合金电阻点焊熔核直径的在线实时检测,并且准确度令人满意。
本发明方法实际应用时,只需按照所述的第1、2步操作,把提取出的两个特征值输入到第6步训练好的人工神经网络模型中,即可实时得出熔核直径的检测结果。
本发明未述及之处适用于现有技术。
表1焊点熔核直径的实测值与本发明方法检测值的比较(单位:mm)
序号 | 实测值 | 检测值 | 差值 |
1 | 0 | 0.876 | 0.876 |
2 | 0 | 0.747 | 0.747 |
3 | 0 | 0.203 | 0.203 |
4 | 11.4 | 10.222 | 1.178 |
5 | 1.2 | 0.245 | 0.955 |
6 | 11.2 | 10.127 | 1.073 |
7 | 1.2 | 1.109 | 0.091 |
8 | 8.92 | 9.665 | 0.745 |
9 | 0 | 0.452 | 0.452 |
10 | 7 | 1.955 | 5.045 |
11 | 0 | 3.838 | 3.838 |
12 | 0 | 0.469 | 0.469 |
13 | 8.2 | 8.907 | 0.707 |
14 | 8.4 | 8.879 | 0.479 |
15 | 0 | 0.204 | 0.204 |
16 | 8.9 | 8.903 | 0.003 |
17 | 5.8 | 8.873 | 3.073 |
18 | 9.2 | 8.911 | 0.289 |
19 | 9.2 | 9.923 | 0.723 |
20 | 0 | 0.207 | 0.207 |
21 | 0 | 0.203 | 0.203 |
22 | 0 | 1.889 | 1.889 |
23 | 0 | 0.213 | 0.213 |
24 | 8.7 | 10.145 | 1.445 |
25 | 9 | 10.254 | 1.254 |
26 | 8.5 | 8.904 | 0.404 |
27 | 6.4 | 6.544 | 0.144 |
28 | 8.1 | 9.109 | 1.009 |
29 | 7 | 8.646 | 1.646 |
30 | 8 | 8.906 | 0.906 |
31 | 8.3 | 9.065 | 0.765 |
32 | 9.4 | 9.755 | 0.355 |
33 | 8.5 | 9.176 | 0.676 |
34 | 9 | 8.915 | 0.085 |
35 | 8 | 8.898 | 0.898 |
36 | 9 | 8.879 | 0.121 |
37 | 9 | 8.884 | 0.116 |
38 | 8.4 | 8.919 | 0.519 |
39 | 9 | 8.878 | 0.122 |
40 | 5.72 | 5.084 | 0.636 |
41 | 0 | 0.213 | 0.213 |
42 | 0 | 0.201 | 0.201 |
43 | 8.2 | 8.894 | 0.694 |
44 | 8.2 | 8.886 | 0.686 |
45 | 4.2 | 5.437 | 1.237 |
46 | 1 | 0.596 | 0.404 |
47 | 8 | 8.879 | 0.879 |
48 | 8.3 | 8.885 | 0.585 |
49 | 9 | 8.886 | 0.118 |
50 | 7.04 | 8.911 | 1.871 |
51 | 0 | 0.591 | 0.591 |
52 | 2.76 | 3.221 | 0.461 |
53 | 6.92 | 7.152 | 0.232 |
Claims (1)
1.一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。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080813 |