專利名稱：：一種鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種焊接質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，具體為一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑的方法，國際專利分類號(hào)擬為Int.Cl.G01D21/02(2006.01)。
背景技術(shù)：
：由于電阻點(diǎn)焊的焊點(diǎn)形成過程是封閉的，無法直接觀測(cè)焊接區(qū)的狀況，因此判斷點(diǎn)焊質(zhì)量的優(yōu)劣就比較困難。傳統(tǒng)上檢測(cè)點(diǎn)焊質(zhì)量方法是通過射線探傷、超聲波探傷、焊后破壞性檢驗(yàn)或者憑借操作者的經(jīng)驗(yàn)來判斷。近年來通過檢測(cè)點(diǎn)焊過程工藝參數(shù)來檢測(cè)焊點(diǎn)質(zhì)量狀況的方法得到了深入研究。在利用點(diǎn)焊過程工藝參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)焊點(diǎn)質(zhì)量時(shí)，其中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是檢測(cè)點(diǎn)焊熔核的直徑。采用基于點(diǎn)焊過程工藝參數(shù)的方法進(jìn)行熔核直徑檢測(cè)的一般方法是，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將點(diǎn)焊過程的相關(guān)工藝參數(shù)采集到計(jì)算機(jī)中，通過各種數(shù)據(jù)分析方法將工藝參數(shù)中蘊(yùn)含的熔核直徑信息提取出來對(duì)熔核直徑進(jìn)行檢測(cè)。例如中國專利CN1480713報(bào)道的方法是從點(diǎn)焊過程中電極電壓、電流、電極位移和聲音信號(hào)中，依據(jù)小波包變換及其能量譜原理、信息熵原理、模態(tài)分析原理，計(jì)算出特征量，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，由特征量和熔核面積對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練；進(jìn)而把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算出的熔核面積與實(shí)際測(cè)量的熔核面積對(duì)照，確定誤差值，調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，直至達(dá)到誤差要求范圍。該方法預(yù)測(cè)熔核直徑需要采集電極電壓、電流、電極位移和聲音四個(gè)信號(hào)，釆集的參數(shù)較多，采集系統(tǒng)復(fù)雜；此外，特征量的提取方法也比較復(fù)雜，計(jì)算量較大，計(jì)算所需要的時(shí)間較長，應(yīng)用于點(diǎn)焊過程的實(shí)時(shí)檢測(cè)有困難。中國專利CN1609622公開的方法是通過測(cè)量與計(jì)算獲得每個(gè)焊點(diǎn)的動(dòng)態(tài)電阻曲線，進(jìn)而獲得每點(diǎn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電阻值rD，沿貼合面剖開焊接試樣，測(cè)量每個(gè)焊點(diǎn)的熔核直徑d核，根據(jù)每個(gè)焊點(diǎn)熔核直徑d核與準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電阻值rD的對(duì)應(yīng)關(guān)系，繪制出準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電阻值rD與熔核直徑d核關(guān)系曲線；將不同厚度材料的rD-d核曲線存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)點(diǎn)焊某種材料時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)先獲得該焊點(diǎn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電阻值rD，再與相同厚度材料的rD-d核曲線進(jìn)行比較，可獲得對(duì)應(yīng)的熔核直徑；當(dāng)熔核直徑小于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，判定焊點(diǎn)質(zhì)量不合格，以此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。中國專利CN1208680也披露了一種測(cè)定電阻焊質(zhì)量的方法，利用基于物理現(xiàn)象的可探測(cè)到的數(shù)字?jǐn)?shù)值測(cè)定焊接過程中的熔核生成狀態(tài)，同時(shí)可對(duì)焊接材料提供一個(gè)廣泛的應(yīng)用范圍和能夠精確了解焊點(diǎn)熔核的生成狀態(tài)。在交流或脈沖焊接電流條件下，基于待焊接材料電阻率值對(duì)溫度有依賴關(guān)系，在電流變化期間測(cè)定電極頭間動(dòng)態(tài)電阻瞬時(shí)值的變化速度，進(jìn)而計(jì)算出動(dòng)態(tài)電阻瞬時(shí)值的變化狀態(tài)，并計(jì)算出焊接區(qū)的發(fā)熱狀態(tài)，也就是熔核形成狀態(tài)，從而精確完成對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量的測(cè)定。上述兩個(gè)專利描述的方法都采用了動(dòng)態(tài)電阻方法對(duì)熔核直徑進(jìn)行檢測(cè)，比較適合鋼質(zhì)材料的電阻點(diǎn)焊。對(duì)于鋁合金材料的點(diǎn)焊而言，由于鋁合金點(diǎn)焊過程中的動(dòng)態(tài)電阻曲線在整個(gè)點(diǎn)焊過程沒有與其熔核直徑相對(duì)應(yīng)的關(guān)系曲線，因此這兩種方法不適宜鋁合金電阻點(diǎn)焊過程中熔核直徑的實(shí)時(shí)檢測(cè)。中國專利CN1811335提供了另外一種方法它利用一個(gè)高頻超聲直探頭對(duì)多個(gè)具有不同熔核直徑的焊接試樣進(jìn)行超聲檢測(cè)，獲得各焊點(diǎn)的超聲信號(hào)；計(jì)算各超聲信號(hào)中第一主回波脈沖和第一中間回波脈沖幅度的比值t;再沿試件貼合面剖開，測(cè)量各焊點(diǎn)熔核直徑d核，根據(jù)熔核直徑與其對(duì)應(yīng)的t值之間的關(guān)系，繪制熔核直徑d核與t的關(guān)系曲線；將不同板材的焊點(diǎn)的d核-1曲線存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，當(dāng)檢測(cè)焊點(diǎn)質(zhì)量時(shí)，計(jì)算機(jī)先獲得焊點(diǎn)板材數(shù)據(jù)，找到對(duì)應(yīng)的d核-t曲線；根據(jù)實(shí)測(cè)的t值在相應(yīng)的d核-t曲線上獲得對(duì)應(yīng)的熔核直徑；當(dāng)熔核直徑小于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，判定焊點(diǎn)質(zhì)量不合格，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊的無損檢測(cè)。該方法可適用于鋁合金材料的電焊檢測(cè)，但其采用超聲波的方法進(jìn)行熔核直徑的檢測(cè)，要求超聲探頭與焊件上下表面要很好的耦合，因此很難應(yīng)用于點(diǎn)焊現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，設(shè)計(jì)一種鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法。該方法適用于鋁合金材料的點(diǎn)焊，具有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單、成本低廉、檢測(cè)時(shí)間短、適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)等的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明解決所述實(shí)時(shí)檢測(cè)方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法，該方法包括以下步驟1.采集鋁合金焊接試板電阻點(diǎn)焊過程中的電極位移信號(hào)，并繪制出電極位移信號(hào)曲線圖；2.從第1步所得的電極位移信號(hào)曲線上提取出與電阻點(diǎn)焊熔核直徑有對(duì)應(yīng)關(guān)系的膨脹位移和鍛壓位移兩個(gè)特征值；3.將鋁合金焊接試板撕開，對(duì)電阻點(diǎn)焊熔核直徑進(jìn)行實(shí)測(cè)，建立所提取的特征值與實(shí)測(cè)的熔核直徑相對(duì)應(yīng)的樣本對(duì)；4.按設(shè)計(jì)要求數(shù)量重復(fù)所述的第2和第3步，取得設(shè)計(jì)要求數(shù)量的樣本對(duì)，形成一個(gè)訓(xùn)練集；5.建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并用所得的設(shè)計(jì)數(shù)量的樣本對(duì)對(duì)所述的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型依據(jù)BP算法進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)從特征值到熔核直徑的映射；所述的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是兩個(gè)輸入、一個(gè)輸出，中間一個(gè)隱層，隱層結(jié)點(diǎn)的數(shù)目是5的結(jié)構(gòu)，隱層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為Sigmoid函數(shù)，輸出層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為線性函數(shù)；6.將訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)僅需要采集電極位移一個(gè)信號(hào)，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單，數(shù)據(jù)傳輸速度快，成本低廉；電極位移信號(hào)曲線上的特征值易于提取，算法簡單，運(yùn)算速度快；建立的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)僅有兩個(gè)輸入，模型簡單，方便使用；熔核直徑檢測(cè)的準(zhǔn)確度高、速度快，適合于鋁合金電阻點(diǎn)焊的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。圖1為本發(fā)明鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法一種實(shí)施例的在電極位移信號(hào)曲線上所提取的特征值示意圖。圖2為本發(fā)明鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法一種與圖1實(shí)施例的電極位移特征值對(duì)應(yīng)的實(shí)際熔核直徑大小照片示意圖。圖3為本發(fā)明鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法另一種實(shí)施例的在電極位移信號(hào)曲線上所提取的特征值示意圖。圖4為本發(fā)明鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法另一種與圖3實(shí)施例的電極位移特征值對(duì)應(yīng)的實(shí)際熔核直徑大小照片示意圖。圖5為本發(fā)明鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法一種實(shí)施例的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑(以下簡稱熔核直徑)實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法(以下簡稱方法，參見圖1一5)，它包括以下步驟1.采集鋁合金試板電阻點(diǎn)焊過程(以下簡稱點(diǎn)焊過程)中的電極位移信號(hào)工藝參數(shù)，并繪制電極位移信號(hào)曲線圖(參見實(shí)施例的圖1和3)。本發(fā)明方法僅需采集電阻點(diǎn)焊過程中的電極位移一個(gè)信號(hào)，與現(xiàn)有技術(shù)需要采集電極電壓、電流、電極位移和聲音四個(gè)信號(hào)相比，明顯具有工藝簡單，效率高，成本低，實(shí)施實(shí)時(shí)檢測(cè)容易等特點(diǎn)。采集點(diǎn)焊過程中的電極位移信號(hào)本身為現(xiàn)有技術(shù)。2.從第1步所得的電極位移信號(hào)曲線上提取出與電阻點(diǎn)焊熔核直徑有對(duì)應(yīng)關(guān)系的膨脹位移和鍛壓位移兩個(gè)特征值；所述的膨脹位移是指電極位移信號(hào)曲線圖中時(shí)刻①至?xí)r刻②之間電極位移幅值的差值絕對(duì)值(參見圖1或圖3中的①一②時(shí)間段內(nèi)的幅值(A/%));所述的鍛壓位移是指電極位移信號(hào)曲線圖中時(shí)刻②至?xí)r刻(D之間電極位移幅值的差值絕對(duì)值(參見圖1和3中的②一③時(shí)間段內(nèi)的幅值(A/%))。3.將焊接好的鋁合金點(diǎn)焊焊接試板撕開，測(cè)量相應(yīng)焊點(diǎn)的實(shí)際熔核直徑值，并把熔核直徑實(shí)測(cè)值與所述的兩個(gè)特征值建立為一個(gè)樣本對(duì)；4.按設(shè)計(jì)要求數(shù)量重復(fù)所述的第2和3步，取得設(shè)計(jì)要求數(shù)量的樣本對(duì)，形成一個(gè)訓(xùn)練集。所述樣本對(duì)的數(shù)量一般情況下取決于所建立的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)中連接權(quán)的數(shù)量，樣本對(duì)的數(shù)量越多，訓(xùn)練結(jié)果越能反映樣本的內(nèi)在規(guī)律，但是當(dāng)樣本對(duì)數(shù)量多到一定程度后對(duì)降低網(wǎng)絡(luò)誤差的作用不明顯；反之，樣本對(duì)數(shù)量越少，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得不到充分的訓(xùn)練，樣本對(duì)中的規(guī)律就不會(huì)被充分的學(xué)習(xí)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能就會(huì)越差。樣本對(duì)的數(shù)量一般不宜少于網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值總數(shù)的5—10倍。本發(fā)明實(shí)施例的樣本對(duì)為158水5.建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并利用第4步所得的訓(xùn)練集，采用BP算法，訓(xùn)練所述的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，直到滿足允許的誤差為止；將訓(xùn)練完畢的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)參數(shù)保存；所述的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是兩個(gè)輸入，一個(gè)輸出，中間一個(gè)隱層，隱層結(jié)點(diǎn)的數(shù)目是5的結(jié)構(gòu)，隱層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為Sigmoid函數(shù)，輸出層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為線性函數(shù)的模型(參見圖5)。這種結(jié)構(gòu)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型本身是現(xiàn)有技術(shù)，但本發(fā)明根據(jù)解決問題的需要選擇了隱層數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)移函數(shù)等參數(shù)。6.訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型即可用于鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。本發(fā)明方法中，從所述的電極位移信號(hào)曲線上提取特征值的技術(shù)系本發(fā)明的首創(chuàng)。本發(fā)明方法基于以下研究在電阻點(diǎn)焊過程仲，從開始加電的時(shí)刻(參見圖1和圖3中的時(shí)刻①)起，工件在電阻熱的作用下發(fā)熱并膨脹，電極會(huì)產(chǎn)生向上的位移信號(hào)。此時(shí)焊接區(qū)產(chǎn)生的熱量越多，工件膨脹量越大，電極位移在此刻上升的高度就越高；如果焊接區(qū)產(chǎn)生的熱量不足，則電極位移上升的高度也就不高。這說明，焊接區(qū)產(chǎn)生熱量的多寡決定著焊接區(qū)工件熔化量的多少，也意味著(或決定了)熔核直徑的大小(參見圖2和圖4)。因此，電極位移在通電的時(shí)間段(即圖1和圖3中①一②之間的時(shí)刻)內(nèi)上升的高度(稱之為膨脹位移)與熔核直徑有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此外，在斷電后的鍛壓時(shí)段(即圖1和圖3中②一③之間的時(shí)刻)，如果通電階段熔化的金屬量比較多，則壓痕會(huì)比較深一些，反之壓痕就會(huì)比較小。這反映到電極位移信號(hào)上就是其在鍛壓時(shí)段下降的大小。因此，電極位移信號(hào)在鍛壓時(shí)段下降的高度(稱之為鍛壓位移)與熔核直徑也存在直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。所以，如果可以方便地提取出電焊過程仲的膨脹位移量(圖1和圖3中①一②之間時(shí)刻對(duì)應(yīng)的位移量)與鍛壓位移量(圖1和圖3中②一(D之間時(shí)刻對(duì)應(yīng)的位移量)，并以其作為特征值，就可以科學(xué)地表征實(shí)際熔核直徑的大小(參見表1。限于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中有2/3的數(shù)據(jù)參與了訓(xùn)練的原因，表1中的數(shù)據(jù)僅給出實(shí)施例158個(gè)樣本對(duì)的1/3)。表1的數(shù)據(jù)表明，利用本發(fā)明所述的方法，可以在較低成本下實(shí)現(xiàn)鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，并且準(zhǔn)確度令人滿意。本發(fā)明方法實(shí)際應(yīng)用時(shí)，只需按照所述的第1、2步操作，把提取出的兩個(gè)特征值輸入到第6步訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，即可實(shí)時(shí)得出熔核直徑的檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。表l焊點(diǎn)熔核直徑的實(shí)測(cè)值與本發(fā)明方法檢測(cè)值的比較(單位mm)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>3698.8790.1213798.8840.116388.48.9190.5193998.8780.122405.725.0840.6364100.2130.2134200.2010.201438.28.8940.694448.28.8860.686454.25.4371.2374610.5960.4044788.8790.879488.38.8850.5854998.8860.118507.048.9111.8715100.5910.591522.763.2210.461536.927.1520.23權(quán)利要求1.一種鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法，該方法包括以下步驟(1).采集鋁合金焊接試板電阻點(diǎn)焊過程中的電極位移信號(hào)，并繪制出電極位移信號(hào)曲線圖；(2).從第(1)步所得的電極位移信號(hào)曲線上提取出與電阻點(diǎn)焊熔核直徑有對(duì)應(yīng)關(guān)系的膨脹位移和鍛壓位移兩個(gè)特征值；(3).將鋁合金焊接試板撕開，對(duì)電阻點(diǎn)焊熔核直徑進(jìn)行實(shí)測(cè)，建立所提取的特征值與實(shí)測(cè)的熔核直徑相對(duì)應(yīng)的樣本對(duì)；(4).按設(shè)計(jì)要求數(shù)量重復(fù)所述的第(2)和第(3)步，取得設(shè)計(jì)要求數(shù)量的樣本對(duì)，形成一個(gè)訓(xùn)練集；(5).建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并用所得設(shè)計(jì)數(shù)量的樣本對(duì)對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型依據(jù)BP算法進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)從特征值到熔核直徑的映射；所述的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是兩個(gè)輸入、一個(gè)輸出，中間一個(gè)隱層，隱層結(jié)點(diǎn)的數(shù)目是5的結(jié)構(gòu)，隱層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為Sigmoid函數(shù)，輸出層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為線性函數(shù)；(6).將訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。全文摘要本發(fā)明涉及一種鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法，該方法包括以下步驟1.采集點(diǎn)焊過程中的電極位移信號(hào)，并繪制出電極位移信號(hào)曲線圖；2.從所得的電極位移信號(hào)曲線上提取出膨脹位移和鍛壓位移兩個(gè)特征值；3.將鋁合金焊接試板撕開，對(duì)電阻點(diǎn)焊熔核直徑進(jìn)行實(shí)測(cè)，建立所提取的特征值與實(shí)測(cè)的熔核直徑相對(duì)應(yīng)的樣本對(duì)；4.重復(fù)步驟2和3，取得設(shè)計(jì)要求數(shù)量的樣本對(duì)，形成一個(gè)訓(xùn)練集；5.建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并用所得樣本對(duì)對(duì)模型依據(jù)BP算法進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)從特征值到熔核直徑的映射；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是兩個(gè)輸入、一個(gè)輸出，中間一個(gè)隱層，隱層結(jié)點(diǎn)的數(shù)目是5的結(jié)構(gòu)，隱層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為Sigmoid函數(shù)，輸出層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為線性函數(shù)；6.將訓(xùn)練好的模型用于鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。文檔編號(hào)G06N3/06GK101241001SQ20081005234公開日2008年8月13日申請(qǐng)日期2008年2月28日優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日發(fā)明者李永艷,李海鵬,薛海濤,趙維民,鄭振太申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)