融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法技术

一种融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法，在离线阶段，构造融合多传感时序信号机理模型的编码器

【技术实现步骤摘要】
融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法


[0001]本专利技术涉及的是一种焊接领域的技术，具体是一种融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法。

技术介绍

[0002]电阻点焊工艺是汽车、列车等载运工具薄壁车体制造的核心基础工艺，完成80％以上的焊装工作量。但由于缺少可靠的在线质检方法，车企不得不依赖于高成本、低效率的焊后人工抽检模式离线检测焊点质量。熔核尺寸等焊点截面的形貌尺寸是评判焊点质量的核心指标。焊接时，熔化形核位于层叠板材的接合面，具有封闭不可见特点，难以通过表面视觉和图像检测方法进行实时观测。因此，利用焊接过程的多传感动态时序信号实现焊点质量在线精密检测，是载运工具焊装制造转型升级的迫切需求，其核心在于建立多传感时序信号与焊点熔核尺寸的关联数学模型。
[0003]目前，常见的手段是利用神经网络等机器学习方法建立数据驱动的关联模型。但是，这种方法本质上属于黑箱模型，其预测性能非常依赖样本数据的量级和范围。在生产环境中，工艺参数和工况条件匹配复杂、变化频繁，与模型初始训练环境通常存在显著差异。一旦获取的多传感时序信号数据分布超过训练样本范围，模型的预测精度将显著降低。因此，单纯的数据驱动模型可解释性和泛化性差，建模所需的有标签数据量大。由于在大规模点焊生产时，难以获取足够的有标签样本数据，使得上述方法难以适应实际生产的工况复杂变化。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术采用单纯黑箱模型可解释性差、泛化性不足的问题以及无法处理焊接过程中的多传感动态时序信号、无法提供焊点熔核尺寸的定量预测结果以及无法实现焊点质量的在线检测的不足，提出一种融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法，通过多物理场耦合数值仿真和基本物理方程构建多传感时序信号机理模型，从物理层面建立焊接过程多个传感信号与焊点截面形貌尺寸的精准逆向映射关联，避免引入传统黑箱模型中物理含义不明确的待定参数，提高模型的可解释性与可信度；同时，构造编码器
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解码器框架的传感信号无监督学习数据模型，利用多传感时序信号机理模型构造数据模型的解码器部分和损失函数，通过物理规律的先验约束对工况波动导致的传感信号差异进行映射对齐，提高质量预测模型在不同工况下的精度保持能力和外推性能。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术涉及一种融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法，在离线阶段，构造融合多传感时序信号机理模型的编码器
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解码器数据模型；在在线阶段，将焊接过程多个传感信号的实测值输入训练后的编码器
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解码器数据模型，将数据模型的中间层变量作为焊点截面形貌尺寸的定量预测结果，并与质量评判标准进行量化比对，从而实现焊点质量的在线检测。
[0007]所述的编码器
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解码器数据模型，具体通过以下方式构造得到：建立由焊接过程多个传感信号实测值与焊点截面形貌尺寸实测值一一对应的有标签实测数据集，根据有标签实测数据集建立并优化电阻点焊过程的数值仿真模型，从而得到随时间变化的焊点内部物理量仿真值；然后以随时间变化的焊点内部物理量仿真值、随时间变化的焊点截面形貌尺寸仿真值和焊接过程多个传感信号仿真值组成的仿真数据集建立并优化多传感时序信号机理模型；构建编码器
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解码器框架的数据模型，并以多传感时序信号机理模型为基础构造编码器
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解码器数据模型的解码器部分和损失函数，建立由焊接过程多个传感信号实测值组成的无标签实测数据集，通过无标签实测数据集训练编码器
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解码器数据模型的编码器部分。
[0008]所述的传感信号包括：动态电阻信号、瞬时功率信号、动态电极位移信号、超声波飞行时间信号中的至少两个时间序列组合，其中：动态电阻信号是指电阻点焊过程中两电极间的时变电阻值；瞬时功率信号是指电阻点焊过程中在两电极间施加的时变加热功率；动态电极位移信号是指电阻点焊过程中两电极间的相对距离变化；超声波飞行时间信号是指电阻点焊过程中超声波在两电极间传播所经历的时间长度变化。
[0009]所述的焊点截面形貌尺寸包括：焊点表面压痕直径、焊点表面压痕深度、焊点熔核直径和焊点熔核厚度。
[0010]所述的数值仿真模型为有限元或有限差分多物理场耦合仿真模型，该模型的输入是焊接工艺参数、电极端面尺寸和材料热物理属性，该模型的输出是焊接过程多个传感信号的仿真值、随时间变化的焊点截面形貌尺寸仿真值和随时间变化的焊点内部物理量仿真值。
[0011]所述的焊接工艺参数包括：焊接电流、焊接时间和电极压力；电极端面尺寸包括：电极端面直径和电极端面曲率半径；焊点内部物理量包括：焊点内部熔化区、热影响区等不同区域的温度场、应变场和电势场的统计量；材料热物理属性包括：随温度变化的高温热导率、高温电阻率、高温热焓、高温热膨胀系数、高温密度、高温泊松比、高温纵波声速等物理参量。
[0012]所述的优化电阻点焊过程的数值仿真模型是指：以获取可信的焊点内部物理量仿真值为目标，对数值仿真模型的可调参数进行调优，从而在相同焊接工艺参数和电极端面尺寸下，使数值仿真模型输出的焊接过程多个传感信号仿真值和焊点截面形貌尺寸仿真值与它们的实测值的差异小于或等于预设阈值，其中：数值仿真模型的可调参数是指工件与工件界面或电极与工件界面的接触电阻和界面接触热阻等接触参数。
[0013]所述的多传感时序信号机理模型是指：以基本物理定律为基础构造的多个解析计算模型，每个解析计算模型的输入和输出变量均为一维连续时间序列数据，输入变量包括随时间变化的焊点截面形貌尺寸仿真值、随时间变化的焊点内部物理量仿真值和随温度变化的被焊材料热物理属性，输出变量为焊接过程某一个传感信号的预测值。不失一般性地，将每一个解析计算模型的第一个输入变量固定为焊点截面形貌尺寸仿真值。
[0014]所述的基本物理定律包括：电阻定律、胡克定律、热膨胀定律、热传导定律、声波折射定律、牛顿第二定律等电学、力学、热力学、传热学、声学、运动学领域的基本物理方程。
[0015]所述的优化多传感时序信号机理模型是指：以建立多传感时序信号与焊点截面形貌尺寸的精准逆向映射关联为目标，对机理模型的可调参数进行调优，从而使机理模型输
出的多个传感信号预测值与所述数值仿真模型输出的多个传感信号仿真值的差异小于或等于预设阈值，其中：机理模型的可调参数是指被焊材料的高温热导率、高温电阻率、高温泊松比、高温纵波声速等物理参数，特别是熔核内处于高温熔融流动状态的难以实际精确测量的材料物理参数。
[0016]所述的编码器
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解码器数据模型是指：以自动编码器模型为基础构造的数据模型，该模型的架构具体包括：输入层、编码器部分、中间层、解码器部分和输出层，其中：输入层变量为焊接过程多个传感信号的实测值，每个传感信号对应一组一维时间序列数据，且各组数据在时间轴上需对齐；编码器部分为可处理时序信号的机器学习模型，通过对输入层变量进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法，其特征在于，在离线阶段，构造融合多传感时序信号机理模型的编码器
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解码器数据模型；在在线阶段，将焊接过程多个传感信号的实测值输入训练后的编码器
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解码器数据模型，将数据模型的中间层变量作为焊点截面形貌尺寸的定量预测结果，并与质量评判标准进行量化比对，从而实现焊点质量的在线检测。2.根据权利要求1所述的融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法，其特征是，所述的编码器
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解码器数据模型，具体通过以下方式构造得到：建立由焊接过程多个传感信号实测值与焊点截面形貌尺寸实测值一一对应的有标签实测数据集，根据有标签实测数据集建立并优化电阻点焊过程的数值仿真模型，从而得到随时间变化的焊点内部物理量仿真值；然后以随时间变化的焊点内部物理量仿真值、随时间变化的焊点截面形貌尺寸仿真值和焊接过程多个传感信号仿真值组成的仿真数据集建立并优化多传感时序信号机理模型；构建编码器
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解码器框架的数据模型，并以多传感时序信号机理模型为基础构造编码器
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解码器数据模型的解码器部分和损失函数，建立由焊接过程多个传感信号实测值组成的无标签实测数据集，通过无标签实测数据集训练编码器
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解码器数据模型的编码器部分；所述的传感信号包括：动态电阻信号、瞬时功率信号、动态电极位移信号、超声波飞行时间信号中的至少两个时间序列组合，其中：动态电阻信号是指电阻点焊过程中两电极间的时变电阻值；瞬时功率信号是指电阻点焊过程中在两电极间施加的时变加热功率；动态电极位移信号是指电阻点焊过程中两电极间的相对距离变化；超声波飞行时间信号是指电阻点焊过程中超声波在两电极间传播所经历的时间长度变化；所述的焊点截面形貌尺寸包括：焊点表面压痕直径、焊点表面压痕深度、焊点熔核直径和焊点熔核厚度。3.根据权利要求2所述的融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法，其特征是，所述的数值仿真模型为有限元或有限差分多物理场耦合仿真模型，该模型的输入是焊接工艺参数、电极端面尺寸和材料热物理属性，该模型的输出是焊接过程多个传感信号的仿真值、随时间变化的焊点截面形貌尺寸仿真值和随时间变化的焊点内部物理量仿真值；所述的焊接工艺参数包括：焊接电流、焊接时间和电极压力；电极端面尺寸包括：电极端面直径和电极端面曲率半径；焊点内部物理量包括：焊点内部熔化区、热影响区等不同区域的温度场、应变场和电势场的统计量；材料热物理属性包括：随温度变化的高温热导率、高温电阻率、高温热焓、高温热膨胀系数、高温密度、高温泊松比、高温纵波声速等物理参量。4.根据权利要求2所述的融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方法，其特征是，所述的优化电阻点焊过程的数值仿真模型是指：以获取可信的焊点内部物理量仿真值为目标，对数值仿真模型的可调参数进行调优，从而在相同焊接工艺参数和电极端面尺寸下，使数值仿真模型输出的焊接过程多个传感信号仿真值和焊点截面形貌尺寸仿真值与它们的实测值的差异小于或等于预设阈值，其中：数值仿真模型的可调参数是指工件与工件界面或电极与工件界面的接触电阻和界面接触热阻等接触参数。5.根据权利要求2所述的融合多传感时序信号机理模型的电阻点焊质量在线检测方
法，其特征是，所述的优化多传感时序信号机理模型是指：以建立多传感时序信号与焊点截面形貌尺寸的精准逆向映射关联为目标，对机理模型的可调参数进行调优，从而使机理模型输出的多个传感信号预测值与所述数值仿真模型输出的多个传感信号仿真值的差异小于或等于预设阈值，其中：机理模型的可调参数是指被焊材料的高温热导率、高温电阻率、高温泊松比、高温纵波声速等物理参数，特别是熔核内处于高温熔融流动状态的难以实际精确测量的材料物理参数。6.根据权利要求2所述的融合...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏裕俊，吕天乐，李卓然，李永兵，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：