[发明专利]一种铝合金熔焊过程状态检测方法及其装置

说明书

本发明公开了一种铝合金熔焊过程状态检测方法，包括步骤S1，获取铝合金熔焊过程中的金属光谱信号，采用包络法将金属光谱信号分离，得到金属背景谱和金属线谱；步骤S2，对多个金属线谱进行主成分分析，得到每份金属线谱的第一主分量的特征向量系数和第一主分量的特征向量曲线；步骤S3，确认步骤S2中得到的特征向量曲线中每个峰值对应的化学元素；步骤S4，根据步骤S2中得到的特征向量系数，依据特征向量系数对应得到的波长像素对步骤S3中确定的化学元素进行相关关系定性分析和敏感度评价。该方法基于金属光谱主成分分析的光谱信息深度挖掘和特征提取方法，能够实现对铝合金熔焊过程的状态检测。

技术领域

本发明属于铝合金熔焊技术领域；涉及金属光谱主成分分析的技术领域；具体的涉及一种铝合金熔焊过程状态检测方法；还涉及一种铝合金熔焊过程状态检测装置。

背景技术

铝合金熔焊是航空航天关键构件中的主要焊接成形制造方法之一，确保其焊接质量至关重要。在机器人推广应用及智能制造需求背景下，实现焊接过程状态监测及检测对提高焊接质量稳定性，推动焊接智能制造具有重要意义。而高效稳定的传感技术及全面的过程信息是机器人足够“智慧”并实现智能制造的关键。现有焊接过程检测技术主要基于熔池视觉图像、电弧声音、磁光成像、X射线、电弧光谱以及多信息融合等。相比其他信息，光谱传感有着信息量丰富，实时响应灵敏，与焊接内部冶金缺陷相关等优点。而金属光谱辐射主要来自焊接钨极、焊丝、母材，包含了大量化学元素，如Al，Mg，Fe，Mn等的等离子辐射信息，与焊接状态及质量息息相关。充分挖掘并利用丰富的光谱信息，对提高光谱信息利用率，提升对焊接过程物理过程的科学认知，推进焊接质量在线检测技术，进而促进机器人焊接过程智能化制造具有重要意义。

现有的光谱特征提取方法主要有比值法，即选择一条金属谱线，利用其线谱与背景谱比值作为激光焊接质量监测参数；等离子体温度法，即利用多条同类元素谱线，根据玻尔兹曼计算所得可反映焊接过程的稳定性。公开号为，CN 103878479B，专利名称为，一种基于光谱分析的激光焊T型搭接接头间隙的在线检测方法，通过检测500nm～600nm谱线峰值频率，利用origin计算得到间隙与峰值频率的定量关系，实现间隙的实时检测及焊接参数的及时调整，避免间隙和缺陷的产生。公开号为CN102615423B，专利名称为一种基于特征光谱的镀锌钢激光填粉焊接缺陷的在线诊断方法，利用CuI324.8nm谱线相对强度实时变化，监测焊接过程是否发生缺陷，并实时调整焊接参数。

目前光谱知识的挖掘方法比较单一，且多采用人工经验进行特征谱段的手动选取；光谱信息利用率不高，仅采用一条或多条同类元素谱线；所采用的计算方法对设备精度要求较高，对不同焊接材料和工艺的通用性及鲁棒性不高，难以在实际生产中推广应用。研究的难点主要是由于光谱信号包含了大量的参与电弧动态过程的元素辐射信息，且具有高度相关性。一个干扰往往引发多个元素谱线产生类似的响应，加之焊接过程的复杂性及动态特性，缺陷与光谱元素谱线之间的相关性比较模糊，没有唯一性。

发明内容

本发明提供了一种铝合金熔焊过程状态检测方法及其装置；该方法基于金属光谱主成分分析的光谱信息深度挖掘和特征提取方法，能够实现对铝合金熔焊过程的状态检测。

本发明的技术方案是：一种铝合金熔焊过程状态检测方法，包括步骤S1，获取铝合金熔焊过程中的金属光谱信号，采用包络法将金属光谱信号分离，得到金属背景谱和金属线谱；步骤S2，对多个金属线谱进行主成分分析，得到每份金属线谱的第一主分量的特征向量系数和第一主分量的特征向量曲线；步骤S3，确认步骤S2中得到的特征向量曲线中每个峰值对应的金属化学元素；步骤S4，根据步骤S2中得到第一主成分分量特征向量系数值，作为对确定的化学元素进行相关关系定性分析和敏感度评价；步骤S5，对步骤S2中的到特征向量曲线，采用梯形近似法则计算每个峰值的积分面积，该积分面积为表征焊接过程状态的特征参数；步骤S6，根据步骤S5得到的特征参数构建焊接过程中的SPC控制阈值，用于焊接过程的状态检测。

更进一步的，本发明的特点还在于：