[发明专利]超声波焊头损耗状态监控方法及系统

说明书

本发明公开一种超声波焊头损耗状态监控方法，包括获取焊头焊接过程的振动时序数据；分别从时域方向和频域方向提取所述振动时序数据的时域特征和频域特征，并将所述时域特征和所述频域特征组成多维特征向量；对所述多维特征向量进行无监督聚类处理，计算焊头当前损耗状态与前一个损耗状态之间相似度；基于所述相似度，管控焊头损耗状态。可以实时反映出超声波焊头的损耗状态，防止电芯因焊头损监控不及时，引起批量的焊接不良的质量问题；通过超声波焊头的损耗状态来判断寿命状态，可以最大化超声波焊头的使用生命周期。

技术领域

本发明涉及焊接检测技术领域，具体涉及一种超声波焊头损耗状态监控方法及系统。

背景技术

锂电池电芯的制造中，超声波焊接是电池制作工序中的重要环节，超声波焊接系统的主要组件包括发生器、换能器、变幅杆、焊头三联组、模具和机构，其中超声波焊头是超声波末端的统称，其作用是将换能器产生的超声波耦合到补加工物体中，超声波焊接是利用高频振动波通过焊头传递到两个需要焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的融合。高频振动与加压摩擦的状态下，使得焊头会产生损耗，随着焊接次数的增加，焊头损耗也会相应的叠加。超声波焊头作为和焊接物体直接接触物，焊头的表面平整度将直接影响电池的质量、安全以及最终电池容量的一致性。

目前，对焊头寿命的管控是通过管控焊接次数来进行现场管理的，存在的缺陷在于：(1)焊头寿命监控的方式是基于焊接次数来来进行寿命管控，为了安全，往往焊头损耗状态并未失效，通过次数管控的方式增加了制造成本；(2)焊接次数达到的焊头需要进行返修，返修后重新使用，但是返修后焊头的状态与全新焊头的初始状态不一致，采用同样的标准管控，并不合理，会对电芯质量有一定安全风险；(3)因为来料差异性，现场工艺会根据实际情况对焊接机参数进行调节，导致每批次超声波焊接时焊头损耗的状态不稳定，仅通过焊接次数进行寿命管控，会增加焊接不良的质量风险。

在相关技术中，申请公布号为CN111168195A的中国发明专利申请文献提出的基于IPv6的电焊机集群监控控制方法，将采集的焊接生产参数进行聚类分析，对电焊机焊接质量进行异常检测，管控焊接后产品的质量。文献“焊接结构质量的聚类分析，现代制造工程2008年第2期，宗培等”提出了针对多指标评价、优选和分类等问题应用聚类分析方法对某压力容器的各个分段的焊接质量进行分类。但这些技术中均是对焊接质量进行检测分类，而不适应于超声波焊头损耗状态的监测，而且均采用的是层次聚类方法，对于层次聚类一旦一个分裂或者合并被执行，就不能修正，聚类质量受限制，而且容易受到奇异值的干扰。

因此，锂电行业目前对焊头的损耗状态无有效的管控方式，亟需一种科学合理且有效的损耗状态监控方式来取代仅通过焊接次数来对超声波焊头进行寿命管控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何对超声波焊头损耗状态进行科学合理且有效的监控。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：

第一方面，本发明提出了一种超声波焊头损耗状态监控方法，所述方法包括：

获取焊头焊接过程的振动时序数据；

分别从时域方向和频域方向提取所述振动时序数据的时域特征和频域特征，并将所述时域特征和所述频域特征组成多维特征向量；

对所述多维特征向量进行无监督聚类处理，计算焊头当前损耗状态与前一个损耗状态之间相似度；

基于所述相似度，管控焊头损耗状态。

进一步地，所述获取焊头焊接过程的振动时序数据，包括：

利用安装在所述焊头上的三轴振动传感器采集所述焊头焊接过程的振动时序数据；

其中，所述三轴传感器采集的最大频率大于等于超声波发生器的频率，所述三轴传感器的主方向与超声波振动方向一致。