一种电阻点焊拉剪力预测方法及系统

本发明涉及电阻点焊质量检测，具体公开了一种电阻点焊拉剪力预测方法及系统。

背景技术：

1、电阻点焊广泛应用于汽车白车身和薄板结构件制造。在电阻点焊过程中，焊点的质量直接关系到焊接结构的强度和使用寿命。焊点质量的关键指标之一是焊点的拉剪力，即焊点在剪切应力下所能承受的最大剪切力，反映了焊点抵抗变形和断裂的能力。为确保焊接质量，准确预测焊点拉剪力显得尤为重要拉剪力是评价焊点承载能力的重要指标，但拉剪试验会破坏试样，生产现场通常只能使用见证试样、抽样检测或无损检测进行间接质量控制。

2、现有数据驱动预测方法在样本量有限时容易受到训练测试划分影响。物理仿真能够生成熔核几何、热输入和能量利用等中间量，但将全部中间量直接输入预测模型，可能引入噪声特征和高度相关特征。仅使用一次数据划分评价特征贡献和模型性能，还会使偶然的数据组成同时影响特征选择及性能结论。

3、因此，需要一种把物理特征筛选、重复随机划分评价、拉剪力预测分布和现场检验动作连接起来的技术方案，使预测系统能够识别稳定有效的物理信号，并把预测不确定性转化为可执行的质量复核指令。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、基于此，本发明旨在小样本条件下降低噪声物理特征和单次随机划分对小样本电阻点焊拉剪力预测的影响，并为制造现场提供与预测风险相匹配的检验指令。

3、（二）技术方案

4、为解决上述技术问题，本发明提出了一种电阻点焊拉剪力预测方法，所述电阻点焊拉剪力预测方法用于在小样本条件下对电阻点焊拉剪力进行预测并输出达到预设拉剪力标准的达标概率，其电阻点焊拉剪力预测方法包括：

5、s1、数据获取：获取多个电阻点焊样本的焊接电流、焊接时间、电极力、板厚以及各个所述电阻点焊样本对应的拉剪力；

6、s2、物理仿真：根据s1步骤获取的各个所述电阻点焊样本的工艺参数输入瞬态热传导物理仿真模型以获得多个候选物理中间特征；

7、s3、配对随机划分：预设多轮随机划分序列，并将所述电阻点焊样本重复划分为训练集和测试集，在每轮划分中使用相同所述训练集和测试集分别评价完整特征集和逐项移除所述候选物理中间特征后的预测性能，得到各个所述候选物理中间特征的配对性能差值分布；

8、s4、稳定性筛选：根据所述配对性能差值分布和候选物理中间特征之间的相关性，构建精简物理特征集；

9、s5、物理锚定预测模型：基于s1步骤获取的工艺参数和所述精简物理特征集训练物理锚定预测模型；

10、s6、不确定性评估：汇总多个所述物理锚定预测模型对目标焊点的拉剪力预测结果以形成拉剪力预测分布，并计算各个所述电阻点焊样本的预测均值、预测离散度和达到预设拉剪力标准的达标概率；

11、s7、根据各个所述电阻点焊样本的所述达标概率和预测离散度，通过检验指令输出接口输出：批次放行、扩大抽样、批次隔离、无损检测复核或试样拉剪验证中的至少一种检验指令。

12、优选地，s3步骤中所述多轮随机划分采用相同的随机种子序列分别评价完整特征集和逐项移除特征集，以使各个所述候选物理中间特征在每轮划分中的性能差值通过的相同训练样本和相同测试样本配对获得。

13、优选地，s3步骤中以决定系数或误差指标的反向值作为统一性能得分；当移除所述候选物理中间特征后的配对性能差值均值大于正向阈值时，将所述候选物理中间特征判定为正向特征，当所述移除所述候选物理中间特征后的配对性能差值均值不大于零时，将所述候选物理中间特征判定为噪声特征，并根据所述配对性能差值的标准差或分位区间表征判定稳定性。

14、优选地，当两个所述候选物理中间特征的相关系数绝对值大于预设相关阈值时，将两个所述候选物理中间特征均判定为冗余特征，并保留其中性能贡献高或计算成本低或物理含义稳定的至少一个特征。

15、优选地，所述精简物理特征集包括熔核直径、熔透率、归一化压痕、能量效率、总输入能量和有效熔化热。

16、优选地，面向计算资源受限的部署场景，从所述精简物理特征集中选取能量效率、熔透率、归一化压痕和有效熔化热构成部署特征子集。

17、优选地，对于预测的新焊点，通过所述多轮随机划分训练得到的各预测模型分别输出预测值；对历史样本进行验证时，则汇总该历史样本未参与对应模型训练的轮次所产生的预测值。

18、优选地，所述达标概率为拉剪力预测分布中不低于预设拉剪力标准的预测值数量占预测值总数量的比例；当所述达标概率低于第一阈值或预测离散度高于离散度阈值时，输出批次隔离、扩大抽样、无损检测复核或试样拉剪验证指令。

19、本发明还提供一种电阻点焊质量预测系统，其电阻点焊质量预测系统包括处理器、存储器、数据接口和检验指令输出接口；所述存储器中存储有程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的电阻点焊拉剪力预测方法；所述数据接口用于接收焊接控制器输出的工艺参数，所述检验指令输出接口用于向制造执行系统、无损检测设备或抽样管理终端发送检验指令。

20、优选地，所述数据接口还用于接收材料牌号、镀层状态、电极端面尺寸和焊接设备标识中的至少一种工况信息，并将所述工况信息用于选择对应的物理仿真参数组或预测模型。

21、（三）有益效果

22、与现有技术对比，本发明的电阻点焊拉剪力预测方法具备如下优点：（1）完整特征集与逐项移除特征集使用相同的训练样本和测试样本，可使性能差值主要反映被移除物理特征的贡献。

23、（2）利用多轮性能差值分布而不是单次差值进行筛选，可同时获得贡献大小和稳定性信息。

24、（3）物理锚定模型在小样本神经网络训练不稳定时提供预测基准，其作用是降低失效风险，而非保证所有机器学习模型均获得精度提升。

25、（4）样本级预测分布将模型波动转换为达标概率和离散度，并进一步转换为可执行检验指令。

26、（5）精简物理特征集减少无效仿真输出参与部署计算，有利于降低计算量并改善解释性。

27、综上，本发明提供的一种电阻点焊拉剪力预测方法，其通过配对重复随机划分将物理仿真生成的中间量进行筛选后构建精简物理特征集，再将其输入物理锚定预测模型，避免直接将全部中间量输入预测模型所导致的引入噪声特征和高度相关特征干扰预测，并且其多轮随机划分还能够避免单次对小样本电阻点焊拉剪力预测的影响，而样本级预测分布将模型波动转换为达标概率和离散度则进一步为制造现场提供与预测风险相匹配的检验指令，便于实际检测过程中的自动化检测实施。

1.一种电阻点焊拉剪力预测方法，所述电阻点焊拉剪力预测方法用于在小样本条件下对电阻点焊拉剪力进行预测并输出达到预设拉剪力标准的达标概率，其特征在于，所述电阻点焊拉剪力预测方法包括：

2.根据权利要求1所述的电阻点焊拉剪力预测方法，其特征在于，s3步骤中所述多轮随机划分采用相同的随机种子序列分别评价完整特征集和逐项移除特征集，以使各个所述候选物理中间特征在每轮划分中的性能差值通过的相同训练样本和相同测试样本配对获得。

3.根据权利要求2所述的电阻点焊拉剪力预测方法，其特征在于，s3步骤中以决定系数或误差指标的反向值作为统一性能得分；当移除所述候选物理中间特征后的配对性能差值均值大于正向阈值时，将所述候选物理中间特征判定为正向特征，当所述移除所述候选物理中间特征后的配对性能差值均值不大于零时，将所述候选物理中间特征判定为噪声特征，并根据所述配对性能差值的标准差或分位区间表征判定稳定性。

4.根据权利要求3所述的电阻点焊拉剪力预测方法，其特征在于，当两个所述候选物理中间特征的相关系数绝对值大于预设相关阈值时，将两个所述候选物理中间特征均判定为冗余特征，并保留其中性能贡献高或计算成本低或物理含义稳定的至少一个特征。

5.根据权利要求1所述的电阻点焊拉剪力预测方法，其特征在于，所述精简物理特征集包括熔核直径、熔透率、归一化压痕、能量效率、总输入能量和有效熔化热。

6.根据权利要求5所述的电阻点焊拉剪力预测方法，其特征在于，面向计算资源受限的部署场景，从所述精简物理特征集中选取能量效率、熔透率、归一化压痕和有效熔化热构成部署特征子集。

7.根据权利要求1所述的电阻点焊拉剪力预测方法，其特征在于，对于预测的新焊点，通过所述多轮随机划分训练得到的各预测模型分别输出预测值；对历史样本进行验证时，则汇总该历史样本未参与对应模型训练的轮次所产生的预测值。

8.根据权利要求1所述的电阻点焊拉剪力预测方法，其特征在于，所述达标概率为拉剪力预测分布中不低于预设拉剪力标准的预测值数量占预测值总数量的比例；当所述达标概率低于第一阈值或预测离散度高于离散度阈值时，输出批次隔离、扩大抽样、无损检测复核或试样拉剪验证指令。

9.一种电阻点焊质量预测系统，其特征在于，所述电阻点焊质量预测系统包括处理器、存储器、数据接口和检验指令输出接口；所述存储器中存储有程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至8任一项所述的电阻点焊拉剪力预测方法；所述数据接口用于接收焊接控制器输出的工艺参数，所述检验指令输出接口用于向制造执行系统、无损检测设备或抽样管理终端发送检验指令。

10.根据权利要求9所述的电阻点焊质量预测系统，其特征在于，所述数据接口还用于接收材料牌号、镀层状态、电极端面尺寸和焊接设备标识中的至少一种工况信息，并将所述工况信息用于选择对应的物理仿真参数组或预测模型。