一种电池PACK激光焊接OCT动态零点标定方法及系统与流程

本发明涉及激光焊接，尤其涉及一种电池pack激光焊接oct动态零点标定方法及系统。

背景技术：

1、动力电池pack是新能源汽车、储能设备的核心组成部分，激光焊接因焊接效率高、焊缝力学性能优、适配自动化产线等优势，成为pack生产的核心工序，目前行业普遍采用光学相干层析技术oct实现焊接熔深非接触式在线监测，该技术通过采集工件上表面、匙孔底部两路反射光的光程差计算冶金熔深，具备分辨率高、响应速度快、抗干扰能力强等特点，是主流的焊接质量管控手段；然而，在pack实际量产过程中，受电芯堆叠公差、零部件装配间隙、工装装夹偏差、焊接热变形等因素影响，工件普遍存在z向±1~10mm左右高度浮动；同时产线包含长短不一的焊缝、高低不同的焊接速度，以激光飞行焊为代表的连续化工艺要求设备全程无停顿、高节拍运行。

2、现有oct零点标定采用静态标定，在设备停机时完成零点设定，无法适配逐件工件高度公差与焊接过程温漂、热变形带来的动态偏移，单一固定零点导致熔深测量数据系统性偏大或偏小；带载标定在激光满功率焊接过程中提取零点，高温等离子体、飞溅、烟尘及匙孔液态金属波动形成大量虚假反射峰，造成零点随机跳变；部分采用前端标定区的方案将标定段固定为单一极窄区间，无法根据焊缝长度、焊接速度、轨迹形态灵活调整，短焊缝采样帧数不足、长焊缝冗余浪费，降低了oct熔深检测的精度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种电池pack激光焊接oct动态零点标定方法及系统，通过将焊缝前端动态划分为零功率标定区间，在无焊接干扰的空载环境下逐缝独立完成零点标定，并基于运动状态自适应调整标定区间长度、通过速度加权与信噪比自适应滤波提升零点精度、结合置信度评估实现标定质量闭环控制，有效消除了工件高度浮动、光路温漂及焊接干扰对零点的影响，提升了oct熔深检测的精度与产线适应性。

2、本发明的技术方案是这样实现的：第一方面，本发明提供了一种电池pack激光焊接oct动态零点标定方法，包括以下步骤：

3、s1，焊前完成参数配置，设定标定区间的最大长度上限；

4、s2，焊接启动后实时采集焊枪的运动状态特征，根据运动状态特征计算标定区间的终止位置，并将单条激光焊接路径动态划分为标定区间和主焊接区间；

5、s3，在标定区间内控制激光器输出功率为0，保持正常焊接运动状态，oct持续采集工件表面的干涉信号，根据每帧信号采集时刻的瞬时速度对信号进行加权处理，生成加权标定信号序列；

6、s4，实时计算每帧oct信号的信噪比，根据信噪比选择对应的滤波策略，对滤波后所有有效帧信号进行加权融合，生成当前焊缝对应的oct测量零点；

7、s5，对oct测量零点进行置信度评估，计算得到综合置信度评分，当评分高于第一预设阈值时标定通过，当评分介于第一预设阈值与第二预设阈值之间时延长标定区间重新计算，当评分低于第二预设阈值时触发报警；

8、s6，当设备运行至标定区间终点时，激光功率在预设过渡时间内从零平滑上升至额定焊接功率，oct在过渡期间持续采集信号并对过渡区数据进行预测性补偿，进入主焊接区间完成正式焊接作业；

9、s7，在主焊接区内以oct测量零点为基准，对oct原始深度数据进行基线偏移补偿，结合工件材质折射率计算得到冶金熔深结果，并判定焊接缺陷；

10、s8，获取每条焊缝的标定参数和冶金熔深结果，建立标定区间最优长度与焊接参数之间的映射关系模型，以输出相应类型焊缝的标定区间预设值。

11、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s2包括以下子步骤：

12、s21，焊接启动后实时采集焊枪的瞬时速度、加速度、加加速度及轨迹曲率，构建运动状态特征向量；

13、s22，根据运动状态特征向量中的瞬时速度和加速度，计算焊枪从静止加速至匀速所需的加速时间，并对加速时间段内的速度进行积分，得到加速段位移；

14、s23，以滑动时间窗口内的速度波动标准差作为运动平稳性量化指标，计算当前时间窗口内的速度波动标准差，并根据焊缝总长度和焊枪轨迹在当前时刻的曲率，计算焊缝全程的平均曲率；

15、s24，将最小标定区间长度与加速段位移、速度波动标准差和焊缝平均曲率的加权值相加，得到标定区间的初始终止位置，并将初始终止位置限制在预设的标定区间的最大长度上限以内，作为标定区间的最终终止位置；

16、s25，根据标定区间的最终终止位置，将单条激光焊接路径动态划分为标定区间和主焊接区间。

17、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s3包括以下子步骤：

18、s31，根据划分的标定区间，向激光发生模块发送零功率控制指令，控制激光器输出功率为0，振镜或机器人保持正常焊接运动状态，不产生激光焊接能量；

19、s32，oct探测模块在标定区间内持续采集工件表面的干涉信号，同时记录每一帧信号采集时刻对应的焊枪瞬时速度，得到原始oct信号序列及对应的速度序列；

20、s33，以当前帧信号采集时刻的瞬时速度除以参考速度后取平方，再取负值后作为自然常数e的指数，计算得到当前帧的速度权重系数；

21、s34，将原始oct干涉信号乘以对应的速度权重系数，得到加权标定信号，对所有帧信号依次进行处理，生成加权标定信号序列。

22、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s4包括以下子步骤：

23、s41，提取加权标定信号序列及对应的速度序列，并对每帧加权标定信号进行解调处理，提取干涉峰位置对应的深度值，得到各帧表面深度值；

24、s42，对每帧oct干涉信号，提取信号峰值区域的幅值最大值作为峰值幅值，提取非信号区域的幅值均值作为噪声基底幅值，以峰值幅值除以噪声基底幅值后取以10为底的对数再乘以20，得到对应帧oct干涉信号的信噪比；

25、s43，当信噪比高于高信噪比阈值时，判定当前帧信号质量优良，采用均值滤波，将当前帧信号及其前后相邻若干帧信号进行平均以平滑噪声；

26、当信噪比介于低信噪比阈值与高信噪比阈值之间时，判定当前帧信号存在孤立干扰，采用中值滤波，取当前帧信号及其前后相邻若干帧信号的中值作为滤波结果，剔除孤立干扰点；

27、当信噪比低于低信噪比阈值时，判定当前帧信号质量过差，标记为无效数据，并记录异常事件；

28、s44，将所有有效帧的速度补偿后的表面深度值分别乘以对应的速度权重系数和信噪比后求和，再除以所有速度权重系数与信噪比乘积之和，所得商值为当前焊缝对应的oct测量零点。

29、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s5包括以下子步骤：

30、s51，获取所有有效帧的表面深度值序列和对应的信噪比序列，以及标定区间的速度序列；

31、s52，计算所有有效帧的表面深度值的标准差，以参考标准差为基准，将1除以1加上当前标准差与参考标准差之商，得到标定区间的信号一致性评分；

32、s53，统计有效帧数与总帧数之比，得到标定区间的有效帧占比评分；

33、s54，以标定区间速度波动标准差除以参考速度标准差所得之商取负值后作为自然常数e的指数，得到标定区间的运动平稳性评分；

34、s55，将标定区间的信号一致性评分、有效帧占比评分和运动平稳性评分分别乘以对应的权重系数后求和，得到综合置信度评分；

35、s56，将综合置信度评分与第一预设阈值和第二预设阈值进行比较，当综合置信度评分高于第一预设阈值时，判定标定通过，零点参数下发至数据修正模块；当综合置信度评分介于第一预设阈值与第二预设阈值之间时，判定置信度不足，延长标定区间重新采集信号并重新计算焊缝对应的oct测量零点；当评分低于第二预设阈值时，判定标定失败。

36、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s6包括以下子步骤：

37、s61，路径识别模块实时监测焊枪或振镜的运行位置，当判定设备运行至标定区间终点时，触发功率切换指令；

38、s62，激光发生模块接收功率切换指令后，获取预设过渡时间，在预设过渡时间内，将激光输出功率从零平滑上升至额定焊接功率；

39、s63，oct探测模块在功率过渡期间持续采集干涉光谱信号，根据当前时刻的实际输出功率相对于额定功率的偏差，计算得到当前时刻的功率偏差值，以功率偏差值作为权重对oct深度测量值进行加权修正；

40、s64，功率上升至额定焊接功率后，激光器以额定功率稳定输出，oct探测模块切换至主焊接区间采集模式，同步采集工件表面和匙孔底部的两路反射干涉信号，进入主焊接区间完成焊接作业。

41、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s7包括以下子步骤：

42、s71，在主焊接区间内，oct探测模块持续采集干涉光谱信号，经解调处理后得到匙孔底部深度测量值；

43、s72，基于oct测量零点对匙孔底部深度测量值进行基线偏移补偿，将匙孔底部深度测量值减去oct测量零点，得到消除工件高度浮动和光路温漂影响后的相对深度值；

44、s73，获取当前工件材质的光学折射率参数，将相对深度值乘以光学折射率参数，得到真实冶金熔深结果；

45、s74，将真实冶金熔深结果与预设熔深下限阈值和预设熔深上限阈值进行比较，当真实冶金熔深小于预设熔深下限阈值时，判定为虚焊缺陷，当真实冶金熔深大于预设熔深上限阈值时，判定为过焊缺陷，当真实冶金熔深介于预设熔深下限阈值与预设熔深上限阈值之间时，判定为合格焊缝。

46、在以上技术方案的基础上，优选的，步骤s8包括以下子步骤：

47、s81，获取并记录每条焊缝的标定参数和冶金熔深结果，所述标定参数至少包括标定区间长度、标定区运动状态特征和置信度评分，所述冶金熔深结果包括真实熔深值及缺陷判定结果；

48、s82，对历史记录的多条焊缝数据进行统计分析，以焊接速度、焊缝总长度和轨迹曲率作为输入参数，以标定区间最优长度作为输出目标，拟合建立标定区间最优长度与焊接参数之间的映射关系模型；

49、s83，当执行同类型焊缝焊接时，根据当前焊缝的焊接速度、焊缝总长度和轨迹曲率，代入映射关系模型计算得到优化后的标定区间预设值，以替换焊前设定的基准标定区间长度值。

50、第二方面，本发明还提供了一种电池pack激光焊接oct动态零点标定系统，采用电池pack激光焊接oct动态零点标定方法所实现，包括：

51、参数配置模块，用于焊前完成参数配置，设定标定区间的最大长度上限；

52、路径动态划分模块，用于焊接启动后实时采集焊枪的运动状态特征，根据运动状态特征计算标定区间的终止位置，并将单条激光焊接路径动态划分为标定区间和主焊接区间；

53、零功率标定模块，用于在标定区间内控制激光器输出功率为0，保持正常焊接运动状态，oct持续采集工件表面的干涉信号，根据每帧信号采集时刻的瞬时速度对信号进行加权处理，生成加权标定信号序列；

54、零点生成模块，用于实时计算每帧oct信号的信噪比，根据信噪比选择对应的滤波策略，对滤波后所有有效帧信号进行加权融合，生成当前焊缝对应的oct测量零点；

55、零点置信度评估模块，用于对oct测量零点进行置信度评估，计算得到综合置信度评分，当评分高于第一预设阈值时标定通过，当评分介于第一预设阈值与第二预设阈值之间时延长标定区间重新计算，当评分低于第二预设阈值时触发报警；

56、主焊接切换模块，用于当设备运行至标定区间终点时，激光功率在预设过渡时间内从零平滑上升至额定焊接功率，oct在过渡期间持续采集信号并对过渡区数据进行预测性补偿，进入主焊接区间完成正式焊接作业；

57、熔深计算缺陷判定模块，用于在主焊接区内以oct测量零点为基准，对oct原始深度数据进行基线偏移补偿，结合工件材质折射率计算得到冶金熔深结果，并判定焊接缺陷；

58、优化参数输出模块，用于获取每条焊缝的标定参数和冶金熔深结果，建立标定区间最优长度与焊接参数之间的映射关系模型，以输出相应类型焊缝的标定区间预设值。

59、第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有一种电池pack激光焊接oct动态零点标定方法及系统程序，所述一种电池pack激光焊接oct动态零点标定方法程序被执行时实现电池pack激光焊接oct动态零点标定方法。

60、本发明的电池pack激光焊接oct动态零点标定方法及系统相对于现有技术具有以下有益效果：

61、（1）通过将焊缝前端零功率标定区间与主焊接区间动态分离，在焊枪正常运动过程中完成逐缝专属零点标定，实现了标定过程与连续生产节拍的完全兼容；同时通过标定区间长度随焊枪运动状态的自适应调整、每帧信号按瞬时速度的加权处理、信噪比自适应滤波以及零点置信度闭环校验等环节的协同配合，使零点标定精度、稳定性和产线通用性均得到提升，oct熔深测量数据与金相实测结果保持高度一致，且兼容各类型焊缝、焊接速度与轨迹形态，为动力电池激光焊接量产提供了高可靠性的在线熔深检测保障；

62、（2）通过实时采集焊枪运动状态，以加速段位移、速度波动和焊缝曲率三个维度的加权融合动态优化标定区间长度，在保证充足标定样本的同时最大化有效焊接长度，兼顾了标定精度与生产效率，可适配全品类pack焊接工况；

63、（3）根据每帧oct信号采集时刻的焊枪瞬时速度计算速度权重系数，速度越高则该帧信号在零点计算中的贡献越低，有效削弱了焊枪加减速对标定信号采集的干扰；配合信噪比自适应滤波策略，使零点计算优先采用运动平稳、信号质量高的帧数据，大幅提升了零点标定的精度与可靠性；

64、（4）在零功率标定区间与主焊接区间之间设置预设过渡时间，将激光功率从零平滑上升至额定焊接功率，消除了功率突变引起的oct信号瞬态干扰；以实际功率偏差作为权重对过渡区oct深度测量值进行加权修正，使过渡区熔深测量数据与主焊接区数据平滑衔接，实现了两区间的无缝过渡。