一种基于光谱分析的FCC导体焊接瑕疵检测方法及系统与流程

本技术涉及焊接质量无损检测，更具体地说，本技术涉及一种基于光谱分析的fcc导体焊接瑕疵检测方法及系统。

背景技术：

1、fcc（flexible flat cable）导体是一种以聚酰亚胺薄膜为绝缘层、以薄铜带为导体层的柔性扁平导体，具有耐高温、耐弯折、绝缘可靠性高等特点，广泛应用于车载动力电池模组的电压采集与温度采集线路中。fcc导体通常通过hotbar热压焊接、端子刺破或连接器焊接等方式实现电气互连。由于导体层极薄且绝缘层为有机高分子材料，焊接热输入会同时影响焊点冶金结合质量与绝缘层结构完整性，焊接可靠性对电池模组的安全运行至关重要。

2、在fcc导体焊接瑕疵检测方面，现有技术手段主要包括人工目视检查、x射线成像、超声扫描检测以及红外热成像等。人工目检无法穿透绝缘层识别内部虚焊、气孔、裂纹等隐蔽性瑕疵；x射线检测成本高、速度慢，且难以区分绝缘层热损伤状态；超声检测受限于柔性薄层结构声阻抗差异，分辨率难以满足微焊点检测需求；红外热成像仅获取总辐射强度，缺乏光谱维度的材料信息，无法区分不同物理性质引起的热行为差异。此外，现有光谱检测方案多依赖外部主动激发光源，系统复杂度高，未充分利用焊接冷却阶段自发辐射所携带的材料特征信息。

3、在fcc导体实际焊接过程中，焊点内部瑕疵与绝缘层热损伤往往由同一焊接热过程诱发。焊点内部瑕疵位于金属层内，常规表面检测无法触及；绝缘层热损伤表现为聚酰亚胺的碳化、热变形或分层，信号微弱，难以在常规图像中有效区分。现有手段通常只针对单一缺陷类型进行检测，无法在不破坏样品、不剥离绝缘层的前提下同步判别两类瑕疵，导致检测工序冗长、漏检风险高，难以满足车载电池模组在线全检需求。因此，如何基于焊接冷却过程热辐射光谱特征波长分析，实现fcc导体焊接瑕疵无损分类成为了业界面临的难题。

技术实现思路

1、本技术提供一种基于光谱分析的fcc导体焊接瑕疵检测方法及系统，基于焊接冷却过程热辐射光谱特征波长分析，实现fcc导体焊接瑕疵无损分类。

2、第一方面，本技术提供一种基于光谱分析的fcc导体焊接瑕疵检测方法，包括下述步骤：

3、采集fcc导体在焊接完成后的冷却过程中自发辐射的热辐射光谱信号，并从所述热辐射光谱信号中提取至少两个不同特征波长处的辐射强度值；

4、根据所述至少两个不同特征波长处的辐射强度值计算焊接区域的冷却速率特征参量，并根据所述冷却速率特征参量相对于第一预设参照值的偏离程度，判断所述焊接区域是否存在焊点内部瑕疵；

5、从所述热辐射光谱信号中提取至少一个特征波长处的辐射强度值在时间维度上的衰减特征参量，并根据所述衰减特征参量相对于第二预设参照值的偏离程度，判断所述fcc导体的绝缘层是否存在热损伤；

6、当所述冷却速率特征参量落入第一预设参照值的正常区间且所述衰减特征参量落入第二预设参照值的正常区间时，判定为良品，否则判定为瑕疵品。

7、可选地，所述热辐射光谱信号的采集波段为900nm至1700nm。

8、可选地，从所述热辐射光谱信号中提取至少两个不同特征波长处的辐射强度值，具体包括：

9、将所述热辐射光谱信号按时间序列进行背景辐射校正和平滑处理；

10、在900nm至1700nm波段内选取第一特征波长和第二特征波长；其中，所述第一特征波长对应铜导体氧化物的特征吸收峰，所述第二特征波长对应聚酰亚胺绝缘层碳化产物的特征吸收峰；

11、按预设采样间隔分别提取所述第一特征波长和所述第二特征波长处的辐射强度值，并构成第一辐射强度序列和第二辐射强度序列。

12、可选地，根据所述至少两个不同特征波长处的辐射强度值计算焊接区域的冷却速率特征参量，具体包括：

13、在冷却时间窗内，计算同一采样时刻第二特征波长与第一特征波长处的辐射强度值的比值，得到比值序列；

14、对所述比值序列进行一阶差分运算，得到比值变化率序列；

15、取焊接结束时刻后预设短时窗内所述比值变化率序列中绝对值最大的值及其符号，作为所述冷却速率特征参量；其中，正号表示所述比值在冷却过程中趋于增大，负号表示所述比值在冷却过程中趋于减小。

16、可选地，根据所述冷却速率特征参量相对于第一预设参照值的偏离程度，判断所述焊接区域是否存在焊点内部瑕疵，具体包括：

17、获取与当前焊接工艺参数对应的第一预设参照值的正常区间，所述正常区间由良品样本的冷却速率特征参量统计分布确定；

18、当冷却速率特征参量为正值且高于正常区间上限时，判定存在虚焊；

19、当冷却速率特征参量为负值且低于正常区间下限时，判定存在气孔或裂纹；

20、当冷却速率特征参量位于正常区间内时，判定不存在焊点内部瑕疵。

21、可选地，从所述热辐射光谱信号中提取至少一个特征波长处的辐射强度值在时间维度上的衰减特征参量，具体包括：

22、选取第二特征波长作为衰减分析用特征波长；

23、截取焊接结束后冷却阶段中该特征波长辐射强度值随时间的衰减时程；

24、对所述衰减时程取自然对数并进行线性拟合，将拟合所得斜率的绝对值作为所述衰减特征参量。

25、可选地，根据所述衰减特征参量相对于第二预设参照值的偏离程度，判断所述fcc导体的绝缘层是否存在热损伤，具体包括：

26、获取与当前焊接工艺参数对应的第二预设参照值的正常区间，所述正常区间由未热损伤绝缘层样本的衰减特征参量统计分布确定；

27、根据所述衰减特征参量和第二特征波长处衰减时程的拟合残差，计算绝缘层热损伤指数；

28、当所述衰减特征参量小于所述正常区间下限，且所述绝缘层热损伤指数高于预设热损伤上限时，判定绝缘层发生碳化；

29、当所述衰减特征参量大于所述正常区间上限，且所述绝缘层热损伤指数低于预设热损伤下限时，判定绝缘层发生热变形或分层；

30、当所述衰减特征参量位于所述正常区间内，且所述绝缘层热损伤指数位于预设热损伤正常区间内时，判定绝缘层不存在热损伤。

31、进一步地，根据所述衰减特征参量和第二特征波长处衰减时程的拟合残差，计算绝缘层热损伤指数，具体包括：

32、获取衰减时程经线性拟合后的残差平方和，作为拟合残差；

33、对所述衰减特征参量相对于所述第二预设参照值的正常区间中心值的偏移量进行反向归一化，得到第一归一化偏移量；

34、对所述拟合残差相对于预设基准残差的偏移量进行归一化，得到第二归一化偏移量；

35、按预设权重对所述第一归一化偏移量与所述第二归一化偏移量进行加权求和，得到所述绝缘层热损伤指数。

36、可选地，当所述冷却速率特征参量落入第一预设参照值的正常区间且所述衰减特征参量落入第二预设参照值的正常区间时，判定为良品，否则判定为瑕疵品，具体包括：

37、将所述冷却速率特征参量与所述第一预设参照值的正常区间进行比较，同时将所述衰减特征参量与所述第二预设参照值的正常区间进行比较；

38、当所述冷却速率特征参量位于所述第一预设参照值的正常区间内，且所述衰减特征参量位于所述第二预设参照值的正常区间内时，输出良品信号；

39、当所述冷却速率特征参量超出所述第一预设参照值的正常区间时，输出焊点内部瑕疵信号，并记录对应的瑕疵类型；

40、当所述衰减特征参量超出所述第二预设参照值的正常区间时，输出绝缘层热损伤信号，并记录对应的热损伤类型；

41、当所述冷却速率特征参量和所述衰减特征参量均超出各自正常区间时，输出包含焊点内部瑕疵和绝缘层热损伤的复合瑕疵信号。

42、第二方面，本技术提供一种基于光谱分析的fcc导体焊接瑕疵检测系统，该系统包括：

43、采集模块，用于采集fcc导体在焊接完成后的冷却过程中自发辐射的热辐射光谱信号，并从所述热辐射光谱信号中提取至少两个不同特征波长处的辐射强度值；

44、第一判断模块，用于根据所述至少两个不同特征波长处的辐射强度值计算焊接区域的冷却速率特征参量，并根据所述冷却速率特征参量相对于第一预设参照值的偏离程度，判断所述焊接区域是否存在焊点内部瑕疵；

45、第二判断模块，用于从所述热辐射光谱信号中提取至少一个特征波长处的辐射强度值在时间维度上的衰减特征参量，并根据所述衰减特征参量相对于第二预设参照值的偏离程度，判断所述fcc导体的绝缘层是否存在热损伤；

46、输出模块，用于当所述冷却速率特征参量落入第一预设参照值的正常区间且所述衰减特征参量落入第二预设参照值的正常区间时，判定为良品，否则判定为瑕疵品。

47、本技术公开的实施例提供的技术方案具有以下有益效果：

48、本技术通过采集焊接冷却过程的自发热辐射光谱，选取对应铜氧化物特征吸收峰的第一特征波长和对应聚酰亚胺碳化产物特征吸收峰的第二特征波长并提取辐射强度序列，构建冷却速率特征参量与绝缘层热损伤指数，实现fcc导体焊点内部瑕疵与绝缘层热损伤的同步无损分类；首先，在冷却时间窗内计算第二特征波长与第一特征波长辐射强度值的比值序列并执行一阶差分运算，取预设短时窗内比值变化率序列中绝对值最大的值及其符号作为冷却速率特征参量，利用该参量的数值大小和正负方向分别对应虚焊与气孔、裂纹两类焊点内部瑕疵，实现单一特征参量对瑕疵类型的区分；其次，对第二特征波长处辐射强度的衰减时程取自然对数并线性拟合，以拟合斜率的绝对值作为衰减特征参量，同时获取拟合残差，对衰减特征参量相对于正常区间中心值的偏移量进行反向归一化，对拟合残差相对于预设基准残差的偏移量进行归一化，按预设权重加权求和得到绝缘层热损伤指数，其中反向归一化设计使碳化对应于指数的正向偏移、热变形或分层对应于负向偏移，从而以符号和幅值联合区分绝缘层热损伤类型与严重程度；最后，将冷却速率特征参量与绝缘层热损伤指数分别与各自正常区间比较，根据超出区间的参数类型输出焊点内部瑕疵信号、绝缘层热损伤信号或复合瑕疵信号；综上所述，本技术通过冷却速率特征参量的符号化分类与绝缘层热损伤指数的反向归一化设计，在不剥离绝缘层、不破坏样品的前提下实现了fcc导体焊点内部瑕疵与绝缘层热损伤的同步无损分类，大大提升了柔性扁平导体焊接质量检测的全面性与在线适用性。