一种基于参数优化的焊缝质量控制系统及方法与流程

本发明涉及大数据分析，具体是一种基于参数优化的焊缝质量控制系统及方法。

背景技术：

1、焊接作为金属结构制造过程中的关键连接工艺，其焊缝质量直接影响产品的结构强度、疲劳寿命以及服役可靠性。现有技术通常认为焊缝缺陷主要来源于单次焊接参数偏差，例如电流过大导致烧穿、电压异常导致成形不良、焊接速度变化导致未熔合等，因此多数控制方法围绕实时检测参数偏离程度进行补偿调整。然而，在实际连续焊接生产过程中，由于焊接设备长时间运行后，其热惯性、电极状态、送丝机构阻尼以及工件散热条件会产生缓慢变化，使焊接参数虽然始终处于设定范围内，但参数变化趋势与焊接热过程之间产生逐渐累积的相位偏移，导致焊缝内部形成非连续组织梯度,无法针对参数演化过程进行提前优化。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于参数优化的焊缝质量控制系统及方法，以解决现有技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于参数优化的焊缝质量控制方法，焊缝质量控制方法包括以下步骤：

3、步骤s1、获取合格焊接过程中的电流、电压、送丝速度、焊枪移动速度，生成焊接参数序列；

4、步骤s2、根据焊接参数序列，计算相邻时间节点之间的参数变化量、变化趋势、参数变化速度和参数变化加速度，形成参数演化特征集合；

5、步骤s3、根据参数演化特征集合和当前焊接过程分别构建参数演化轨迹模型和当前焊接过程参数演化轨迹片段，输出焊接状态偏移量；

6、步骤s4、当焊接状态偏移量超出预设阈值时，进行反向补偿调整，直至焊接状态偏移量恢复至预设阈值范围内。

7、进一步的，所述步骤s1的具体步骤如下：

8、获取历史焊接过程中电流传感器、电压传感器、送丝速度传感器和焊枪位移传感器输出的数据，形成多参数序列；

9、提取历史检测结果为合格的焊接过程对应的多参数序列，并将其中的参数按照时间顺序进行排序，构建焊接参数序列。

10、进一步的，所述步骤s2的具体步骤如下：

11、分别获取焊接参数序列中相邻时间节点中的电流、电压、送丝速度、焊枪移动速度，并计算相邻时间节点之间对应参数的变化量，所述计算相邻时间节点之间对应的参数变化量的计算公式为：

12、δxi(t)=xi(t)-xi(t-1)；

13、其中δxi(t)表示第t个时间节点下第i项焊接参数的变化量；xi(t)表示焊接参数序列中第t个时间节点对应的第i项参数状态值；xi(t-1)表示前一时间节点对应的第i项参数状态值；i表示焊接参数序列中的参数索引；

14、将相邻时间节点的参数变化量进行连续关联，计算参数变化趋势特征，所述参数变化趋势特征的计算公式为：

15、ti(t)=δxi(t)-δxi(t-1)/（∣δxi(t-1)∣+ε）；

16、其中，ti(t)表示第t个时间节点下第i项焊接参数的变化趋势特征；δxi(t)表示当前时间节点对应的参数变化量；δxi(t-1)表示前一时间节点对应的参数变化量；∣δxi(t-1)∣表示前一时间节点参数变化量的绝对值；ε表示预设修正因子；

17、基于参数变化量以及参数变化趋势特征，计算参数变化速度和参数变化加速度，其中参数变化速度计算公式为：

18、vi(t)=δxi(t)/（t-t1）；

19、参数变化加速度计算公式为：

20、ai(t)=vi(t)-vi(t-1)/（t-t1）；

21、其中，vi(t)表示第t个时间节点下第i项参数变化速度；ai(t)表示第t个时间节点下第i项参数变化加速度；δxi(t)表示参数变化量；t表示当前时间节点标识；t1表示相邻参考时间节点标识；vi（t-1）表示前一时间节点对应的参数变化速度；

22、获取参数变化量、参数变化趋势特征、参数变化速度和参数变化加速度，按照对应时间节点进行组合，形成参数演化特征集合f(t)={δxi(t)，ti(t)，vi(t)，ai(t)}。

23、进一步的，所述步骤s3的具体步骤如下：

24、调用参数演化特征集合中各时间节点对应的参数变化量、参数变化趋势特征、参数变化速度以及参数变化加速度进行连续排列，对参数演化特征集合中每个时间节点进行时间对齐，计算每一时间节点对应的参数演化特征计算平均值并按照时间推进关系连接，形成历史稳定焊接过程的参数演化轨迹模型；所述参数演化轨迹模型包括稳定焊接状态下各参数随时间变化形成的连续路径；

25、获取当前焊接过程参数演化特征集合，将当前连续时间节点对应的参数变化量、参数变化趋势特征、参数变化速度以及参数变化加速度按照时间顺序进行连接，形成当前焊接过程参数演化轨迹片段；

26、将当前焊接过程参数演化轨迹片段与参数演化轨迹模型进行轨迹方向关联分析，通过计算当前参数演化轨迹相对于参数演化轨迹模型的方向变化关系，获得焊接状态迁移偏移量，具体计算方式如下：

27、o(t)=αdf(t)+βdd(t)；

28、其中，o(t)表示第t个时间节点对应的焊接状态偏移量；df(t)表示当前焊接状态参数演化轨迹与历史稳定参数演化轨迹之间的特征位置偏移量；dd(t)表示当前焊接状态参数演化方向与历史稳定参数演化方向之间的方向偏移量；α表示特征位置偏移量对应的关联系数；β表示演化方向偏移量对应的关联系数；

29、所述特征位置偏移量和方向偏移量的计算公式分别为：

30、；

31、；

32、其中df(t)表示第t个时间节点对应的特征位置偏移量；f(t)表示当前焊接状态参数演化特征集合；fh(t)表示历史稳定焊接状态参数演化特征集合；||f(t)-fh(t)||表示当前参数演化特征与历史稳定参数演化特征之间的空间距离关系，dd(t)表示第t个时间节点对应的演化方向偏移量；表示当前焊接状态参数演化轨迹的方向向量；表示历史稳定焊接状态参数演化轨迹的方向向量；表示两个方向向量之间的关联关系；表示当前焊接状态参数演化轨迹方向向量的长度；表示历史稳定焊接状态参数演化轨迹方向向量的长度。

33、进一步的，所述步骤s4的具体步骤如下：

34、当焊接状态迁移偏移量超出预设阈值后，将当前焊接过程参数演化轨迹片段中相邻时间节点作为一个时间区间，根据每一时间区间内某一参数变化量与所有时间区间某一参数变化量之和比值，将焊接状态迁移偏移量分配到每一个时间区间，将剩余焊接过程平分为相同的数量的时间区间，根据每个区间分配到的焊接状态迁移偏移量数值进行在剩余焊接过程中按照时间区间顺序进行反向补偿。

35、进一步的，所述焊缝质量控制系统包括参数采集模块、特征分析模块、状态解析模块和参数优化模块；

36、所述参数采集模块用于获取焊接过程中的多维焊接参数数据并构建焊接参数序列；所述特征分析模块用于根据焊接参数序列计算参数变化关系并生成参数演化特征集合；所述状态解析模块用于根据参数演化特征集合构建参数演化轨迹模型并计算焊接状态偏移量；所述参数优化模块用于根据焊接状态偏移量生成参数调整路径并计算参数优化量。

37、进一步的，所述参数采集模块包括数据采集单元和序列构建单元；

38、所述数据采集单元用于采集焊接过程中的电流、电压、送丝速度、焊枪移动速度对应的状态数据；所述序列构建单元用于根据时间顺序对采集得到的焊接参数数据进行排列形成焊接参数序列。

39、进一步的，所述特征分析模块包括变化计算单元和特征生成单元；

40、所述变化计算单元用于计算相邻时间节点对应焊接参数之间的变化量、变化趋势、变化速度以及变化加速度；所述特征生成单元用于将参数变化量、参数变化趋势特征、参数变化速度以及参数变化加速度进行组合形成参数演化特征集合。

41、进一步的，所述状态解析模块包括轨迹建模单元和偏移计算单元；

42、所述轨迹建模单元用于基于历史稳定焊接过程对应的参数演化特征集合构建参数演化轨迹模型；所述偏移计算单元用于根据当前焊接过程参数演化轨迹片段与参数演化轨迹模型之间的关联关系计算焊接状态偏移量。

43、进一步的，所述参数优化模块包括路径规划单元和补偿调整单元；

44、所述路径规划单元用于根据焊接状态偏移量分配每个时间区间的反向调节数值。

45、所述补偿调整单元用于根据每个时间区间的反向调节数值对当前焊接过程进行调整。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

47、1、本发明通过将历史合格焊接过程的参数演化特征集合按时间推进构建为参数演化轨迹模型，并实时将当前焊接过程的参数演化轨迹片段与该模型进行特征位置偏移和演化方向偏移的双重关联分析，计算得到综合性焊接状态偏移量，能够提前识别因热惯性、电极状态变化等因素引起的参数演化趋势偏离，提高了焊接质量异常预警的准确性和提前性。

48、2、本发明通过将历史合格焊接过程的参数演化特征集合按时间推进构建为参数演化轨迹模型，并实时将当前焊接过程的参数演化轨迹片段与该模型进行特征位置偏移和演化方向偏移的双重关联分析，计算得到综合性焊接状态偏移量，有效解决了传统方法仅依赖单一参数阈值判定导致的漏判问题，能够提前识别因热惯性、电极状态变化等因素引起的参数演化趋势偏离，显著提高了焊接质量异常预警的准确性和提前性。

49、3、本发明通过设置预设阈值判定焊接状态偏移量，并在偏移超出阈值时启动反向补偿调整，将偏移量按照各时间区间内参数变化量占总变化量的比值分配到剩余焊接过程的每一个时间区间，逐区间进行逆向参数调节，改变了传统事后纠偏或即时超差修正的控制模式，能够提前主动干预参数演化方向，将偏移量逐步拉回至预设阈值范围内，从而有效消除焊接过程中因设备缓慢变化导致的累积性相位偏移。