一种电机定子焊接温度场均匀性控制方法及系统

本发明涉及焊接控制，具体地说，涉及一种电机定子焊接温度场均匀性控制方法及系统。

背景技术：

1、电机定子焊接是电机制造领域的关键工序，其核心作用在于实现定子铁芯与机座、铁芯叠片之间的固定连接，保障定子整体的结构强度、几何尺寸精度及电磁性能稳定性。

2、现有定子焊接工艺多应用于批量规模化的电机生产场景，通常依据行业经验预先设定固定的焊接顺序，普遍采用对称施焊、分段交替焊等成熟工艺方案，配合专用焊接工装完成定子周向、轴向全部焊缝的依次焊接作业。

3、但在实际生产应用中，采用固定焊接顺序的工艺方案无法根据定子实时温度场分布动态调整施焊次序，焊接过程中产生的热量持续向周边传导并不断累积，极易造成定子局部温度过高、全域温度场分布不均的问题，进而引发定子铁芯圆度超差、轴向形变不均、残余热应力集中等缺陷，直接影响定子的尺寸精度与电磁性能，严重时还会造成定子绝缘层热损伤，大幅降低电机的运行安全性与使用寿命，因此，提出一种电机定子焊接温度场均匀性控制方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电机定子焊接温度场均匀性控制方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供一种电机定子焊接温度场均匀性控制方法，包括如下步骤：

3、s1、依据电机定子的周向位置、轴向位置和焊缝位置，将电机定子划分为多个温度控制区域，选取一个温度控制区域作为首次焊接区域进行焊接；

4、s2、采集各温度控制区域的初始表面温度及环境温度，在首次焊接完成后连续采集各区域的表面温度，根据温升值、温升时刻及各区域与首次焊接区域的距离进行热量传播分析，得到不同距离区域的热量传播数据；

5、s3、依据热量传播数据确定有效传热范围，根据区域间距及有效传热范围对未焊接区域进行无传热焊接排序，形成基础焊接排序列表，使排序相邻区域的间距大于有效传热范围；

6、s4、当出现区域焊接完成后，采集各未焊接区域的当前表面温度，将实时表面温度处于预设焊前温度窗口内的区域确定为初始候选区域，同时根据热量传播数据、实时表面温度、环境温度及预设焊接参数，分别预测各初始候选区域焊接后的温度场，并确定预测峰值温度及温度场均匀性指标；

7、s5、对预测峰值温度超过预设温度上限的初始候选区域进行筛除，从剩余区域中选取温度场均匀性指标最小的区域作为下一焊接区域，然后按序控制焊接装置进行焊接，直至完成全部区域的焊接。

8、作为本技术方案的进一步改进，所述s1中，以电机定子的中心轴线为基准建立定子空间坐标系，以定子周向角度表示各焊缝在周向上的位置，以各焊缝至定子预设轴向基准面的距离表示各焊缝在轴向上的位置；

9、将各焊缝位置映射至定子空间坐标系，并根据焊缝的周向间距、轴向间距及焊缝长度确定各温度控制区域的区域边界；

10、将位于同一预设周向角度范围和同一预设轴向距离范围内的一个或者多个焝缝划入同一温度控制区域，使每个焊缝均对应温度控制区域；

11、随机选取一个温度控制区域作为首次焊接区域，并控制焊接装置对首次焊接区域进行焊接。

12、作为本技术方案的进一步改进，所述s2中，连续采集各温度控制区域的表面温度，并将未焊接前的表面温度作为初始表面温度，同时通过设置在电机定子外围且不受焊接热源直接照射的位置处的环境温度传感器采集环境温度；

13、提取首次焊接区域焊接后各温度控制区域的表面温度，根据采样时刻对各温度控制区域的表面温度进行时间排列，将排列的温度时间序列减去对应区域的初始表面温度，得到各温度控制区域在不同采样时刻的温升值；

14、从温度控制区域的温度时间序列中确定最大温升值、最大温升值对应的时刻、单位时间最大升温值及单位时间最大降温值，将焊接开始时刻与结束时刻之间的时间差确定为热传播延迟时间；

15、根据对应温度控制区域与首次焊接区域之间的周向距离、轴向距离和空间距离，建立空间距离与最大温升值、热传播延迟时间、升温速度及降温速度之间的传热关系，作为首次焊接区域向温度控制区域传播的热量传播数据，然后结合各温度控制区域与首次焊接区域的空间距离，从而得到不同距离区域的热量传播数据；

16、其中，热量传播数据仅建立在焊接开始时，温度时间序列的温升值上升的区域。

17、作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，在热量传播数据中提取最大距离区域，将首次焊接区域至最大距离区域的距离确定为有效传热距离，并依据有效传热距离形成以焊接区域为中心的有效传热范围；

18、将首次焊接区域作为当前排序区域，并建立包含全部未焊接温度控制区域的待排序区域集合；

19、计算待排序区域集合内各温度控制区域与当前排序区域之间的空间距离，并判断各空间距离与当前排序区域对应的有效传热距离的比值状态；

20、将空间距离大于有效传热距离的温度控制区域确定为无传热候选区域；

21、从无传热候选区域中选取与当前排序区域空间距离最大的温度控制区域，作为当前排序区域之后的下一排序区域，然后将下一排序区域从待排序区域集合中删除，并将其更新为当前排序区域，重复计算、判断、选取及删除过程，直至完成全部未焊接温度控制区域的排序，得到基础焊接排序列表。

22、作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，在当前温度控制区域焊接完成后的预设判断时段内，连续获取各未焊接温度控制区域的多帧表面温度数据；

23、按照采集时间对多帧表面温度数据进行排列，并对相邻采集时刻的表面温度差值进行计算，根据所述表面温度差值与对应采集时间间隔，确定各未焊接温度控制区域的温度变化速率；

24、判断未焊接温度控制区域的当前表面温度是否不低于预设焊前温度下限且不高于预设焊前温度上限；

25、判断未焊接温度控制区域的温度变化速率是否处于预设温度变化速率范围内；

26、在上述判断结果均满足时，将对应的未焊接温度控制区域确定为初始候选区域；

27、在任一判断结果不满足时，保持对应温度控制区域的未焊接状态，并在下一采集周期重新进行判断。

28、作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，将预测开始时刻各温度控制区域的当前表面温度按照对应区域位置进行组合，形成预测初始温度场，根据初始候选区域所采用的焊接功率、焊接速度、焊接时长、焊接轨迹及焊接热源作用面积，确定候选焊接热输入；

29、依据热量传播数据中与各温度控制区域的空间距离和传播方向相对应的数据，确定候选焊接热输入传递至各温度控制区域后的预测温升、预测传播延迟及预测升温过程；

30、依据各温度控制区域的当前表面温度、环境温度及降温速度，确定各温度控制区域在预设预测时段内的预测散热温降；

31、按照时间顺序将预测初始温度场、预测温升及预测散热温降进行组合，得到各预测时刻对应的预测温度分布，并由各预测时刻对应的预测温度分布形成预测温度场。

32、作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，分别提取预测时段内初始候选区域、与初始候选区域相邻的已焊接区域、与初始候选区域相邻的未焊接区域的预测表面温度，并分别确定各区域在预测时段内的最高预测表面温度，确定为该初始候选区域对应的预测峰值温度；

33、根据预测温度场确定同一预测时刻各温度控制区域的最高表面温度与最低表面温度之间的预测最大温差，确定各温度控制区域的预测表面温度相对于全部温度控制区域平均预测表面温度的离散程度，根据电机定子的周向位置和轴向位置，确定周向对称温度控制区域之间的预测温差以及轴向对应温度控制区域之间的预测温差，根据相邻温度控制区域之间的空间距离及预测温差，确定相邻区域之间的预测温度梯度；

34、对预测最大温差、离散程度、周向对称区域温差、轴向对应区域温差及预测温度梯度进行归一化和加权处理，将处理结果确定为温度场均匀性指标。

35、作为本技术方案的进一步改进，所述s5中，将预测峰值温度超过预设温度上限的初始候选区域从候选集合中删除；

36、按照温度场均匀性指标由小至大的顺序，对候选集合中的剩余初始候选区域进行排列，将排列首位的初始候选区域确定为下一焊接区域，并控制焊接装置按序进行焊接，直至完成所有区域。

37、本发明的目的之二在于，提供了一种电机定子焊接温度场均匀性控制系统，包括上述中任意一项所述的一种电机定子焊接温度场均匀性控制方法，包括数据获取模块、指标确定模块、焊接控制模块；

38、所述数据获取模块用于依据电机定子的周向位置、轴向位置和焊缝位置，将电机定子划分为多个温度控制区域，选取一个温度控制区域作为首次焊接区域进行焊接，采集各温度控制区域的初始表面温度及环境温度，在首次焊接完成后连续采集各区域的表面温度，根据温升值、温升时刻及各区域与首次焊接区域的距离进行热量传播分析，得到不同距离区域的热量传播数据；

39、所述指标确定模块用于依据热量传播数据确定有效传热范围，根据区域间距及有效传热范围对未焊接区域进行无传热焊接排序，形成基础焊接排序列表，使排序相邻区域的间距大于有效传热范围，当出现区域焊接完成后，采集各未焊接区域的当前表面温度，将实时表面温度处于预设焊前温度窗口内的区域确定为初始候选区域，同时根据热量传播数据、实时表面温度、环境温度及预设焊接参数，分别预测各初始候选区域焊接后的温度场，并确定预测峰值温度及温度场均匀性指标；

40、所述焊接控制模块用于对预测峰值温度超过预设温度上限的初始候选区域进行筛除，从剩余区域中选取温度场均匀性指标最小的区域作为下一焊接区域，然后按序控制焊接装置进行焊接，直至完成全部区域的焊接。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果：

42、1、一种电机定子焊接温度场均匀性控制方法及系统，通过构建适配定子圆柱回转结构的空间坐标系，依据焊缝的周向分布与轴向分布完成温度控制区域的划分，实现了定子焊接温度场的网格化离散管控，并通过首次焊接的在线实测提取各区域的热量传播特征，量化标定焊接热源的有效传热范围，以此为依据生成无传热干扰的基础焊接排序列表，从空间布局层面保证排序相邻的施焊区域无热量叠加，从源头上抑制了局部热量累积的问题，有效降低了定子局部过热的风险。

43、2、一种电机定子焊接温度场均匀性控制方法及系统，设置了焊前温度窗口与温度变化速率的双重准入筛选机制，保障各区域施焊前的热状态稳定一致；同时结合实测标定的热量传播规律、实时表面温度与环境温度参数，实现候选区域施焊后全域温度场的快速预测，无需依赖复杂的离线有限元计算，即可适配不同定子工件的材质差异、装夹状态与现场环境波动，既保证了温度场预测的准确性，又满足了工业在线控制的实时性要求，为焊接顺序的动态优化提供了可靠的数据依据。