一种基于压力检测的铜铝基材焊接控制方法与流程

本发明涉及焊接压力控制领域，具体涉及一种基于压力检测的铜铝基材焊接控制方法。

背景技术：

1、在铜铝基材焊接过程中，施加的压力可以有助于提高焊接区域的热传导，促进材料的流动，并减少气体和杂质的残留。通过监测压力的变化，可以实时调整焊接参数，如焊接压力、焊接速度等，以确保焊接质量。

2、相关技术中通常会使用压力传感器来监测施加在铜铝工件上的顶锻压力，实现对铜铝基材焊接的控制，但是铜铝焊接的主要原理是借助工件接触并相互运动，从而形成摩擦生热实现铜铝焊接，使得压力传感器基本上处于高温、高频振动的复杂监测环境中，导致无法准确检测铜铝工件上的顶锻压力，影响铜铝基材焊接的压力控制精度。

技术实现思路

1、为了解决铜铝焊接时压力传感器处于高温、高频振动的复杂监测环境中，导致无法准确测量铜铝工件上的顶锻压力，影响铜铝基材焊接的控制精度的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于压力检测的铜铝基材焊接控制方法，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明提出了一种基于压力检测的铜铝基材焊接控制方法，所述方法包括：

3、获取铜铝基材焊接过程中的压力信号、温度信号和振动信号，其中压力信号、温度信号和振动信号均是关于时间的函数；

4、在时间上均匀划分出不同的预设时长窗口，将任意一个预设时长窗口作为目标窗口，在目标窗口中均匀划分出不同的待测时刻，对目标窗口中的温度信号段和振动信号段进行相互解调，获得目标窗口中的温度提纯信号段和振动提纯信号段；根据目标窗口中的温度信号段、振动信号段、所述温度提纯信号段和所述振动提纯信号段，获得目标窗口中每个待测时刻的调制比；

5、根据目标窗口中的压力信号段在所有待测时刻的幅值的分布，构建压力信号段的自相关函数，获得目标窗口中压力信号段的周期性；根据每个预设时长窗口中的压力信号段在各待测时刻的幅值分布，获得目标窗口中压力信号段的基线形变系数；分别对目标窗口中的压力信号段、所述温度提纯信号段和所述振动提纯信号段分解出不同频率的正弦波，并根据目标窗口中压力信号段的所述周期性、所述基线形变系数以及所有所述正弦波的频率值，获得目标窗口中压力信号段的形变损失；

6、对目标窗口中的压力信号段进行独立成分分析，获得压力信号段不同的独立分量；根据目标窗口中的独立分量和压力信号段、独立分量在每个待测时刻的幅值、压力信号段的所述形变损失和每个待测时刻的所述调制比，从所述独立分量中筛选出目标窗口中压力信号段的主成分分量；基于所有预设时长窗口中的所述主成分分量，获得重构压力信号；

7、基于所述重构压力信号对铜铝基材焊接进行控制。

8、进一步地，所述根据目标窗口中的温度信号段、振动信号段、所述温度提纯信号段和所述振动提纯信号段，获得目标窗口中每个待测时刻的调制比包括：

9、分别对目标窗口中的温度信号段、振动信号段、温度提纯信号段和振动提纯信号段进行傅里叶变换，获得温度信号段的振幅谱和相位谱、振动信号段的振幅谱和相位谱、温度提纯信号段的振幅谱以及振动提纯信号段的振幅谱；

10、将温度信号段的振幅谱和温度提纯信号段的振幅谱相减，获得温度差分谱；对所述温度差分谱和温度信号段的相位谱进行逆傅里叶变换，获得目标窗口的振动干扰信号段；

11、将振动信号段的振幅谱和振动提纯信号段的振幅谱相减，获得振动差分谱；对所述振动差分谱和振动信号段的相位谱进行逆傅里叶变换，获得目标窗口的温度干扰信号段；

12、将所述振动干扰信号段和所述温度干扰信号段的比值，作为目标窗口的调制比函数；

13、将所述调制比函数在目标窗口中每个待测时刻的函数值，作为目标窗口中每个待测时刻的调制比。

14、进一步地，所述根据目标窗口中的压力信号段在所有待测时刻的幅值的分布，构建压力信号段的自相关函数，获得目标窗口中压力信号段的周期性包括：

15、将目标窗口中的压力信号段在所有待测时刻的幅值的标准差，作为目标窗口的压力信号离散度；

16、所述自相关函数的构建方式为：

17、；

18、其中，表示目标窗口中压力信号段的自相关函数，其自变量为时延变量；表示目标窗口中的压力信号段，其是关于时间的函数；表示目标窗口中的压力信号段的时延函数；表示目标窗口的压力信号离散度；表示目标窗口的起始时刻；表示目标窗口的终止时刻；表示目标窗口的长度；

19、将所述自相关函数的最大值，作为目标窗口中压力信号段的周期性。

20、进一步地，所述根据每个预设时长窗口中的压力信号段在各待测时刻的幅值分布，获得目标窗口中压力信号段的基线形变系数包括：

21、将每个预设时长窗口中的压力信号段在所有待测时刻的幅值的平均值，作为每个预设时长窗口中压力信号段的整体信号值；

22、将所有预设时长窗口的所述整体信号值的最小值，作为最小整体值；

23、对目标窗口的所述整体信号值和所述最小整体值的差值进行归一化处理，获得目标窗口中压力信号段的基线形变系数。

24、进一步地，所述分别对目标窗口中的压力信号段、所述温度提纯信号段和所述振动提纯信号段分解出不同频率的正弦波包括：

25、基于傅里叶变换，分别对目标窗口中的压力信号段、所述温度提纯信号段和所述振动提纯信号段进行分解，获得目标窗口中压力信号段的不同频率的正弦波、温度提纯信号段的不同频率的正弦波以及振动提纯信号段的不同频率的正弦波。

26、进一步地，所述根据目标窗口中压力信号段的所述周期性、所述基线形变系数以及所有所述正弦波的频率值，获得目标窗口中压力信号段的形变损失包括：

27、在目标窗口中，将压力信号段的所有正弦波的频率值的累加值，作为压力整体频率值；将所述温度提纯信号段的所有正弦波的频率值的累加值，作为第一形变频率值；将所述振动提纯信号段的所有正弦波的频率值的累加值，作为第二形变频率值；

28、将所述第一形变频率值和所述第二形变频率值的和值作为分子，将所述压力整体频率值作为分母，将比值作为目标窗口中压力信号段的形变频率占比；

29、将目标窗口中压力信号段的所述周期性、所述基线形变系数和所述形变频率占比的乘积值，作为目标窗口中压力信号段的形变损失。

30、进一步地，所述目标窗口中压力信号段的主成分分量的获取方法包括：

31、所述目标窗口中压力信号段的独立分量的数量为3，从三个独立分量中任意选取一个独立分量，作为待测独立分量，将除待测独立分量之外的两个独立分量作为待测独立分量的参考分量组；

32、根据目标窗口中的压力信号段、待测独立分量的参考分量组中的独立分量、参考分量组中的独立分量在每个待测时刻的幅值、每个待测时刻的所述调制比，获得待测独立分量的判定参数；

33、所述判定参数的表达式为：

34、；

35、其中，表示待测独立分量的判定参数；和分别表示待测独立分量的参考分量组中的两个独立分量；表示目标窗口中的压力信号段；表示目标窗口中压力信号段的形变损失；表示目标窗口的起始时刻；表示目标窗口的终止时刻；表示目标窗口中待测独立分量的参考分量组中的独立分量在第个待测时刻的幅值；表示目标窗口中待测独立分量的参考分量组中的独立分量在第个待测时刻的幅值；表示目标窗口中第个待测时刻的调制比；表示目标窗口中待测时刻的数量；

36、将所述判定参数的最小值对应的独立分量，作为目标窗口中压力信号段的主成分分量。

37、进一步地，所述基于所有预设时长窗口中的所述主成分分量，获得重构压力信号包括：

38、对所有预设时长窗口中的所述主成分分量进行非线性拟合，获得重构压力信号。

39、进一步地，所述基于所述重构压力信号对铜铝基材焊接进行控制包括：

40、将重构压力信号中实时的压力数据输入到pid控制器，对铜铝基材焊接进行控制。

41、进一步地，所述对目标窗口中的温度信号段和振动信号段进行相互解调，获得目标窗口中的温度提纯信号段和振动提纯信号段包括：

42、将目标窗口中的温度信号段和振动信号段的比值，作为目标窗口中的温度提纯信号段；

43、将目标窗口中的振动信号段和温度信号段的比值，作为目标窗口中的振动提纯信号段。

44、本发明具有如下有益效果：

45、本发明考虑到铜铝焊接时压力传感器处于高温、高频振动的复杂监测环境中，导致无法准确监测铜铝工件上的顶锻压力，影响铜铝基材焊接的压力控制精度，因此本发明首先获取铜铝基材焊接时的压力信号、温度信号和振动信号，便于后续对三种信号进行分析，从而消除高温和高频振动对压力监测的影响，考虑到温度和振动这两种环境干扰成分对压力信号的影响程度在不同的局部位置存在差异，因此可首先均匀划分出多个预设时长窗口，由于温度信号和振动信号也存在相互干扰，因此可首先提取出目标窗口中的温度提纯信号段和振动提纯信号段，进而通过获取的调制比反映温度信号和振动信号之间相互干扰的程度，便于后续提取出压力信号的主成分分量，消除温度和振动信号的干扰，由于温度和振动信号向压力信号中增加了大量周期性干扰成分，因此可通过周期性反映压力信号中存在的周期性干扰成分的可能性，考虑到温度和振动信号会使得压力信号的基线发生形变，因此可通过基线形变系数反映压力信号段基线的变化程度，进而通过形变损失反映压力信号段受到干扰所产生的形变损失情况，对压力信号段进行独立成分分析，并结合所有预设时长窗口中的主成分分量得到消除复杂环境干扰的重构压力信号，使得压力传感器能够准确监测铜铝工件上的顶锻压力，提高对铜铝基材焊接的控制精度。