[发明专利]电机定子叠片的脉冲激光微点焊焊接系统及焊接方法

权利要求书

1.一种电机定子叠片的脉冲激光微点焊焊接方法，采用电机定子叠片的脉冲激光微点焊焊接系统，包括以下步骤：

1)定子叠片装夹定位：将电工钢片叠装，并将导针插入定子叠片定子槽中，对其进行周向定位；再将叠装后的定子叠片套入承载平台的定位轴上，实现轴向定位；

2)定子叠片压装：中央控制模块控制动力单元连接压紧机构下行，压紧叠片；通过压力传感器监测压装力，反馈给中央控制模块实时调整控制信号，保证压装力恒定；

3)压装状态监测：利用传感监测模块的可见光工业相机进行叠片表面的数据采集，通过边缘提取算法获得叠片实际位置(x,y)、数量n、中心间距离s，进而监测叠片压装状态，并通过压力调节来维持叠片中心间距离s处于[s₁,s₂]范围内；

4)初始参数设定：所述初始参数包括脉冲频率f、占空比h：1、激光功率P、焊接速度v工艺参数，根据步骤3)中的叠片实际位置数据进行工艺参数设计，具体方法如下：

同时，根据叠片所需焊缝数n_h计算承载平台的旋转角度α与次数n_c，计算方法如下：

5)定子叠片微点焊过程信号采集：根据步骤3)中的叠片实际位置(x，y)、数量n与中心间距离s，通过中央控制模块控制两对称的激光喷嘴移动至待焊点，发射脉冲激光熔化叠片界面，发生微点焊；微点焊的同时，通过光谱仪、光电二极管、单点测温仪、工业相机传感器对焊接过程进行实时监测，采集一维不同光谱波段的强度信号或者二维不同光谱波段θ的图像信号；

6)微点焊过程信号处理与状态识别：

a)针对光谱仪与光电二极管的一维可见光波段信号，通过全因素试验获得定子叠片微点焊时的敏感光谱范围(a₁，a₂)、(a₃，a₄)、(a₅，a₆)……，对其中数据进行归一化处理，

最后获得响应幅度(a’，b’)最大的参数用于状态识别，并进行特定波段光谱强度与微点焊熔池状态映射关系的建立，给出基于一维可见光波段强度特征的微点焊熔池稳定判据，其中关键阈值为θ₁与θ₂，当(a’，b’)波段光谱强度θ＜θ₁时，能量输入不足，叠片无法充分熔融，不能稳定形成熔池；当θ₁＜θ＜θ₂时，能量输入适当，熔池维持稳定存在；当θ＞θ₂时，能量输入过高，熔池波动剧烈，无法维持稳定；

b)针对单点测温仪的一维红外波段信号和工业相机的二维红外波段信号，通过热辐射标定、比色测温方法进行熔池实际温度计算，基于全因素试验获得定子叠片稳定微点焊时熔池温度区间(T₁，T₂)，当熔池温度T＜T₁时，能量输入不足，叠片无法充分熔融，不能稳定形成熔池；当T₁＜T＜T₂时，能量输入适当，熔池维持稳定存在；当T＞T₂时，能量输入过高，熔池波动剧烈，无法维持稳定，容易产生孔隙缺陷；

c)针对工业相机的二维可见光波段信号，通过大津法(OTSU)算法进行阈值分割，提取熔池面积S与质心(x，y)，基于全因素试验给出熔池稳定状态下的熔池面积S’，当S＞S’时，叠片已实现焊接，但此时可能存在剧烈波动产生缺陷的问题，因此，需要计算熔池x与y方向的振荡情况，υ_x与V_x为x方向的实时振荡幅度与平均振荡幅度，υ_y与V_y为y方向的实时振荡幅度与平均振荡幅度，具体计算方法如下：

基于全因素试验给出熔池稳定状态下的υ_x、V_x、υ_y、V_y，当实际振荡特征小于上述值时，微点焊过程质量较好；

7)微点焊质量预测与反馈调控：

a)建立脉冲频率f、占空比h：1、激光功率P、焊接速度v工艺参数与θ、T、S、υ_x、V_x、υ_y、V_y的关系模型，同步建立θ、T、S、υ_x、V_x、υ_y、V_y熔池状态与微点焊质量的关系模型，确定保持无缺陷状态时的θ、T、S、υ_x、V_x、υ_y、V_y范围；

b)根据全因素试验给出的θ、T、S、υ_x、V_x、υ_y、V_y变化趋势曲线，利用深度学习方法对单点熔池变化趋势进行预测，同时，以f、h、P、v工艺参数与前几处焊点的θ、T、S、υ_x、V_x、υ_y、V_y熔池参数作为输入，下一焊点质量作为输出，进行基于已焊接各点情况的后几道待焊点焊接质量的预测；

c)将上述映射模型与预测方法相结合，实现微点焊质量预测与反馈调控；完成后，定子压紧机构松开；

8)定子叠片上多条焊缝的微点焊：中央控制模块据步骤4)计算的旋转角度α控制承载平台带动定子叠片转动，并执行步骤3)、4)、5)、6)、7)，直至完成所有焊缝的焊接；

所述电机定子叠片的脉冲激光微点焊焊接系统包括：承 载模块、压紧模块、传感监测模块、焊接模块和中央控制模块；所述承载模块包括放置定子叠片的承载平台(1)和导针(10)；所述承载平台(1)在中央控制模块的控制下带动定子叠片旋转，其上设有对定子叠片进行轴向定位的定位轴(11)；对定子叠片进行周向定位的所述导针(10)位于待焊的定子叠片齿槽中；所述定子叠片压设在定子承载单元的定位轴(11)上；所述压紧模块包括依次连接的定子压紧机构(2)、连接轴(3)和动力单元(4)；所述定子压紧机构(2)上设有压力传感器；所述压力传感器、动力单元(4)与中央控制模块(9)相连；所述定子压紧机构(2)位于定子叠片套入承载平台定位轴(11)的轴向入口侧；所述传感监测模块包括传感监测单元一(5)和传感监测单元二(6)，分别位于两个对称分布的焊接单元一(7)或焊接单元二(8)一侧，与中央控制模块(9)相连，并向中央控制模块(9)发送信号；所述焊接模块包括两个对称设置在承载模块两侧的焊接单元一(7)和焊接单元二(8)；所述中央控制模块(9)分别连接上述承载模块、压紧模块、传感监测模块和焊接模块，包括核心处理单元和信号线；上述核心处理单元包括传感监测处理单元、焊接控制单元、压紧控制单元；中央控制模块对反馈信号进行处理与识别。