[发明专利]一种基于超声波焊接的金属材料焊接方法及控制系统

说明书

本发明属于金属工件焊接技术领域，公开了一种基于超声波焊接的金属材料焊接方法及控制系统；通过信号采集与分析模块对原材料的厚度、焊接条件进行检测，将检测的信息传输至中央调控模块；中央调控模块根据采集与分析的信息控制发射模块选择合适的功率进行超声波放射，并进行输出；信号采集与分析模块对超声波的发射时间、换能时间及焊接情况进行检测，将检测的信息传输至中央调控模块，通过中央调控模块对系统进行智能调控。本发明通过对中央调控系统采用LBFA算法，满足了中央调控系统在海量节点条件下实时资源调度的任务，使各系统的配合度和协调度大大提高，有效促进了系统的稳定性、操作性与可靠性。

技术领域

本发明属于金属焊接技术领域，尤其涉及一种基于超声波焊接的金属材料焊接方法及控制系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的接合。无论是超声波塑料焊接还是超声波金属焊接，基本原理都大致相同，但是由于金属材料与塑料的差异，超声波金属焊接要求有更高的精度以及更高的功率容量和低的阻抗，因此对超声波发生器和换能器等组件的要求更加严苛，正是这些要求，使得早期用于焊接塑料的超声波焊接装置和技术不能胜任金属材料的焊接。鉴于超声波金属焊接与超声波塑料焊接之间的技术异同，超声波金属焊接技术的发展逐渐成为了人们关注的焦点。

但是由于超声波焊接系统比较复杂，在焊接过程中需要多种系统的相互配合，形成一个紧密结合的整体系统才能稳定的运行，若整个系统的配合度和协调度不一致就会导致系统的稳定性、操作性及可靠性方面存在一定的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)由于超声波焊接系统比较复杂，在焊接过程中需要多种系统的相互配合，形成一个紧密结合的整体系统才能稳定的运行，若整个系统的配合度和协调度不一致就会导致系统的稳定性、操作性及可靠性方面存在一定的问题。

(2)对数据的分析与采集量较大，数据分析不够精确，易造成多种误差的出现，对焊接质量产生严重的影响。

(3)传统的对超声波换能谐振频率的跟踪与振动频率难以进行配合，无法保持一致，焊接效率较低。

解决上述技术问题的难度和意义：

通过对超声波金属焊接系统的改进，使超声波系统更加的稳定与可靠，便于操作，对超声波技术在我国的发展具有重大的促进作用，为我国的经济社会发展做出更大的贡献。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于超声波焊接的金属材料焊接方法及控制系统。

本发明是这样实现的，一种基于超声波焊接的金属材料焊接方法，所述基于超声波焊接的金属材料焊接方法包括以下步骤：

步骤一：将需要焊接的金属材料放置于焊接设备上，通过信号采集与分析模块对原材料的厚度、焊接条件进行检测，将检测的信息传输至中央调控模块；

步骤二：中央调控模块根据采集与分析的信息控制发射模块选择合适的功率进行超声波放射，并进行输出；

步骤三：根据超声波的输出功率控制换能模块将高频电能转换为与超声波输出频率一致的机械振动；谐振频率的跟踪采用PI控制器进行自动频率跟踪；

步骤四：同时中央调控模块控制驱动模块为对换能模块进行驱动，促进系统的运行；

步骤五：采用模糊聚类分析算法对超声波的发射时间、换能时间及焊接情况进行检测，将检测的信息传输至中央调控模块，中央调控模块采用基于云计算系统的LBFA算法实现对各模块的分析与调控。

进一步，采用模糊聚类分析算法的步骤为：

(1)数据标准，对原始指标数据矩阵Xnm作如下两种变换：