基于电磁辐射场的电阻点焊熔核成像理论与关键技术研究

本项目基于电阻点焊质量不稳定、影响了在高精尖产品与工程上应用的问题，在已有的研究基础上首次提出电阻点焊熔核演化成像理论和方法。研究思路：将计算机层析成像技术与麦克斯韦电磁理论相结合，通过测量电磁辐射场中熔核周围的局部电磁信号，运用数学模型和泛函极值原理等反问题理论与方法，求解点焊过程中熔核内部的电流场分布，进而求得熔核几何尺寸，实现无损检验。研究内容：1.点焊熔核成像传感器阵列关键技术研究和装置研制；2.阵列信号的预处理技术与方法；3.点焊熔核成像的基础理论和相关算法研究；4.熔核图像的后处理技术等。该研究成果为熔核质量检测提供新的检测方法，从理论研究、技术创新探索出熔核演成像的有效途径，其对于推动新一代高质量电阻点焊检测设备和系统，具有重要的理论意义、学术价值。

本项目针对电阻点焊质量不稳定、影响了其在高精尖产品与工程上应用的问题，围绕点焊质量可靠检测，在已有的研究基础上首次提出电阻点焊熔核演化成像理论和方法。从理论研究、技术创新两方面探索熔核演化成像的有效途径，其对于推动新一代高质量电阻点焊检测设备和系统具有重要的理论意义、学术价值和工程实用性。. 本项目从以下三个方面开展了研究：.（1）点焊熔核演化成像的基础理论研究，建立了点焊熔核磁场反演模型与声场反演模型，分析了相应反演模型的不适定性（不稳定、欠定）。.（2）点焊熔核演化成像的算法研究，建立了利用点焊过程中熔核周围的热信号、磁信号和声信号对熔核演化规律进行反演的算法与技术，即热-磁反演成像方法和热声反演成像方法。.（3）点焊传感器阵列信号处理算法及检测装置研究，搭建了具有8通道的点焊过程磁信号与声信号检测系统，包括工控机、采集卡、磁（声）传感器、Labview处理软件。编写了独立分量分析为基础的Welding Fastica算法及Welding JadeR算法，对采集到的阵列混合信号进行有效分离。.通过以上三个方面的研究，本项目取得了如下主要成果： （1）获得了点焊过程中熔核周围磁场与声场分布规律。.（2）将电磁理论、热声理论和层析成像原理进行综合，建立了熔核成像理论和方法，将多个定点数字信号转化为熔核内部剖面的图像信息，为点焊质量检测提供新方法。.（3）完成了传感器阵列关键技术和算法研究，已建立一套用于电阻点焊熔核演化成像的传感器阵列装置及相应计算软件，能够无损检测熔核内部形貌。.（4）已形成电阻点焊熔核演化过程成像装置样机1台，申请发明专利6项，其中授权2项。发表论文23篇，其中国外刊物12篇，国内刊物11篇；会议论文8篇；EI收录17篇。.（5）培养研究生7名，博士生1名。. 本项目的实施使点焊过程参数在线检测技术发展到了一个新的阶段，它将检测技术从传统的局部空间单点、多点数据检测方式发展成为对过程参数在二维/三维空间动态分布图像的在线、实时监测，大大提高了人们对熔核形成过程信息的获取和分析能力，为在线检测和质量控制提供了一种全新的手段。同时，通过点焊熔核演化成像技术，促进点焊理论的进一步发展，加深对点焊过程的理解，开创了点焊研究新领域，为点焊质量控制提供新的理论和技术支持，进而开发出新一代点焊制造与质量检测一体化系。