一种X射线管灯丝焊接装置

技术领域

本发明属于X射线管灯丝焊接技术领域，涉及一种X射线管灯丝焊接装置。

背景技术

现代医疗中，随着X射线在医学领域的应用越来越成熟，电子计算机X线断层扫描技术（CT扫描）应运而生，CT扫描将传统的成像技术提高到了一个新的水平，与仅显示骨胳和器官的轮廓不同，CT扫描可以构建完整的人体内部三维计算机模型。医生们甚至可以一小片一小片地检查患者的身体，以便精确定位特定的区域，因此成为医学影像诊断中不可或缺的设备。

X射线管是CT机中的核心部件，其技术的完善与否直接影响到CT机的工作效果。X射线管作为CT机的X射线源，直接影响CT机性能及质量，其重要性不言而喻。X射线管主要由阴极、阳极、靶面、玻璃壳等部分组成。其工作原理为：用钨丝烧制成的阴极在高温下可发射足够数量的电子，作为电子源；在阴极、阳极间加上由几十千伏至几百千伏的高压形成的强电场作用下，加速电子并形成高速电子流；钨制靶面镶嵌在阳极基体上，在经受电子轰击后产生X射线。

作为X射线管电子发射源的灯丝，灯丝的焊接质量在一定程度上决定着电子束的聚焦效果、焦点大小、成像的清晰度，从而影响X射线管的寿命，但目前市面上并未出现尤其针对X射线管灯丝的焊接装置，因此亟需针对X射线管灯丝的焊接特点设计一种新型的焊接装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种X射线管灯丝焊接装置，本发明设置了传送机构和若干夹持机构，使得灯丝和引脚可以沿着传送机构逐一移动进入焊接工位，通过焊接机构进行焊接，工位地进行焊接，形成流水线式的焊接操作，可以实现自动上料和连续焊接工作，无需人工参与，自动化程度高，极大提高焊接的效率，降低生产成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种X射线管灯丝焊接装置，所述X射线管灯丝焊接装置包括具有长度方向和宽度方向的工作平台，所述工作平台上配置有传送机构和检测机构；所述传送机构上活动设置有若干夹持机构，所述传送机构带动所述夹持机构在平面内移动；所述传送机构的上方设置有焊接机构，当所述夹持机构移动至所述焊接机构的正下方时，所述焊接机构用于对所述夹持机构上固定的灯丝和引脚进行焊接，所述检测机构用于对焊接形成的焊点质量进行原位在线检测。

所述夹持机构包括抬升装置、灯丝夹持装置和引脚夹持装置，所述抬升装置传动连接所述灯丝夹持装置和所述引脚夹持装置，用于带动所述灯丝夹持装置和所述引脚夹持装置在竖直方向上移动。

所述检测机构包括电性连接的图像采集模块和上位机，所述图像采集模块用于采集所述焊点的图像并传输至上位机，所述上位机内设置有经过训练的卷积神经网络模型，所述上位机根据接收到的焊点实时图像经过卷积神经网络模型运算得到焊点的焊接质量检测结果。

本发明提供的焊接装置设置了传送机构和若干夹持机构，使得灯丝和引脚可以沿着传送机构逐一移动进入焊接工位，通过焊接机构进行焊接，工位地进行焊接，形成流水线式的焊接操作，可以实现自动上料和连续焊接工作，无需人工参与，自动化程度高，极大提高焊接的效率，降低生产成本。

本发明设置的传送机构可以带动灯丝和引脚在水平面内移动，配合抬升装置进行的竖直方向移动，使得灯丝和引脚可以在三维空间内任意移动，既能够保证灯丝和引脚之间不会发生相对转动或滑动的情况，同时又能将灯丝和引脚准确定位至焊接工位，从而保证了焊接的牢固性，使得焊接后的灯丝的导电率、光通量等电器技术指标和机械性能得到提升，减少了灯丝断裂和焊接脚变形等问题，提高了焊接质量和良品率。

本发明为焊接装置配置了检测机构，用于对焊接后形成的焊点质量进行检测，通过卷积神经网络模型实现了焊接质量的在线监控及系统自学习，基于计算机视觉的检测方法来自动检测焊接缺陷，能够直观综合反映出灯丝的焊接质量状况，克服了人工检测效率低、速度慢、精度低、漏检率高等问题，可以从根本上避免人为因素导致的漏检错检问题。

作为本发明一种优选的技术方案，所述传送机构包括横向移动模块和纵向移动模块。

所述横向移动模块固定于所述工作平台上，所述纵向移动模块可活动地固定于所述横向移动模块上，所述横向移动模块用于带动所述纵向移动模块沿所述工作平台的长度方向移动。

所述夹持机构可活动地固定于所述纵向移动模块上，所述纵向移动模块用于带动所述夹持机构沿所述工作平台的宽度方向移动；所述夹持机构在所述横向移动模块和所述纵向移动模块的带动下在水平面内移动。

作为本发明一种优选的技术方案，所述横向移动模块包括横向传动组件和横向移动基座，所述横向传动组件与所述横向移动基座传动连接，所述纵向移动模块固定于所述横向移动基座上，所述横向传动组件通过所述横向移动基座带动所述纵向移动模块沿所述工作平台的长度方向移动。

所述横向传动组件包括横向传动螺杆和横向传动电机，所述横向传动螺杆沿所述工作平台的长度方向设置，所述横向传动电机位于所述横向传动螺杆的一端，所述横向传动电机用于带动所述横向传动螺杆旋转；所述横向移动基座的底面设置有横向连接块，所述横向连接块内开设有与所述横向传动螺杆的螺纹相匹配的内螺纹，所述横向连接块旋入所述横向传动螺杆，随着所述横向传动螺杆旋转，所述横向移动基座沿所述横向传动螺杆的方向平移。

所述横向移动模块还包括在所述工作平台表面沿其长度方向开设的两条相互平行的横向限位槽，两条所述横向限位槽分别对称设置于所述横向传动组件的两侧，所述横向移动基座的底面沿其长度方向开设有两条相互平行的横向限位条，所述横向限位条嵌入所述横向限位槽内，所述横向限位槽的截面形状为等腰梯形，所述横向限位条的截面形状为等腰梯形；随着所述横向移动基座沿所述横向传动螺杆平移，所述横向限位条在所述横向限位槽内滑动。

作为本发明一种优选的技术方案，所述纵向移动模块包括纵向传动组件和纵向移动基座，所述纵向传动组件与所述纵向移动基座传动连接，所述抬升装置固定于所述纵向移动基座上，所述纵向传动组件通过所述纵向移动基座带动所述抬升装置沿所述工作平台的宽度方向移动。

所述纵向传动组件包括纵向传动螺杆和纵向传动电机，所述纵向传动螺杆固定于所述横向移动基座上并沿其宽度方向设置，所述纵向传动电机位于所述纵向传动螺杆的一端，所述纵向传动电机用于带动所述纵向传动螺杆旋转；所述纵向移动基座的底面设置有纵向连接块，所述纵向连接块内开设有与所述纵向传动螺杆的螺纹相匹配的内螺纹，所述纵向连接块旋入所述纵向传动螺杆，随着所述纵向传动螺杆旋转，所述纵向移动基座沿所述纵向传动螺杆的方向平移。

所述纵向移动模块还包括在所述横向移动基座表面沿其宽度方向开设的两条相互平行的纵向限位槽，两条所述纵向限位槽分别对称设置于所述纵向传动螺杆的两侧，所述纵向移动基座的底面沿其宽度方向开设有两条相互平行的纵向限位条，所述纵向限位条嵌入所述纵向限位槽内，所述纵向限位槽的截面形状为等腰梯形，所述纵向限位条的截面形状为等腰梯形；随着所述纵向移动基座沿所述纵向传动螺杆平移，所述纵向限位条在所述纵向限位槽内滑动。

作为本发明一种优选的技术方案，所述抬升装置包括设置于所述纵向移动基座上的第一螺杆和第二螺杆，所述第一螺杆和所述第二螺杆沿所述纵向移动基座的宽度方向对接。

所述第一螺杆的一端与所述第二螺杆的一端通过联轴器传动连接，所述第一螺杆的另一端设置有驱动电机，所述第一螺杆的螺纹方向与所述第二螺杆的螺纹方向相反；所述驱动电机带动所述第一螺杆旋转，所述第一螺杆经所述联轴器带动所述第二螺杆同步反向旋转。

所述第一螺杆上活动设置有第一滑块，所述第二螺杆上活动设置有第二滑块，随着所述第一螺杆和所述第二螺杆同步反向旋转，使得所述第一滑块和所述第二滑块相对移动或相背移动。

所述抬升装置还包括第一连接杆、第二连接杆和抬升基座，所述第一连接杆的两端分别与所述第一滑块和所述抬升基座底面铰接，所述第二连接杆的两端分别与所述第二滑块和所述抬升基座的底面铰接。

当所述第一滑块和所述第二滑块相对移动时，所述第一连接杆和所述第二连接杆向外翻转，带动所述抬升基座上升；当所述第一滑块和所述第二滑块相背移动时，所述第一连接杆和所述第二连接杆向内翻转，带动所述抬升基座下降。

所述抬升基座上设置有所述灯丝夹持装置和所述引脚夹持装置，所述灯丝夹持装置和所述引脚夹持装置分别用于夹持固定灯丝和引脚，使得灯丝和引脚接触。

本发明通过灯丝夹持装置和引脚夹持装置能够分别夹持固定灯丝和引脚，工作人员可以提前固定好灯丝和引脚，随后通过传送机构将灯丝和引脚送至焊接工位处，而无需在焊接工位处固定，避免了工作人员手部被烫伤的风险。通过横向传动组件和纵向传动组件带动灯丝和引脚沿工作平台的长度方向和宽度方向移动，通过抬升机构带动灯丝和引脚在竖直方向移动，提高了灯丝和引脚的定位精度，也方便了工作人员操作。

作为本发明一种优选的技术方案，所述焊接机构包括焊接基座、焊接模块和驱动模块，所述焊接模块固定于所述焊接基座的底部，所述焊接基座的顶部设置有驱动模块，所述驱动模块用于带动所述焊接基座沿竖直方向移动。

所述焊接基座的两侧设置有限位板，所述限位板和所述焊接基座的侧壁之间留有空隙，所述限位板靠近所述焊接基座的一侧面沿竖直方向开设有焊接限位槽，所述焊接基座的两侧面沿竖直方向分别设置有焊接限位条，所述焊接限位条嵌入所述焊接限位槽内，随着所述焊接基座的竖直移动，所述焊接限位条在所述焊接限位槽内滑动。

所述焊接基座内设置有控制器和焊接电源，所述控制器电性连接所述焊接电源，所述焊接电源通过脉冲输出变压器电性连接所述焊接模块。

作为本发明一种优选的技术方案，所述焊接模块包括焊接头、冷却组件和检测组件，所述冷却组件和所述检测组件位于所述焊接头的内部，所述控制器分别独立地电性连接所述冷却组件和所述检测组件；所述冷却组件用于对焊接头进行冷却，所述检测组件用于对所述焊接形成的焊点进行内部无损探伤。

所述焊接头包括由上至下依次对接的圆柱段和圆锥段，所述圆柱段和所述圆锥段为一体结构，所述圆柱段的内部开设有顶部敞口的容置槽；所述冷却组件和所述检测组件位于所述容置槽内，所述容置槽的侧壁和底面铺设有绝缘层。

所述焊接电源向所述焊接头输出焊接电流，所述焊接头的圆锥段的底面与所述灯丝和所述引脚接触，在所述灯丝和所述引脚的连接处形成焊点。

本发明提供的检测机构结合了计算机视觉图像采集和基于机器学习的卷积神经网络模型，可以对焊点的表面缺陷进行实时检测和质量判断。但对于焊点内部的缺陷则无法检测。因此，本发明在焊接头的内部设置了检测组件，与检测机构配合可以对焊点的内部和外部的焊接质量和焊缝缺陷进行综合评价。

作为本发明一种优选的技术方案，所述冷却组件包括进液通道、检测通道和排液通道，所述进液通道竖直设置于所述容置槽内并靠近所述容置槽的一侧壁，所述排液通道竖直设置于所述容置槽内并靠近所述容置槽的另一侧壁，所述检测通道水平设置于所述容置槽内并靠近所述容置槽的底面，所述进液通道、所述检测通道和所述排液通道依次连通形成U形通道。

所述焊接头的顶面设置有封盖，所述封盖用于密封所述容置槽，所述封盖上开设有进液接头和排液接头，所述进液接头与所述进液通道的顶端入口连接，所述排液接头与所述排液通道的顶端出口连接，通过所述进液接头向所述进液通道内注入冷却液，所述冷却液流过所述检测通道后由所述排液通道流出；所述检测通道上开设有检测窗口。

本发明中向进液通道内通入冷却液除了用于对焊接头进行冷却降温外，还可以作为耦合剂改善超声探头与焊点间的声能传递，可填充超声探头与焊点间的空气间隙，使超声波能够传入焊点。

作为本发明一种优选的技术方案，所述检测组件包括超声探头和传输线缆，所述超声探头通过所述传输线缆电性连接所述控制器。

所述超声探头位于所述进液通道和所述排液通道之间，以及所述检测通道上方的且正对所述检测窗口，所述控制器通过传输线缆向所述超声探头输出控制信号，所述超声探头接收到控制信号后向所述焊点方向发出超声波，超声波依次穿过所述检测窗口和所述圆锥段输出至焊点；超声波经焊点反射后依次穿过所述圆锥段和所述检测窗口后被所述超声探头接收，所述超声探头将反射的超声波经所述传输线缆输出至所述控制器。

所述超声探头包括外壳，所述外壳的内部底面设置有若干压电晶片，所述压电晶片的表面覆盖有背衬层，所述压电晶片电性连接电极引线，所述电极引线穿出所述外壳后合束并包裹屏蔽层形成屏蔽总线，所述屏蔽总线电性连接所述传输线缆。

所述压电晶片包括至少一个发射压电晶片和至少一个接收压电晶片，所述发射压电晶片和所述接收压电晶片之间设置有隔音件，所述隔音件嵌入所述背衬层内，所述隔音件的表面贴设有屏蔽层。

每一所述发射压电晶片对应一所述接收压电晶片，所述发射压电晶片向所述焊点发射超声波，经焊点反射后由对应的所述接收压电晶片接收；所述发射压电晶片和所述接收压电晶片镜像对称地倾斜设置，所述发射压电晶片与所述焊点之间的连线记为L

本发明通过检测组件对焊点的内部进行无损探伤，超声探头是整个检测组件中的核心设备，通过设置多个发射压电晶片和多个接收压电晶片构建了多收多发式的多通道超声探测结构，本发明设计的传感器主要是利用带有曲率的压电晶片将传感器发射的发散超声波聚集成具有一定长度小焦点聚焦，利用有效的小的焦点直径和有效的焦柱长度。在检测过程中，利用发射集中的能量集中区域超声波声场检测缺陷，集中的能量在缺陷表面获得更大的缺陷反射能量，在示波器上获得较高的缺陷反射波高，以便发现微小的缺陷。

本发明通过设置背衬层能够吸收压电晶片背面发散的超声波噪声；此外，通过设置隔音件可以有效隔绝发射压电晶片和接收压电晶片之间的超声波干扰。通过设置多个压电晶片，可以实现对焊点厚度方向的全面覆盖扫描，而无需移动或旋转压电晶片。

通常灯丝与引脚之间的焊点缺陷与材料表面存在一定角度，当角度越大，单一的压电晶片探头很难接收到缺陷处的反射回波，因此本发明采用了两组压电晶片，一个压电晶片用于发射，另一个压电晶片用于接收，以便覆盖整个焊点区域。但发射压电晶片和接收压电晶片之间应满足一定的几何关系，否则接收压电晶片无法接收到反射的超声波。为此，本发明特别限定了发射压电晶片发出的超声波与反射的超声波之间的夹角为40-60°，这一角度范围是按照超声波声束在焊点内的横波折射角来设计的，使得焊点内的横波声束能够覆盖焊点的厚度方向，从而实现对焊点内部的全面探测。

作为本发明一种优选的技术方案，所述图像采集模块包括工业相机和光电传感器，所述光电传感器电性连接所述控制器，所述控制器反馈控制所述工业相机。

所述工业相机配置有镜头，通过所述镜头调整所述工业相机的放大倍数、景深和视角；所述光电传感器用于监测所述夹持机构是否进入图像采集区域，当所述夹持机构进入图像采集区域时触发所述光电传感器，所述光电传感器向所述控制器发出反馈信号，所述控制器控制所述工业相机对图像采集区域内的焊点进行拍照，并经由所述控制器将图像信息上传至所述上位机。

所述上位机包括显示屏和操作面板，所述显示屏用于显示所述工业相机采集的焊点实时图像，所述操作面板用于进行人机交互。

所述上位机内预先输入经过训练的X射线管灯丝点焊质量检测的卷积神经网络模型，所述卷积神经网络模型包括输入层、若干卷积层、若干池化层、全连接层和输出层，所述卷积层和所述池化层交替连接；输入层用于接收像素级图像数据并进行格式转化；所述卷积层用于对输入的彩色图像数据卷积，进行特征提取；所述池化层用于对所述卷积层卷积后的特征图进行降维处理，采用自适应的池化方法进行特征提取；所述全连接层内设置若干神经元，连接所述池化层输出的全部特征值；所述输出层与所述全连接层的神经元连接，用于对焊点质量的输出结果进行分类，所述焊点质量的分类标准包括良好、过热、虚焊、断线和焊偏。

需要说明的是，本发明提供的卷积神经网络模型的训练过程为：

在工业现场采集约10万张焊接缺陷样本，再将缺陷样本随机按比例分为训练集、验证集和测试集；使用ImageNet图像数据库对SqueezeNet模型进行预训练，得到预训练SqueezeNet模型，并提取SqueezeNet模型的所有参数，将提取的预训练参数作为SqueezeNet模型的初始化参数，再将训练集放入模型中进行训练；在每轮训练后，将验证集样本输入模型进行验证，如果验证结果与训练结果曲线相近，则证明训练的过程中没有出现过拟合或者欠拟合的情况，训练得到的参数泛化性能较好。再重复多轮训练过程和验证过程，直到卷积神经网络模型的损失值连续10轮没有下降，则可判定训练过程结束，将训练后的参数保存，用测试集进行检验，判断模型的可信度。将保存好的模型参数部署至上位机中，可以实现对输入的焊点图像的实时检测分析，以识别具体的缺陷类型。

示例性地，本发明提供的X射线管灯丝焊接装置的工作原理为：

（1）固定灯丝和引脚：将灯丝和引脚分别固定在灯丝夹持装置和引脚夹持装置上；

（2）平面位置调整：启动传送机构，横向传动电机带动横向传动螺杆旋转，随着横向传动螺杆旋转，横向移动基座沿横向传动螺杆的方向平移的同时横向限位条在横向限位槽内滑动；

在平移过程中，横向传动组件通过横向移动基座带动纵向移动模块沿工作平台的长度方向移动，随着横向传动螺杆旋转，横向移动基座沿横向传动螺杆的方向平移的同时纵向限位条在纵向限位槽内滑动；

通过横向位置调整和纵向位置调整使得灯丝和引脚的连接处在竖直方向上对准焊接头；

（3）竖直位置调整：驱动电机带动第一螺杆旋转，第一螺杆经联轴器带动第二螺杆同步反向旋转，随着第一螺杆和第二螺杆同步反向旋转，使得第一滑块和第二滑块相对移动或相背移动；

当第一滑块和第二滑块相对移动时，第一连接杆和第二连接杆向外翻转，带动抬升基座上升；当第一滑块和第二滑块相背移动时，第一连接杆和第二连接杆向内翻转，带动抬升基座下降；

通过抬升机构调整灯丝和引脚的高度，使得焊接头的圆锥段的底面与灯丝和引脚直接接触；

（4）焊接：启动焊接电源，焊接电源向焊接头输出焊接电流，使得灯丝和引脚的连接处形成焊点；焊接结束后，通过进液接头向进液通道内注入冷却液，冷却液流过检测通道后由排液通道流出，利用冷却液对焊接头进行冷却；

（5）超声无损探伤：控制器通过传输线缆向超声探头输出控制信号，控制信号经电极引线传输至发射压电晶片，激发发射压电晶片产生超声波并向焊点方向发射，超声波依次穿过检测窗口和圆锥段输出至焊点，经焊点反射后的超声信号依次穿过圆锥段和检测窗口后被接收压电晶片接收，经由电极引线和传输线输出至控制器，控制器对超声信号进行处理得到焊点内部的缺陷图像；

（6）计算机图像视觉检测：光电传感器监测夹持机构是否进入图像采集区域，控制器控制工业相机对图像采集区域内的焊点进行拍照，并经由控制器将图像信息上传至上位机，上位机内设置有经过训练的卷积神经网络模型，上位机根据接收到的焊点实时图像经过卷积神经网络模型运算得到焊点的焊接质量检测结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的焊接装置设置了传送机构和若干夹持机构，使得灯丝和引脚可以沿着传送机构逐一移动进入焊接工位，通过焊接机构进行焊接，工位地进行焊接，形成流水线式的焊接操作，可以实现自动上料和连续焊接工作，无需人工参与，自动化程度高，极大提高焊接的效率，降低生产成本。

本发明设置的传送机构可以带动灯丝和引脚在水平面内移动，配合抬升装置进行的竖直方向移动，使得灯丝和引脚可以在三维空间内任意移动，既能够保证灯丝和引脚之间不会发生相对转动或滑动的情况，同时又能将灯丝和引脚准确定位至焊接工位，从而保证了焊接的牢固性，使得焊接后的灯丝的导电率、光通量等电器技术指标和机械性能得到提升，减少了灯丝断裂和焊接脚变形等问题，提高了焊接质量和良品率。

本发明为焊接装置配置了检测机构，用于对焊接后形成的焊点质量进行检测，通过卷积神经网络模型实现了焊接质量的在线监控及系统自学习，基于计算机视觉的检测方法来自动检测焊接缺陷，能够直观综合反映出灯丝的焊接质量状况，克服了人工检测效率低、速度慢、精度低、漏检率高等问题，可以从根本上避免人为因素导致的漏检错检问题。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式提供的X射线管灯丝焊接装置的结构示意图；

图2为本发明一个具体实施方式提供的传送机构和夹持机构的侧视图；

图3为本发明一个具体实施方式提供的焊接机构的结构示意图；

图4为本发明一个具体实施方式提供的焊接模块的结构示意图；

图5为本发明一个具体实施方式提供的检测组件的结构示意图；

图6为本发明一个具体实施方式提供的焊点的处理图像；

图6（a）为焊点质量良好，图6（b）为焊点质量过热，图6（c）为焊点质量虚焊，图6（d）为焊点质量断线，图6（e）为焊点质量焊偏；

其中：100-工作平台；110-横向限位槽；200-传送机构；210-横向移动模块；211-横向移动基座；212-横向限位条；213-横向传动螺杆；214-横向连接块；215-横向传动电机；216-纵向限位槽；220-纵向移动模块；221-纵向移动基座；222-纵向传动螺杆；223-纵向连接块；224-纵向传动电机；225-纵向限位条；300-夹持机构；310-抬升装置；311-驱动电机；312-第一螺杆；313-第二螺杆；314-第一滑块；315-第二滑块；316-联轴器；317-第二连接杆；318-第一连接杆；319-抬升基座；320-引脚夹持装置；330-灯丝夹持装置；400-焊接机构；410-焊接基座；411-焊接限位条；420-驱动模块；430-限位板；431-焊接限位槽；440-控制器；450-焊接模块；451-圆柱段；452-圆锥段；453-绝缘层；454-封盖；455-进液通道；456-检测通道；457-排液通道；458-检测窗口；460-超声探头；461-背衬层；462-发射压电晶片；463-接收压电晶片；464-隔音件；465-屏蔽层；466-电极引线；500-检测机构；510-上位机；520-光电传感器；530-工业相机；540-镜头；600-灯丝；700-引脚。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种X射线管灯丝600焊接装置，如图1所示，所述X射线管灯丝600焊接装置包括具有长度方向和宽度方向的工作平台100，所述工作平台100上配置有传送机构200和检测机构500；所述传送机构200上活动设置有若干夹持机构300，所述传送机构200带动所述夹持机构300在平面内移动；所述传送机构200的上方设置有焊接机构400，当所述夹持机构300移动至所述焊接机构400的正下方时，所述焊接机构400用于对所述夹持机构300上固定的灯丝600和引脚700进行焊接，所述检测机构500用于对焊接形成的焊点质量进行原位在线检测。

所述夹持机构300包括抬升装置310、灯丝600夹持装置330和引脚700夹持装置320，所述抬升装置310传动连接所述灯丝600夹持装置330和所述引脚700夹持装置320，用于带动所述灯丝600夹持装置330和所述引脚700夹持装置320在竖直方向上移动。

所述检测机构500包括电性连接的图像采集模块和上位机510，所述图像采集模块用于采集所述焊点的图像并传输至上位机510，所述上位机510内设置有经过训练的卷积神经网络模型，所述上位机510根据接收到的焊点实时图像经过卷积神经网络模型运算得到焊点的焊接质量检测结果。

本发明提供的焊接装置设置了传送机构200和若干夹持机构300，使得灯丝600和引脚700可以沿着传送机构200逐一移动进入焊接工位，通过焊接机构400进行焊接，工位地进行焊接，形成流水线式的焊接操作，可以实现自动上料和连续焊接工作，无需人工参与，自动化程度高，极大提高焊接的效率，降低生产成本。

本发明设置的传送机构200可以带动灯丝600和引脚700在水平面内移动，配合抬升装置310进行的竖直方向移动，使得灯丝600和引脚700可以在三维空间内任意移动，既能够保证灯丝600和引脚700之间不会发生相对转动或滑动的情况，同时又能将灯丝600和引脚700准确定位至焊接工位，从而保证了焊接的牢固性，使得焊接后的灯丝600的导电率、光通量等电器技术指标和机械性能得到提升，减少了灯丝600断裂和焊接脚变形等问题，提高了焊接质量和良品率。

本发明为焊接装置配置了检测机构500，用于对焊接后形成的焊点质量进行检测，通过卷积神经网络模型实现了焊接质量的在线监控及系统自学习，基于计算机视觉的检测方法来自动检测焊接缺陷，能够直观综合反映出灯丝600的焊接质量状况，克服了人工检测效率低、速度慢、精度低、漏检率高等问题，可以从根本上避免人为因素导致的漏检错检问题。

在图2所示的实施例中，所述传送机构200包括横向移动模块210和纵向移动模块220。

所述横向移动模块210固定于所述工作平台100上，所述纵向移动模块220可活动地固定于所述横向移动模块210上，所述横向移动模块210用于带动所述纵向移动模块220沿所述工作平台100的长度方向移动。

所述夹持机构300可活动地固定于所述纵向移动模块220上，所述纵向移动模块220用于带动所述夹持机构300沿所述工作平台100的宽度方向移动；所述夹持机构300在所述横向移动模块210和所述纵向移动模块220的带动下在水平面内移动。

在图2所示的实施例中，所述横向移动模块210包括横向传动组件和横向移动基座211，所述横向传动组件与所述横向移动基座211传动连接，所述纵向移动模块220固定于所述横向移动基座211上，所述横向传动组件通过所述横向移动基座211带动所述纵向移动模块220沿所述工作平台100的长度方向移动。

所述横向传动组件包括横向传动螺杆213和横向传动电机215，所述横向传动螺杆213沿所述工作平台100的长度方向设置，所述横向传动电机215位于所述横向传动螺杆213的一端，所述横向传动电机215用于带动所述横向传动螺杆213旋转；所述横向移动基座211的底面设置有横向连接块214，所述横向连接块214内开设有与所述横向传动螺杆213的螺纹相匹配的内螺纹，所述横向连接块214旋入所述横向传动螺杆213，随着所述横向传动螺杆213旋转，所述横向移动基座211沿所述横向传动螺杆213的方向平移。

所述横向移动模块210还包括在所述工作平台100表面沿其长度方向开设的两条相互平行的横向限位槽110，两条所述横向限位槽110分别对称设置于所述横向传动组件的两侧，所述横向移动基座211的底面沿其长度方向开设有两条相互平行的横向限位条212，所述横向限位条212嵌入所述横向限位槽110内，所述横向限位槽110的截面形状为等腰梯形，所述横向限位条212的截面形状为等腰梯形；随着所述横向移动基座211沿所述横向传动螺杆213平移，所述横向限位条212在所述横向限位槽110内滑动。

在图2所示的实施例中，所述纵向移动模块220包括纵向传动组件和纵向移动基座221，所述纵向传动组件与所述纵向移动基座221传动连接，所述抬升装置310固定于所述纵向移动基座221上，所述纵向传动组件通过所述纵向移动基座221带动所述抬升装置310沿所述工作平台100的宽度方向移动。

所述纵向传动组件包括纵向传动螺杆222和纵向传动电机224，所述纵向传动螺杆222固定于所述横向移动基座211上并沿其宽度方向设置，所述纵向传动电机224位于所述纵向传动螺杆222的一端，所述纵向传动电机224用于带动所述纵向传动螺杆222旋转；所述纵向移动基座221的底面设置有纵向连接块223，所述纵向连接块223内开设有与所述纵向传动螺杆222的螺纹相匹配的内螺纹，所述纵向连接块223旋入所述纵向传动螺杆222，随着所述纵向传动螺杆222旋转，所述纵向移动基座221沿所述纵向传动螺杆222的方向平移。

所述纵向移动模块220还包括在所述横向移动基座211表面沿其宽度方向开设的两条相互平行的纵向限位槽216，两条所述纵向限位槽216分别对称设置于所述纵向传动螺杆222的两侧，所述纵向移动基座221的底面沿其宽度方向开设有两条相互平行的纵向限位条225，所述纵向限位条225嵌入所述纵向限位槽216内，所述纵向限位槽216的截面形状为等腰梯形，所述纵向限位条225的截面形状为等腰梯形；随着所述纵向移动基座221沿所述纵向传动螺杆222平移，所述纵向限位条225在所述纵向限位槽216内滑动。

在图2所示的实施例中，所述抬升装置310包括设置于所述纵向移动基座221上的第一螺杆312和第二螺杆313，所述第一螺杆312和所述第二螺杆313沿所述纵向移动基座221的宽度方向对接。

所述第一螺杆312的一端与所述第二螺杆313的一端通过联轴器316传动连接，所述第一螺杆312的另一端设置有驱动电机311，所述第一螺杆312的螺纹方向与所述第二螺杆313的螺纹方向相反；所述驱动电机311带动所述第一螺杆312旋转，所述第一螺杆312经所述联轴器316带动所述第二螺杆313同步反向旋转。

所述第一螺杆312上活动设置有第一滑块314，所述第二螺杆313上活动设置有第二滑块315，随着所述第一螺杆312和所述第二螺杆313同步反向旋转，使得所述第一滑块314和所述第二滑块315相对移动或相背移动。

所述抬升装置310还包括第一连接杆318、第二连接杆317和抬升基座319，所述第一连接杆318的两端分别与所述第一滑块314和所述抬升基座319底面铰接，所述第二连接杆317的两端分别与所述第二滑块315和所述抬升基座319的底面铰接。

当所述第一滑块314和所述第二滑块315相对移动时，所述第一连接杆318和所述第二连接杆317向外翻转，带动所述抬升基座319上升；当所述第一滑块314和所述第二滑块315相背移动时，所述第一连接杆318和所述第二连接杆317向内翻转，带动所述抬升基座319下降。

所述抬升基座319上设置有所述灯丝600夹持装置330和所述引脚700夹持装置320，所述灯丝600夹持装置330和所述引脚700夹持装置320分别用于夹持固定灯丝600和引脚700，使得灯丝600和引脚700接触。

本发明通过灯丝600夹持装置330和引脚700夹持装置320能够分别夹持固定灯丝600和引脚700，工作人员可以提前固定好灯丝600和引脚700，随后通过传送机构200将灯丝600和引脚700送至焊接工位处，而无需在焊接工位处固定，避免了工作人员手部被烫伤的风险。通过横向传动组件和纵向传动组件带动灯丝600和引脚700沿工作平台100的长度方向和宽度方向移动，通过抬升机构带动灯丝600和引脚700在竖直方向移动，提高了灯丝600和引脚700的定位精度，也方便了工作人员操作。

在图3所示的实施例中，所述焊接机构400包括焊接基座410、焊接模块450和驱动模块420，所述焊接模块450固定于所述焊接基座410的底部，所述焊接基座410的顶部设置有驱动模块420，所述驱动模块420用于带动所述焊接基座410沿竖直方向移动。

所述焊接基座410的两侧设置有限位板430，所述限位板430和所述焊接基座410的侧壁之间留有空隙，所述限位板430靠近所述焊接基座410的一侧面沿竖直方向开设有焊接限位槽431，所述焊接基座410的两侧面沿竖直方向分别设置有焊接限位条411，所述焊接限位条411嵌入所述焊接限位槽431内，随着所述焊接基座410的竖直移动，所述焊接限位条411在所述焊接限位槽431内滑动。

所述焊接基座410内设置有控制器440和焊接电源，所述控制器440电性连接所述焊接电源，所述焊接电源通过脉冲输出变压器电性连接所述焊接模块450。

在图4所示的实施例中，所述焊接模块450包括焊接头、冷却组件和检测组件，所述冷却组件和所述检测组件位于所述焊接头的内部，所述控制器440分别独立地电性连接所述冷却组件和所述检测组件；所述冷却组件用于对焊接头进行冷却，所述检测组件用于对所述焊接形成的焊点进行内部无损探伤。

如图4所示，所述焊接头包括由上至下依次对接的圆柱段451和圆锥段452，所述圆柱段451和所述圆锥段452为一体结构，所述圆柱段451的内部开设有顶部敞口的容置槽；所述冷却组件和所述检测组件位于所述容置槽内，所述容置槽的侧壁和底面铺设有绝缘层453。

所述焊接电源向所述焊接头输出焊接电流，所述焊接头的圆锥段452的底面与所述灯丝600和所述引脚700接触，在所述灯丝600和所述引脚700的连接处形成焊点。

本发明提供的检测机构500结合了计算机视觉图像采集和基于机器学习的卷积神经网络模型，可以对焊点的表面缺陷进行实时检测和质量判断。但对于焊点内部的缺陷则无法检测。因此，本发明在焊接头的内部设置了检测组件，与检测机构500配合可以对焊点的内部和外部的焊接质量和焊缝缺陷进行综合评价。

在图4所示的实施例中，所述冷却组件包括进液通道455、检测通道456和排液通道457，所述进液通道455竖直设置于所述容置槽内并靠近所述容置槽的一侧壁，所述排液通道457竖直设置于所述容置槽内并靠近所述容置槽的另一侧壁，所述检测通道456水平设置于所述容置槽内并靠近所述容置槽的底面，所述进液通道455、所述检测通道456和所述排液通道457依次连通形成U形通道。

所述焊接头的顶面设置有封盖454，所述封盖454用于密封所述容置槽，所述封盖454上开设有进液接头和排液接头，所述进液接头与所述进液通道455的顶端入口连接，所述排液接头与所述排液通道457的顶端出口连接，通过所述进液接头向所述进液通道455内注入冷却液，所述冷却液流过所述检测通道456后由所述排液通道457流出；所述检测通道456上开设有检测窗口458。

本发明中向进液通道455内通入冷却液除了用于对焊接头进行冷却降温外，还可以作为耦合剂改善超声探头460与焊点间的声能传递，可填充超声探头460与焊点间的空气间隙，使超声波能够传入焊点。

在图5所示的实施例中，所述检测组件包括超声探头460和传输线缆，所述超声探头460通过所述传输线缆电性连接所述控制器440。

所述超声探头460位于所述进液通道455和所述排液通道457之间，以及所述检测通道456上方的且正对所述检测窗口458，所述控制器440通过传输线缆向所述超声探头460输出控制信号，所述超声探头460接收到控制信号后向所述焊点方向发出超声波，超声波依次穿过所述检测窗口458和所述圆锥段452输出至焊点；超声波经焊点反射后依次穿过所述圆锥段452和所述检测窗口458后被所述超声探头460接收，所述超声探头460将反射的超声波经所述传输线缆输出至所述控制器440。

所述超声探头460包括外壳，所述外壳的内部底面设置有若干压电晶片，所述压电晶片的表面覆盖有背衬层461，所述压电晶片电性连接电极引线466，所述电极引线466穿出所述外壳后合束并包裹屏蔽层465形成屏蔽总线，所述屏蔽总线电性连接所述传输线缆。

所述压电晶片包括至少一个发射压电晶片462和至少一个接收压电晶片463，所述发射压电晶片462和所述接收压电晶片463之间设置有隔音件464，所述隔音件464嵌入所述背衬层461内，所述隔音件464的表面贴设有屏蔽层465。

每一所述发射压电晶片462对应一所述接收压电晶片463，所述发射压电晶片462向所述焊点发射超声波，经焊点反射后由对应的所述接收压电晶片463接收；所述发射压电晶片462和所述接收压电晶片463镜像对称地倾斜设置，所述发射压电晶片462与所述焊点之间的连线记为L

本发明通过检测组件对焊点的内部进行无损探伤，超声探头460是整个检测组件中的核心设备，通过设置多个发射压电晶片462和多个接收压电晶片463构建了多收多发式的多通道超声探测结构，本发明设计的传感器主要是利用带有曲率的压电晶片将传感器发射的发散超声波聚集成具有一定长度小焦点聚焦，利用有效的小的焦点直径和有效的焦柱长度。在检测过程中，利用发射集中的能量集中区域超声波声场检测缺陷，集中的能量在缺陷表面获得更大的缺陷反射能量，在示波器上获得较高的缺陷反射波高，以便发现微小的缺陷。

本发明通过设置背衬层461能够吸收压电晶片背面发散的超声波噪声；此外，通过设置隔音件464可以有效隔绝发射压电晶片462和接收压电晶片463之间的超声波干扰。通过设置多个压电晶片，可以实现对焊点厚度方向的全面覆盖扫描，而无需移动或旋转压电晶片。

通常灯丝600与引脚700之间的焊点缺陷与材料表面存在一定角度，当角度越大，单一的压电晶片探头很难接收到缺陷处的反射回波，因此本发明采用了两组压电晶片，一个压电晶片用于发射，另一个压电晶片用于接收，以便覆盖整个焊点区域。但发射压电晶片462和接收压电晶片463之间应满足一定的几何关系，否则接收压电晶片463无法接收到反射的超声波。为此，本发明特别限定了发射压电晶片462发出的超声波与反射的超声波之间的夹角为40-60°，这一角度范围是按照超声波声束在焊点内的横波折射角来设计的，使得焊点内的横波声束能够覆盖焊点的厚度方向，从而实现对焊点内部的全面探测。

在图1所示的实施例中，所述图像采集模块包括工业相机530和光电传感器520，所述光电传感器520电性连接所述控制器440，所述控制器440反馈控制所述工业相机530。

所述工业相机530配置有镜头540，通过所述镜头540调整所述工业相机530的放大倍数、景深和视角；所述光电传感器520用于监测所述夹持机构300是否进入图像采集区域，当所述夹持机构300进入图像采集区域时触发所述光电传感器520，所述光电传感器520向所述控制器440发出反馈信号，所述控制器440控制所述工业相机530对图像采集区域内的焊点进行拍照，并经由所述控制器440将图像信息上传至所述上位机510。

所述上位机510包括显示屏和操作面板，所述显示屏用于显示所述工业相机530采集的焊点实时图像，所述操作面板用于进行人机交互。

所述上位机510内预先输入经过训练的X射线管灯丝600点焊质量检测的卷积神经网络模型，所述卷积神经网络模型包括输入层、若干卷积层、若干池化层、全连接层和输出层，所述卷积层和所述池化层交替连接；输入层用于接收像素级图像数据并进行格式转化；所述卷积层用于对输入的彩色图像数据卷积，进行特征提取；所述池化层用于对所述卷积层卷积后的特征图进行降维处理，采用自适应的池化方法进行特征提取；所述全连接层内设置若干神经元，连接所述池化层输出的全部特征值；所述输出层与所述全连接层的神经元连接，用于对焊点质量的输出结果进行分类，所述焊点质量的分类标准包括良好（如图6（a）所示）、过热（如图6（b）所示）、虚焊（如图6（c）所示）、断线（如图6（d）所示）和焊偏（如图6（e）所示）。

需要说明的是，本发明提供的卷积神经网络模型的训练过程为：

在工业现场采集约10万张焊接缺陷样本，再将缺陷样本随机按比例分为训练集、验证集和测试集；使用ImageNet图像数据库对SqueezeNet模型进行预训练，得到预训练SqueezeNet模型，并提取SqueezeNet模型的所有参数，将提取的预训练参数作为SqueezeNet模型的初始化参数，再将训练集放入模型中进行训练；在每轮训练后，将验证集样本输入模型进行验证，如果验证结果与训练结果曲线相近，则证明训练的过程中没有出现过拟合或者欠拟合的情况，训练得到的参数泛化性能较好。再重复多轮训练过程和验证过程，直到卷积神经网络模型的损失值连续10轮没有下降，则可判定训练过程结束，将训练后的参数保存，用测试集进行检验，判断模型的可信度。将保存好的模型参数部署至上位机510中，可以实现对输入的焊点图像的实时检测分析，以识别具体的缺陷类型。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种X射线管灯丝600焊接装置的工作过程，具体包括如下步骤为：

（1）固定灯丝600和引脚700：将灯丝600和引脚700分别固定在灯丝600夹持装置330和引脚700夹持装置320上；

（2）平面位置调整：启动传送机构200，横向传动电机215带动横向传动螺杆213旋转，随着横向传动螺杆213旋转，横向移动基座211沿横向传动螺杆213的方向平移的同时横向限位条212在横向限位槽110内滑动；

在平移过程中，横向传动组件通过横向移动基座211带动纵向移动模块220沿工作平台100的长度方向移动，随着横向传动螺杆213旋转，横向移动基座211沿横向传动螺杆213的方向平移的同时纵向限位条225在纵向限位槽216内滑动；

通过横向位置调整和纵向位置调整使得灯丝600和引脚700的连接处在竖直方向上对准焊接头；

（3）竖直位置调整：驱动电机311带动第一螺杆312旋转，第一螺杆312经联轴器316带动第二螺杆313同步反向旋转，随着第一螺杆312和第二螺杆313同步反向旋转，使得第一滑块314和第二滑块315相对移动或相背移动；

当第一滑块314和第二滑块315相对移动时，第一连接杆318和第二连接杆317向外翻转，带动抬升基座319上升；当第一滑块314和第二滑块315相背移动时，第一连接杆318和第二连接杆317向内翻转，带动抬升基座319下降；

通过抬升机构调整灯丝600和引脚700的高度，使得焊接头的圆锥段452的底面与灯丝600和引脚700直接接触；

（4）焊接：启动焊接电源，焊接电源向焊接头输出焊接电流，使得灯丝600和引脚700的连接处形成焊点；焊接结束后，通过进液接头向进液通道455内注入冷却液，冷却液流过检测通道456后由排液通道457流出，利用冷却液对焊接头进行冷却；

（5）超声无损探伤：控制器440通过传输线缆向超声探头460输出控制信号，控制信号经电极引线466传输至发射压电晶片462，激发发射压电晶片462产生超声波并向焊点方向发射，超声波依次穿过检测窗口458和圆锥段452输出至焊点，经焊点反射后的超声信号依次穿过圆锥段452和检测窗口458后被接收压电晶片463接收，经由电极引线466和传输线输出至控制器440，控制器440对超声信号进行处理得到焊点内部的缺陷图像；

（6）计算机图像视觉检测：光电传感器520监测夹持机构300是否进入图像采集区域，控制器440控制工业相机530对图像采集区域内的焊点进行拍照，并经由控制器440将图像信息上传至上位机510，上位机510内设置有经过训练的卷积神经网络模型，上位机510根据接收到的焊点实时图像经过卷积神经网络模型运算得到焊点的焊接质量检测结果。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。