專利名稱：一種基于電弧聲的弧焊過程穩定性定量評價方法
技術領域：
本發明屬于弧焊質量評定領域，特別涉及一種利用弧焊過程電弧聲信號實現焊接過程穩定性評價的定量評價方法。
背景技術：
焊接過程中產生的電弧聲信號蘊涵著豐富的電弧信息，與電弧行為、熔滴過渡方式、電弧穩定性、焊縫質量等有著密切的相關性，是研究焊接過程穩定性及焊接質量監控的重要信息源之一。穩定的焊接過程，電弧聲柔和平穩，飛濺較少或基本沒有。飛濺降低了焊接生產率，嚴重影響焊接質量。當飛濺產生時會發出“啪”的爆破聲，使電弧聲信號的電壓增大，輸出能量增加。因此，通過分析電弧聲信號的能量變化能觀察到飛濺的發生及程度，進一步可判斷焊接過程的穩定性。劉立君等研究人員設計了一個MIG焊電弧聲信號的采集和分析平臺，在這個平臺上研究了 MIG焊電弧聲信號與熔透狀態相關性，發現熔透狀態下的電弧聲信號能量明顯高于未熔透狀態，當焊縫發生過熔透時，信號能量降低；蘭州理工大學馬躍洲以短路過渡C02焊接過程電弧聲信號為主要研究對象，分析了電弧聲信號與焊接狀態的相關性，認為可采用電弧聲信號進行焊接狀態的模式識別，不同的電弧聲信號形態表明了焊接的不同階段，并利用電弧聲頻帶能量集合建立焊接飛濺量預測的BP網絡模型，實現了焊接過程飛濺量的預測；蘭州理工大學樊丁、石圩團隊以鋁合金MIG焊的電弧聲為研究對象，分析了電弧聲與熔滴過渡的相關性；通過ARMA雙譜對不同熔滴過渡的電弧聲進行分析，建立不同熔滴過渡的電弧聲模式，實現了基于電弧聲的熔滴過渡類型快速識別；上海交通大學研究了 GTAW焊時氣流、焊接速度、電弧長度和聲音信號采集角度對采集到的聲壓信號的影響，得到了不同參數對電弧聲影響情況的定性變化趨勢。從上述對焊接過程電弧聲的研究來看，到目前為止，關于焊接過程電弧聲的監測和研究并不多，主要集中在電弧聲特性和焊接質量的相關性上，尚未有利用電弧聲進行焊接過程穩定性定量評價的研究報道。在國內專利中檢索，也尚未發現有利用電弧聲評價的焊接過程穩定性的專利公開。短時能量分析是語音信號時域分析的基本方法，在語音信號檢測、語音信號能量區分、語音識別等方面具有廣泛應用，利用短時能量能表征電弧聲的穩定性，但是僅以短時能量無法實現焊接過程穩定性的定量分析。就國內目前公開發表的文獻來看，利用短時能量對焊接過程穩定性進行定量評價的研究尚未見報道。綜上所述，利用電弧聲進行焊接過程穩定性的評價還處于國內空白階段，結合電弧聲的短時能量和統計學指標對焊接過程穩定性進行定量評價，是焊接過程穩定性評價的新途徑
發明內容
本發明的目的在于針對當前焊接過程穩定性評價的不足，提供一種基于電弧聲的弧焊過程穩定性定量評價方法，將短時能量和統計學指標相結合，實現焊接過程穩定性的定量評價。本發明的目的通過以下技術方案實現一種基于電弧聲的弧焊過程穩定性定量評價方法是指將去噪后的電弧聲信號進行短時能量計算，利用統計指標繪制概率累積分布圖和概率分布直方圖，計算概率累計分布曲線的階段斜率與能量的概率分布最大值，最后通過自行設計的電弧聲評價指標ASST (Arc Sound Statistics)實現焊接過程穩定性評價。具體包括如下步驟(I)利用測試平臺采集焊接過程的電弧聲信號；(2)對所采集的電弧聲數據進行預處理，通過小波包濾波算法實現信噪分離，得到特征值明顯的電弧聲信號；(3)通過加窗，計算電弧聲信號的短時能量；(4)計算短時能量概率累積分布(Cumulative Distribution Function, CDF),并繪制相應曲線；(5)計算短時能量概率分布，并繪制概率分布直方圖；(6)設置邊界條件，利用微變等效思想，求解步驟(4)求出的概率累積分布曲線的階段斜率Enmp ；(7)對步驟(5)所得概率分布直方圖，求取穩定條件下某個電流最大能量分布概率對應的能量點的概率值Enp ；(8)求解自行設計的焊接過程電弧聲穩定性評價指標ASST。所述步驟(3)中的短時能量定義為下式
權利要求
1.一種基于電弧聲的弧焊過程穩定性定量評價方法，其特征在于將去噪后的電弧聲信號進行短時能量計算，利用統計指標繪制概率累積分布圖和概率分布直方圖，計算概率累計分布曲線的階段斜率與能量的概率分布最大值，最后通過自行設計的電弧聲評價指標ASST (Arc Sound Statistics)實現焊接過程穩定性評價,具體包括如下步驟 (1)利用測試平臺采集焊接過程的電弧聲信號； (2)對所采集的電弧聲數據進行預處理，通過小波包濾波算法實現信噪分離，得到特征值明顯的電弧聲信號； (3)通過加窗，計算電弧聲信號的短時能量； (4)計算短時能量概率累積分布，并繪制相應曲線； (5)計算短時能量概率分布，并繪制概率分布直方圖； (6)設置邊界條件，利用微變等效思想，求解步驟(4)求出的概率累積分布曲線的階段斜率EnCDF ； (7)對步驟(5)所得概率分布直方圖，求取穩定條件下某個電流最大能量分布概率對應的能量點的概率值Enp; (8)求解自行設計的焊接過程電弧聲穩定性評價指標ASST。
2.根據權利要求I所述一種基于電弧聲的弧焊過程穩定性定量評價方法，其特征在于，步驟(6)中的Enmp按以下公式計算
3.根據權利要求I所述一種基于電弧聲的弧焊過程穩定性定量評價方法，其特征在于，步驟(7)中的Enp按以下公式計算EnP = P[w ⑴]
4.根據權利要求I所述一種基于電弧聲的弧焊過程穩定性定量評價方法，其特征在于，步驟(8)中的ASST按以下公式計算 ASST = EnCDFX Enp
全文摘要
本發明公開了一種基于電弧聲的弧焊過程穩定性定量評價方法，具體是指將去噪后的電弧聲信號進行短時能量計算，利用統計指標繪制概率累積分布圖和概率分布直方圖，計算概率累計分布曲線的階段斜率與能量的概率分布最大值，最后通過自行設計的電弧聲評價指標ASST實現焊接過程穩定性評價。本發明將短時能量和統計學理論結合起來設計了電弧聲的焊接過程穩定性評價體系，綜合考慮電弧聲能量的分布和變化趨勢這兩種情況，自行設計了基于短時能量的焊接過程穩定性評價指標，本發明所述方法能利用電弧聲有效地量化弧焊過程的穩定性程度。
文檔編號B23K9/095GK102744493SQ20121022762
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者姚屏 申請人:廣東技術師范學院