[發明專利]一種電弧焊熔滴過渡過程穩定性的定量評價方法

無效

• 申請號: 201110338902.2
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN102430835A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 薛家祥;高理文;陳輝;魏仲華;王瑞超;陳嬋
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K9/00
• 分類號: B23K9/00;B23K9/095
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

????本發明涉及熔滴過渡技術領域，特別是涉及一種電弧焊熔滴過渡過程穩定性的定量評價方法。

背景技術

在實際生產應用中，對電弧焊熔滴過渡過程穩定性的評定，長期以來，由有經驗的焊工根據弧光、電弧聲、飛濺等因素綜合做出評價。這種方法具有很大的個人主觀成分，并且判定速度慢，并未獲得推廣。所以，急需研究客觀化、自動化的方法來滿足當前監測應用的需求。

隨著焊接電弧物理、焊接過程測試技術的發展，人們認識到焊接電壓、電流一方面可以作為焊接過程的可控變量，另一方面它們也是各種信息的豐富載體。然而，焊接過程是一個復雜的物理過程，它的復雜性和微觀熔滴過渡過程的隨機性，使得此過程的電弧電壓、焊接電流波形在微觀上無重現性。

國內外眾多專家學者嘗試從電壓、電流信號著手，研究電弧焊的監測方法。如楊運強等利用虛擬儀器技術對現有設備進行了全面的技術改造：采用電流型LEM傳感器檢測電流和電壓信號，利用計算機配合高速數據采集卡采集數據，然后通過軟件進行數據處理，根據電流電壓有效值定義和有功功率定義等直接獲取電焊機參數，在計算機的虛擬儀器面板上同時顯示電焊機電流、電壓、功率、功率因素、波形畸變率等參數和瞬時信號波形，并對所測信息進行統計處理和其它實用分析。該文提出了虛擬儀器的方法對電弧焊的電信號進行統計分析并以圖表形式直觀顯示，為焊工提供了很好的參考輔助手段。

又如李志勇等對干擾因素下藥芯焊絲二氧化碳焊接過程特征電信號進行提取和分析。該文獻指出：焊接過程中，由于各種干擾因素，如保護氣體純度、送氣機構穩定性，外界風力等的影響，往往會使得保護氣氛發生變化，從而可能導致氣孔等缺陷的發生。如果電信號能夠反映保護氣流量的變化，對于焊接過程的在線檢測非常有意義。同時，作者也對焊接電壓概率密度曲線圖、電壓概率密度曲線圖進行了分析。該文獻提出焊接電流能反映保護氣體的變化情況這一觀點對電信號的分析有一定的啟發意義，但是該文獻的觀點尚處于初步探索階段，沒有確實提取出特征值，并進行定量的實驗分析。

葉峰等提出了機器人弧焊過程焊縫質量信息的在線判讀。該文獻指出：焊接過程的焊接電流及電壓波形信號中，具有多信息的相互依存且信息可分解的特點，并提出采用人工智能中的模糊推理方法進行質量在線評定。但該文獻中并沒有具體闡述電信號中要提出的特征及其提取方法。也沒有對機器判定準確率進行充分的實驗分析。

現有的方法，大部分實現了對電壓電流的數學分析，并以圖表形式直觀化展現，大大方便了焊工的判定。然而，嚴格來說，這些方法仍屬于定性的評價方法。

當前，也有一些定量的評價方法。這些方法多基于數學統計，求出諸如“CO₂弧焊的短路電阻平均值”等特征值。然而綜合這些量值，實現的自動化評定的準確率仍有待提高，相關的自動化評價系統未見報道。因此，仍然需要深入研究新的量化評價方法，提取更多更有用的量值。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點和不足，提供一種基于自相關分析的電弧焊熔滴過渡過程穩定性的定量評價方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種電弧焊熔滴過渡過程穩定性的定量評價方法，包括如下步驟：

（1）自相關分析：對弧焊過程的電壓或電流信號序列數據，求解自相關函數r(n)并進行歸一化處理；得到歸一化后的自相關函數序列R(n)；

（2）求解峰值位置信息序列：從R(0)開始，向自變量坐標軸的正方向，逐個探尋下一個峰值，并記錄其位置peakPosition(i)和值peakValue(i)；最終求解出所有峰值的位置，形成序列peakPosition；

（3）計算相鄰峰的間距space(i)，得到間距序列space；

（4）求間距序列space的變異系數varCoef。

所述步驟（1）中的自相關分析求解步驟如下：

其中，；

式中，x(m)為待處理信號；

N為信號x(m)的長度；

m為時間變量；

為信號的平均值。

然后對r(n)進行歸一化處理。由于r(n)在n=0處取得最大值，故歸一化公式為：

，

????????顯然，R(0)=1，這也是自相關函數的第一個峰值。

????????所述步驟（2）中峰值位置信息序列的求解步驟如下：