[發(fā)明專利]一種基于電弧聲聲譜樣本熵的弧焊過程穩(wěn)定性定量評價方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210227589.X
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102764927A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚屏
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東技術(shù)師范學(xué)院
• 主分類號: B23K9/00
• 分類號: B23K9/00;B23K9/095
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于弧焊技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用弧焊過程電弧聲信號實現(xiàn)焊接過程穩(wěn)定性評價的定量評價方法。?

背景技術(shù)

焊接過程中產(chǎn)生的電弧聲包含了豐富的焊接質(zhì)量以及焊接穩(wěn)定性信息，電弧聲反映了焊接過程穩(wěn)定性。脈沖MIG焊過程中，大部分熔滴可以順利的過渡到熔池，但是由于電壓電流變化、不合理的工藝規(guī)范或者各種偶然因素的影響，會出現(xiàn)各種熔滴過渡形式，導(dǎo)致飛濺產(chǎn)生。焊接過程中的飛濺不但降低焊接生產(chǎn)率，影響焊接過程穩(wěn)定性，還嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。飛濺產(chǎn)生時會發(fā)出“啪”的爆破聲，有經(jīng)驗的焊工通過聽覺可判斷是否發(fā)生飛濺及焊接過程的穩(wěn)定性。同理，通過分析電弧聲信號也能明顯觀察到飛濺的發(fā)生及程度，這是因為當(dāng)飛濺產(chǎn)生時，會使電弧聲信號的電壓增大，輸出能量增加。?

石玗等研究人員研究了電弧聲信號與鋁合金MIG焊縫塌陷的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)電弧聲信號的總能量隨著焊縫塌陷而明顯增強，塌陷前與塌陷后的信號能量改變十分明顯。劉立君等研究人員考察了MIG焊電弧聲信號與熔透狀態(tài)相關(guān)性，電弧聲信號能量與焊縫熔透狀態(tài)存在明顯的相關(guān)性。熔透狀態(tài)下的電弧聲信號能量明顯高于未熔透狀態(tài)，當(dāng)焊縫發(fā)生過熔透時，信號能量降低。蘭州理工大學(xué)馬躍洲以短路過渡CO₂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(tài)的相關(guān)性，認(rèn)為可采用電弧聲信號進(jìn)行焊接狀態(tài)的模式識別，不同的電弧聲信號形態(tài)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(yù)測的BP網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)了焊接過程飛濺量的預(yù)測。上海交通大學(xué)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(shù)對電弧聲影響情況的定性變化趨勢。?

從上述焊接過程電弧聲的研究來看，到目前為止，關(guān)于焊接過程電弧聲的監(jiān)測和研究并不多，且多處于定性分析階段，主要集中在電弧聲特性和焊接質(zhì)量的相關(guān)性上，尚未有利用電弧聲進(jìn)行焊接過程穩(wěn)定性定量評價的研究報道。在國內(nèi)專利中檢索，尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于電弧聲定量評價的方法。?

聲音信號的可視化方法主要分為時域可視化、頻域可視化以及時頻可視化三種。時域可視化常用時域波形圖表示，頻域可視化常用頻譜圖和功率譜圖表示，但是這些圖無法同時表示時間、頻率、能量三者之間的關(guān)系，將聲信號的時域及頻域信息通過?某種方式同時表述在一個圖形中就構(gòu)成了時頻可視化。聲譜圖是將聲信號進(jìn)行頻譜分析而得到的一種彩色平面圖，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示頻率，每個像素的色值大小反映該時刻、頻率下的信號能量密度。聲譜圖是時頻圖中的重要形式。從聲譜圖形狀看出波形的能量、頻率隨波形變化的信息，獲得關(guān)于波形穩(wěn)定性的一些信息。目前國內(nèi)關(guān)于焊接過程電弧聲的研究也主要集中在時域可視化或頻域可視化上，對時頻可視化的研究未見報道。?

就國內(nèi)目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)來看，利用樣本熵對焊接過程穩(wěn)定性進(jìn)行定量評價的研究尚未見報道。?

綜上所述，利用電弧聲進(jìn)行焊接過程穩(wěn)定性的評價還處于國內(nèi)空白階段，時頻可視化的分析方法是聲音信號分析的新途徑，研究利用電弧聲聲譜圖進(jìn)行焊接過程穩(wěn)定性的評價方法具有重要意義，不僅能有效指導(dǎo)焊接工藝參數(shù)的選取，還為焊接過程的在線監(jiān)測評價提供了新思路。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對焊接過程穩(wěn)定性評價的困難且主要依賴電信號評價的現(xiàn)狀，提供一種基于電弧聲聲譜樣本熵的弧焊過程穩(wěn)定性定量評價方法，將樣本熵這一指標(biāo)引入電弧聲的時頻分析過程中，實現(xiàn)焊接過程穩(wěn)定性的定量評價。?

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：?

一種基于電弧聲聲譜樣本熵的弧焊過程穩(wěn)定性定量評價方法是指將去噪后的電弧聲信號進(jìn)行時頻可視化，提取聲譜圖中的峰值能量線，結(jié)合時頻指標(biāo)設(shè)計了峰值能量均值這一個指標(biāo)，并計算能量樣本熵、能量標(biāo)準(zhǔn)差，最后通過自行設(shè)計的電弧聲評價指標(biāo)ASSP(Arc?Sound?Spectrum)實現(xiàn)焊接過程穩(wěn)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(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，通過小波包濾波算法實現(xiàn)信噪分離，得到特征值明顯的電弧聲信號；?

(3)生成電弧聲信號的聲譜圖，同時表示時間、頻率、能量三者之間的關(guān)系；?

(4)引入峰值能量的概念，計算電弧聲聲譜圖上每個時間段內(nèi)的峰值能量值，并求出該點位置及頻率；?

(5)為了減少峰值能量線變化幅度不同，對量化結(jié)果的影響，引入峰值能?量均值這一新參數(shù)，對步驟(4)中的聲譜圖中的峰值能量序列計算峰值能量均值；?