专利名称：一种基于电弧声的弧焊过程稳定性定量评价方法
技术领域：
本发明属于弧焊质量评定领域，特别涉及一种利用弧焊过程电弧声信号实现焊接过程稳定性评价的定量评价方法。
背景技术：
焊接过程中产生的电弧声信号蕴涵着丰富的电弧信息，与电弧行为、熔滴过渡方式、电弧稳定性、焊缝质量等有着密切的相关性，是研究焊接过程稳定性及焊接质量监控的重要信息源之一。稳定的焊接过程，电弧声柔和平稳，飞溅较少或基本没有。飞溅降低了焊接生产率，严重影响焊接质量。当飞溅产生时会发出“啪”的爆破声，使电弧声信号的电压增大，输出能量增加。因此，通过分析电弧声信号的能量变化能观察到飞溅的发生及程度，进一步可判断焊接过程的稳定性。刘立君等研究人员设计了一个MIG焊电弧声信号的采集和分析平台，在这个平台上研究了 MIG焊电弧声信号与熔透状态相关性，发现熔透状态下的电弧声信号能量明显高于未熔透状态，当焊缝发生过熔透时，信号能量降低；兰州理工大学马跃洲以短路过渡C02焊接过程电弧声信号为主要研究对象，分析了电弧声信号与焊接状态的相关性，认为可采用电弧声信号进行焊接状态的模式识别，不同的电弧声信号形态表明了焊接的不同阶段，并利用电弧声频带能量集合建立焊接飞溅量预测的BP网络模型，实现了焊接过程飞溅量的预测；兰州理工大学樊丁、石圩团队以铝合金MIG焊的电弧声为研究对象，分析了电弧声与熔滴过渡的相关性；通过ARMA双谱对不同熔滴过渡的电弧声进行分析，建立不同熔滴过渡的电弧声模式，实现了基于电弧声的熔滴过渡类型快速识别；上海交通大学研究了 GTAW焊时气流、焊接速度、电弧长度和声音信号采集角度对采集到的声压信号的影响，得到了不同参数对电弧声影响情况的定性变化趋势。从上述对焊接过程电弧声的研究来看，到目前为止，关于焊接过程电弧声的监测和研究并不多，主要集中在电弧声特性和焊接质量的相关性上，尚未有利用电弧声进行焊接过程稳定性定量评价的研究报道。在国内专利中检索，也尚未发现有利用电弧声评价的焊接过程稳定性的专利公开。短时能量分析是语音信号时域分析的基本方法，在语音信号检测、语音信号能量区分、语音识别等方面具有广泛应用，利用短时能量能表征电弧声的稳定性，但是仅以短时能量无法实现焊接过程稳定性的定量分析。就国内目前公开发表的文献来看，利用短时能量对焊接过程稳定性进行定量评价的研究尚未见报道。综上所述，利用电弧声进行焊接过程稳定性的评价还处于国内空白阶段，结合电弧声的短时能量和统计学指标对焊接过程稳定性进行定量评价，是焊接过程稳定性评价的新途径
发明内容
本发明的目的在于针对当前焊接过程稳定性评价的不足，提供一种基于电弧声的弧焊过程稳定性定量评价方法，将短时能量和统计学指标相结合，实现焊接过程稳定性的定量评价。本发明的目的通过以下技术方案实现一种基于电弧声的弧焊过程稳定性定量评价方法是指将去噪后的电弧声信号进行短时能量计算，利用统计指标绘制概率累积分布图和概率分布直方图，计算概率累计分布曲线的阶段斜率与能量的概率分布最大值，最后通过自行设计的电弧声评价指标ASST (Arc Sound Statistics)实现焊接过程稳定性评价。具体包括如下步骤(I)利用测试平台采集焊接过程的电弧声信号；(2)对所采集的电弧声数据进行预处理，通过小波包滤波算法实现信噪分离，得到特征值明显的电弧声信号；(3)通过加窗，计算电弧声信号的短时能量；(4)计算短时能量概率累积分布(Cumulative Distribution Function, CDF),并绘制相应曲线；(5)计算短时能量概率分布，并绘制概率分布直方图；(6)设置边界条件，利用微变等效思想，求解步骤(4)求出的概率累积分布曲线的阶段斜率Enmp ；(7)对步骤(5)所得概率分布直方图，求取稳定条件下某个电流最大能量分布概率对应的能量点的概率值Enp ；(8)求解自行设计的焊接过程电弧声稳定性评价指标ASST。所述步骤(3)中的短时能量定义为下式
权利要求
1.一种基于电弧声的弧焊过程稳定性定量评价方法，其特征在于将去噪后的电弧声信号进行短时能量计算，利用统计指标绘制概率累积分布图和概率分布直方图，计算概率累计分布曲线的阶段斜率与能量的概率分布最大值，最后通过自行设计的电弧声评价指标ASST (Arc Sound Statistics)实现焊接过程稳定性评价,具体包括如下步骤 (1)利用测试平台采集焊接过程的电弧声信号； (2)对所采集的电弧声数据进行预处理，通过小波包滤波算法实现信噪分离，得到特征值明显的电弧声信号； (3)通过加窗，计算电弧声信号的短时能量； (4)计算短时能量概率累积分布，并绘制相应曲线； (5)计算短时能量概率分布，并绘制概率分布直方图； (6)设置边界条件，利用微变等效思想，求解步骤(4)求出的概率累积分布曲线的阶段斜率EnCDF ； (7)对步骤(5)所得概率分布直方图，求取稳定条件下某个电流最大能量分布概率对应的能量点的概率值Enp; (8)求解自行设计的焊接过程电弧声稳定性评价指标ASST。
2.根据权利要求I所述一种基于电弧声的弧焊过程稳定性定量评价方法，其特征在于，步骤(6)中的Enmp按以下公式计算
3.根据权利要求I所述一种基于电弧声的弧焊过程稳定性定量评价方法，其特征在于，步骤(7)中的Enp按以下公式计算EnP = P[w ⑴]
4.根据权利要求I所述一种基于电弧声的弧焊过程稳定性定量评价方法，其特征在于，步骤(8)中的ASST按以下公式计算 ASST = EnCDFX Enp
全文摘要
本发明公开了一种基于电弧声的弧焊过程稳定性定量评价方法，具体是指将去噪后的电弧声信号进行短时能量计算，利用统计指标绘制概率累积分布图和概率分布直方图，计算概率累计分布曲线的阶段斜率与能量的概率分布最大值，最后通过自行设计的电弧声评价指标ASST实现焊接过程稳定性评价。本发明将短时能量和统计学理论结合起来设计了电弧声的焊接过程稳定性评价体系，综合考虑电弧声能量的分布和变化趋势这两种情况，自行设计了基于短时能量的焊接过程稳定性评价指标，本发明所述方法能利用电弧声有效地量化弧焊过程的稳定性程度。
文档编号B23K9/095GK102744493SQ20121022762
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者姚屏 申请人:广东技术师范学院