摩擦焊焊接过程中声信号处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种声信号处理方法，特别是涉及一种摩擦焊焊接过程中声信号处理方法。
【背景技术】
[0002]摩擦焊实时检测的一个重要前提就是对其进行分阶段研究，有助于进一步了解接头的成形机理，为实现接头质量的精确控制奠定理论基础。传统方法是通过根据焊接过程中摩擦扭矩的变化，将焊接过程划分为初始、准稳定、稳定、刹车顶锻四个阶段，其中涉及的最主要的技术问题就是摩擦扭矩的测量。摩擦扭矩的测量包括直接测量和间接测量两种方法，直接法通过在工件或主轴贴应变片，直接获得扭矩数据，虽然结果精准却不适宜生产现场使用；间接法通过测量主电机的输出转矩近似估算工件的摩擦扭矩，虽然简便但是误差较大。扭矩测量的不便给摩擦焊接过程不同阶段的区分带来了相当的困难，因此急需一种新型的摩擦焊接阶段划分方法，简单便捷且准确的实现这一功能。
【发明内容】
[0003]为了克服现有摩擦焊焊接过程中声信号处理方法实用性差的不足，本发明提供一种摩擦焊焊接过程中声信号处理方法。该方法使用所述电容型麦克风采集摩擦焊焊接过程全程发出的声信号，对采集到的声信号进行短时傅里叶变换，获得声信号的时-频联合分布图，筛选时-频联合分布图中每一帧FFT计算结果的最大值点，得到每帧FFT计算结果最大值散点图，滤掉每帧FFT计算结果最大值散点图中频率值低于5000Hz的点，根据散点图中数据点的聚集形态，将所有点划分为三类，分别对应摩擦焊接过程中的准稳定阶段、稳定阶段和刹车阶段。本发明通过对摩擦焊焊接过程中的声信号作简单处理，即可实现对对摩擦焊焊接过程中的准稳定阶段、稳定阶段和刹车顶锻阶段的有效区分，而且利用现有焊机即可完成操作，实用性强。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种摩擦焊焊接过程中声信号处理方法，其特点是采用以下步骤:
[0005]步骤一、选择频率响应范围在20Hz?20kHz的电容型麦克风作为可听声信号采集工具；
[0006]步骤二、使用所述电容型麦克风采集摩擦焊焊接过程全程发出的声信号；
[0007]步骤三、对采集到的声信号进行短时傅里叶变换，获得声信号的时-频联合分布图，短时傅里叶变换的设定参数如下:FFT长度为2560 ;窗函数长度为1280 ;重叠长度为1280 ;窗函数类型为汉宁窗；
[0008]步骤四、筛选时-频联合分布图中每一帧FFT计算结果的最大值点，将这些最大值点绘制在以时间为横轴、频率的纵轴的坐标系中，得到每帧FFT计算结果最大值散点图；
[0009]步骤五、滤掉每帧FFT计算结果最大值散点图中频率值低于5000Hz的点，仅保留频率范围在5000Hz至20000Hz内的点；
[0010]步骤六、根据散点图中数据点的聚集形态，将所有点划分为三类，分别对应摩擦焊接过程中的准稳定阶段、稳定阶段和刹车阶段。第一类点的频率值随时间迅速减小，对应焊接过程中的准稳定阶段；第二类点的频率值随时间稳定不变，对应焊接过程中的稳定阶段；第三类点的频率值在5000HZ至20000Hz的宽频带内离散随机分布，对应焊接过程中的刹车顶锻阶段。
[0011]本发明的有益效果是:该方法使用所述电容型麦克风采集摩擦焊焊接过程全程发出的声信号，对采集到的声信号进行短时傅里叶变换，获得声信号的时-频联合分布图，筛选时-频联合分布图中每一帧FFT计算结果的最大值点，得到每帧FFT计算结果最大值散点图，滤掉每帧FFT计算结果最大值散点图中频率值低于5000Hz的点，根据散点图中数据点的聚集形态，将所有点划分为三类，分别对应摩擦焊接过程中的准稳定阶段、稳定阶段和刹车阶段。本发明通过对摩擦焊焊接过程中的声信号作简单处理，即可实现对对摩擦焊焊接过程中的准稳定阶段、稳定阶段和刹车顶锻阶段的有效区分，而且利用现有焊机即可完成操作，实用性强。
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0013]图1是本发明摩擦焊焊接过程中声信号处理方法与【背景技术】方法各阶段对比图。
【具体实施方式】
[0014]参照图1。本发明摩擦焊焊接过程中声信号处理方法具体步骤如下:
[0015]1、选用MicW i436手持型麦克风作为可听声信号采集工具。
[0016]2、对2024-T6铝合金棒材(试样规格为:直径25mm，长度100mm，待焊端面粗糙度0.8)进行连续驱动摩擦焊试验，摩擦焊接工艺参数设定为:转速1500RPM，摩擦压力80MPa，顶锻压力120MPa，摩擦缩短量5mm，顶锻机制为刹车顶锻同时进行。使用麦克风采集焊接过程中发出的声信号。
[0017]3、将采集到的摩擦焊接声音信号进行短时傅里叶变换，得到声信号的时-频联合分布图。变换参数为:FFT长度，2560 ;窗函数长度，1280 ;重叠长度，1280 ;窗函数类型，汉宁窗。
[0018]4、筛选时频二维图谱中每一帧FFT运算结果的最大值点，将这些最大值点绘制在以时间(单位为s)为横轴，频率(单位为Hz)为纵轴的坐标系中，得到每帧FFT运算结果最大值散点图。
[0019]5、滤掉每帧FFT运算结果最大值散点图中频率值低于5000Hz的点，仅保留频率范围在5000Hz至20000Hz内的点，通过这一步骤，滤除了焊机工作的背景噪声干扰点，仅保留了焊接过程中工件摩擦加热产生的高频摩擦尖嘯声有效点。
[0020]6、根据散点图中数据点的不同聚集状态，并按照时间先后顺序，将所有点分为三类，第一类点的频率值随时间迅速减小，时长持续为1.16s，对应焊接过程中的准稳定阶段；第二类点的频率值随时间稳定不变，持续时长3.03s，对应焊接过程中的稳定阶段；第三类点的频率值在5000Hz至20000Hz的宽频带内离散随机分布，持续时长0.2s，对应焊接过程中的刹车顶锻阶段。
[0021]图1是通过时频二维图谱划分的摩擦焊接过程各阶段与通过摩擦扭矩划分的各阶段对比图，两种方法对焊接过程各阶段的划分对应良好，由此说明，本发明方法可以替代摩擦扭矩法作为摩擦焊接过程阶段划分的有效处理方法。
【主权项】
1.一种摩擦焊焊接过程中声信号处理方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一、选择频率响应范围在20Hz?20kHz的电容型麦克风作为可听声信号采集工具; 步骤二、使用所述电容型麦克风采集摩擦焊焊接过程全程发出的声信号； 步骤三、对采集到的声信号进行短时傅里叶变换，获得声信号的时-频联合分布图，短时傅里叶变换的设定参数如下:FFT长度为2560 ;窗函数长度为1280 ;重叠长度为1280 ;窗函数类型为汉宁窗； 步骤四、筛选时-频联合分布图中每一帧FFT计算结果的最大值点，将这些最大值点绘制在以时间为横轴、频率的纵轴的坐标系中，得到每帧FFT计算结果最大值散点图； 步骤五、滤掉每帧FFT计算结果最大值散点图中频率值低于5000Hz的点，仅保留频率范围在5000Hz至20000Hz内的点； 步骤六、根据散点图中数据点的聚集形态，将所有点划分为三类，分别对应摩擦焊接过程中的准稳定阶段、稳定阶段和刹车阶段；第一类点的频率值随时间迅速减小，对应焊接过程中的准稳定阶段；第二类点的频率值随时间稳定不变，对应焊接过程中的稳定阶段；第三类点的频率值在5000Hz至20000Hz的宽频带内离散随机分布，对应焊接过程中的刹车顶锻阶段。
【专利摘要】本发明公开了一种摩擦焊焊接过程中声信号处理方法，用于解决现有摩擦焊焊接过程中声信号处理方法实用性差的技术问题。技术方案是使用所述电容型麦克风采集摩擦焊焊接过程全程发出的声信号，对采集到的声信号进行短时傅里叶变换，获得声信号的时-频联合分布图，筛选时-频联合分布图中每一帧FFT计算结果的最大值点，得到每帧FFT计算结果最大值散点图，滤掉每帧FFT计算结果最大值散点图中频率值低于5000Hz的点，根据散点图中数据点的聚集形态，将所有点划分为三类，分别对应摩擦焊接过程中的准稳定阶段、稳定阶段和刹车阶段。本发明通过对摩擦焊焊接过程中的声信号作简单处理，即可实现对摩擦焊焊接过程的有效区分，实用性强。
【IPC分类】G10L25/18, B23K20/12, B23K20/26
【公开号】CN105215542
【申请号】CN201510660511
【发明人】傅莉, 白雪垠
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月14日