专利名称：一种双丝弧焊电信号稳定性定量评价方法
技术领域：
本发明属于高速双丝弧焊技术领域，特别涉及一种双丝弧焊过程电流信号稳定性的定量评价方法。
背景技术：
双丝脉冲MIG焊是一个非线性、强时变和强耦合的过程，不稳定机理复杂，影响因素众多，至今还没有完整的理论解释，对于焊接效果或者质量目前也没有一个统一全面的评价标准。一般采用好、不好、稳定、不稳定等定性评价方式。定量评价标准的缺乏，带来了控制方法研究和工艺性能分析上的困难。目前被用来检测研究的信号有电弧声、超声波、紫红外辐射、可见光、电信号和机器视觉信号等，其中利用电信号进行焊接过程稳定性分析成本较低、效果较好。电信号包 含了大量反映焊接工艺性能及焊接质量的信息，电信号的稳定性是制约工艺性能的重要因素。电信号分析一般又分为瞬时波形分析和统计分析。瞬时波形分析一般是从时域和幅域的角度出发，分析焊接过程中时变电流电压的稳定性。统计分析方法是在信号的幅域和频域对信号进行分析，它能反映出信号宏观的稳定性，但是丢失了信号的时变信息，不能反映信号随时间变化的特征，故焊接过程电信号分析不能完全依赖统计分析，必须和别的信号处理方法结合使用。华南理工大学利用电信号对焊接过程进行了较多的研究。薛家祥等人通过电压电流概率密度分布、短路周期时间等信息分析了 CO2焊的稳定性；利用快速傅立叶变换对电信号进行频谱分析，提出可以从频率角度分析焊接稳定性的思路；利用工控机、数据采集卡和VC平台开发了一个电信号虚拟分析系统，实现电流电压的瞬时分析和统计分析。曹彪、吕小青等人对CO2焊不同送丝速度、电压、气体流量条件下电流信号的进行近似熵计算与分析，发现近似熵的大小不仅与熔滴过渡频率有关，还短路过渡焊接过程的稳定性有着更紧密的联系，认为焊接过程越稳定近似熵越大，近似熵能作为短路过渡稳定性评价的的一种判据。聂晶等人建立了铝合金脉冲MIG焊电弧电压近似熵广义回归神经网络预测模型，用以衡量焊接过程的稳定性，并认为近似熵值大焊接过程不稳定，近似熵值小焊接过程稳定。从上述研究和稳定性评价方法来看，目前对电信号的评价多处于定性分析阶段，主要集中在电信号的统计分析上，瞬时状态分析由于纪录数据较为困难，所以目前的研究不多。将熵理论应用于焊接过程的研究目前国内只有少数几个团队，这些少量的研究也集中在利用早期的近似熵理论来表示焊接过程的稳定性。研究并不完备和成熟，主要是处于定性分析阶段。由于近似熵受数据长度和嵌入维数影响较大，一致性相对较差，2000年Richman在近似熵的基础上提出一种新的时间序列复杂性测度方法-样本熵(SampleEntropy, SaEn)。样本熵与近似熵类似，都是一种度量序列复杂性和统计量化的非线性动力学参数，用一个非负数来表示某个时间序列的复杂性。不同在于，样本熵不计自身匹配值，降低了近似熵的误差，一致性及精度更好，计算速度也比较快。就国内目前公开发表的文献来看，利用样本熵对双丝脉冲MIG焊工艺稳定性进行定量评价的研究尚未见报道。考虑到双丝弧焊电流信号不仅是单丝信号的简单叠加，还应考虑彼此之间的联系和相互之间的影响，这给双丝弧焊电流信 号的 稳定性分析带来了困难，其定量分析也更为复杂。因此研究双丝弧焊电流信号定量评价方法，可有效指导焊接工艺参数的选取，为焊接的工艺智能优化和在线监测控制作准备。
发明内容
本发明的目的在于针对双丝焊工艺规范评价困难，难以实现定量评价等问题，提供一种适用于双丝弧焊工艺的电信号样本熵评价方法，设计了用于双丝弧焊稳定性样本熵评价的指标，实现不同工艺性能的定量评价。本发明的目的通过以下技术方案实现一种双丝弧焊电信号稳定性定量评价方法是指将去噪后的信号计算样本熵值，计算自行设计的基于样本熵的双丝焊过程稳定性评价指标，实现焊接过程稳定性的定量评价，具体包括如下步骤(I)利用自行研制的小波分析仪采集一段较长时间的电流信号数据；(2)对所采集的数据进行预处理，主要包括两步骤，首先对数据进行小波包滤波以减少噪声对分析结果的影响，其次为了防止电信号大小对结果的影响，进行了归一化处理；(3)计算该实测信号对应的给定参数下的样本熵序列值SampEn (i)；(4)计算实测电信号的样本熵均值指标SaEn ；(5)计算该实测信号对应的给定参数下的样本熵值RSaEn ；(6)计算单路稳定性评价指标CSaEn ；(7)计算双丝电信号样本熵指标TCSaEn。所述步骤(3)中的SampEn (i)的样本熵算法包括原始数据为N个点的序列u(l) ,11(2)......u (N), m为嵌入维数。当嵌入维数为m和
m+1时，数据序列的前N-m个向量,需要满足当I≤i≤N-m时，m维向量Xm(i)有意义。(3. I)按序号重构一组m维矢量
权利要求
1.一种双丝弧焊电信号稳定性定量评价方法，其特征在于采集电流信号，对去噪处理后的电信号计算其样本熵值，在此基础上再计算自行设计的双丝焊样本熵定量评价指标，实现电信号的定量评价，具体包括如下步骤 (1)利用自行研制的小波分析仪采集一段较长时间的电流信号数据； (2)对所采集的数据进行预处理； (3)计算该实测信号对应的给定参数下的样本熵序列值SampEn(i)； (4)计算实测电信号的样本熵均值指标SaEn； (5)计算该实测信号对应的给定参数下的样本熵值RSaEn； (6)计算单路稳定性评价指标CSaEn； (7)计算双丝电信号样本熵指标TCSaEn。
2.根据权利要求I所述一种双丝弧焊电信号稳定性定量评价方法，其特征在于，步骤(2)中的预处理主要包括两步骤，首先对数据进行小波包滤波以减少噪声对分析结果的影响，其次为了防止电信号大小对结果的影响，进行了归一化处理。
3.根据权利要求I所述一种双丝弧焊电信号稳定性定量评价方法，其特征在于，步骤(4)中的RSaEn是指按照实测样本的给定值计算出来的理想脉冲信号的样本熵值。
4.根据权利要求I所述一种双丝弧焊电信号稳定性定量评价方法，其特征在于，步骤(5)中的SaEn按以下公式计算
5.根据权利要求I所述一种双丝弧焊电信号稳定性定量评价方法，其特征在于，步骤(6)中的CSaEn按以下公式计算
6.根据权利要求I所述一种双丝弧焊电信号稳定性定量评价方法，其特征在于，步骤(7)中的TCSaEn按以下公式计算TCSaEn = max (CSaEnl，CSaEn2)
全文摘要
本发明公开了一种双丝弧焊电信号稳定性定量评价方法，具体方法为(1)读取电流信号；(2)对所采集的数据进行预处理；(3)计算该实测信号对应的给定参数下的样本熵序列值SampEn(i)；(4)计算实测电信号的样本熵均值指标SaEn；(5)计算该实测信号对应的给定参数下的样本熵值RSaEn；(6)计算单路稳定性评价指标CSaEn；(7)计算双丝电信号样本熵指标TCSaEn。本发明首次将样本熵引入焊接过程稳定性评价体系，综合考虑各种脉冲参数对样本熵值的影响，自行设计了基于样本熵的焊接过程稳定性评价指标，针对双丝焊工艺，设计了专门的双丝焊过程稳定性量化评价指标。本发明所述方法能很好地量化双丝弧焊过程稳定性程度。
文档编号G01R19/00GK102749495SQ20121022760
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, 王晓军, 薛家祥 申请人:广东技术师范学院