时得到其他低频干扰信号信息。
[0020] 2.根据跟踪信号傅里叶频谱的特性，自适应性选择小波滤波器组来提取信号的不 同AM - FM成分，在转换硬件滤波信息之后，，对傅里叶频谱的分割是极其重要的，除去0 和，还需要找到N-1个边界。分割方法是确定跟踪信号的振幅比a，分析焊缝跟踪信号包 含的熔滴过渡信号以及其它主要低频干扰信号的个数，然后根据Gilles提出的一种确定N 值的阈值方法，记M{Mi}k= 1为频率域范围内检测到的极大值点的幅值，并且由递减的 规律排列（Ml彡M2彡...MM)同时归一化到[0，1]，取MM+a (M1-MM)为阈值，其中a为 相对振幅比，a G (〇，1)，对于确定的a，可以令大于阈值的极大值点个数为N，并取前N 个最大的极大值点求边界。
[0021] 3.自适应性选择小波滤波器组来提取信号的不同AM-FM成分，并对每个经验模 态函数进行行Hilbert变换，具体方法是确定了跟踪信号的边界值后，采取类似于传统的 小波变换方法来定义经验小波变换，进而确定细节系数以及经验模态函数，在此基础上根 据磁控埋弧焊焊缝跟踪信号低频干扰严重的特征，选取了最优小波基组，进而在对不同焊 缝跟踪信号进行变换时自适应的在最优小波基组里选取一组最优小波基，同时根据确定的 边界值确定经验模态分解的个数，并作出相应的频谱分析，最终得到跟踪信号与各干扰信 号的特征。
[0022] 4.采用类似于传统的小波变换方法来定义经验小波变换。假设傅里叶变 换和逆变换分别记为F[ ?]和F1 ?]，则细节系数由经验小波函数与信号内积产生：
[0023]
[0024] 近似系数通过尺度函数与信号内积生产生：
[0025]
[0026] 其中，itn(t)和伞：⑴分别为经验小波函数和尺度函数，和^(你)分别为 Mt)和ta)的傅立叶变换，％(〇和病(，）分别表示itn(t)和伞i(t)的复共辄，F[ ?] 和F1 ?]分别表示为傅里叶变换和逆变换。原信号重建如下：
[0027]
_ _
[0028] 式中：符号*表示卷积，#(0，《)和分别表示％(0,〇和的傅立叶 变换。经验模态fk(t)定义如下：
[0029]
[0030]
[0031] 通过经验小波变换，能够有效地检测出频谱中存在的模态，并能够将模态分解出 来，而后就可以对每个经验模态函数进行Hilbert变换，从而得到有意义的瞬时频率和瞬 时幅值，进而得到各种所需信号。
[0032] 5.使用虚拟示波器Ds〇2904_512采集到的经过沃尔巴斯硬件滤波之后的电压信 号，采样频率为lKHz。焊接规范为：焊接电压26. 8V，焊接电流260A，焊接速度15cm/min， 350斜板焊接，励磁频率3Hz，针对此信号将其转换之后利用MATLAB进行经验小波变换以及 频谱分析，分析结果如图4与图5。
【主权项】
1. 一种基于经验小波变换的磁控埋弧焊焊缝跟踪信号分析方法，其特征是： 首先磁控埋弧焊焊缝跟踪传感器控制电弧摆动以进行焊缝坡口扫描，由霍尔传感器采 集原始信号，对原始信号进行硬件滤波处理；其次采用经验小波变换信号分析方法对硬件 滤波后的跟踪信号进行低频信号的分析，根据跟踪信号的Fourier谱特性自适应地选择一 组小波滤波器组来提取信号的不同AM-FM成分，得到信号的经验模态（AM-FM);最后对每个 经验模态函数进行Hilbert变换，得到有意义的瞬时信号特征，进而得到Hilbert谱，将得 到的瞬时信号特征进行重新构造和频谱分析，提取出更精确的焊缝跟踪信号，同时得到其 他低频干扰信号信息。2. 根据权利要求1所述的根据跟踪信号傅里叶频谱的特性，自适应性选择小波滤波 器组来提取信号的不同A M - F M成分，其至关重要的一点是傅里叶频谱的分割，其特征 是：在转换硬件滤波信息之后，对焊缝跟踪信号的Fourier谱进行自适应地分割，分割方 法是确定跟踪信号的振幅比a，分析焊缝跟踪信号包含的熔滴过渡信号以及其它主要低频 干扰信号的个数，然后依据Gilles提出的一种确定N值的阈值方法，令大于阈值的极大值 点个数为N，并取前N个最大的极大值点求出边界，最终确定焊缝跟踪信号傅里叶自适应 分割的边界条件。3. 根据权利要求1所述的自适应性选择小波滤波器组来提取信号的不同A M - F M成分，并对每个经验模态函数进行行Hilbert变换其特征是：确定了跟踪信号的边界值 后，采取类似于传统的小波变换方法来定义经验小波变换，进而确定细节系数以及经验模 态函数，在此基础上根据磁控埋弧焊焊缝跟踪信号低频干扰严重的特征，选取适应焊缝跟 踪信号的最优小波基组，进而在对不同焊缝跟踪信号进行变换时自适应的在最优小波基组 里选取一组最优小波基，同时根据确定的边界值确定经验模态分解的个数，并作出相应的 频谱分析，最终得到跟踪信号与各干扰信号的特征。
【专利摘要】一种基于经验小波变换的磁控埋弧焊焊缝跟踪信号分析方法。它主要是解决现有的硬件滤波不完全，小波滤波方法难以滤除焊缝跟踪信号相近低频干扰信号，以及ＥＭＤ分解收敛条件不合理、过包络和欠包络等易出现模态混叠的问题。其技术方案要点是：磁控埋弧焊电弧传感器控制电弧摆动以进行焊缝坡口扫描，由霍尔传感器采集原始信号，对原始信号进行硬件滤波处理，采用经验小波变换信号分析方法对硬件滤波后的信号进行低频信号的分析，根据信号的Fourier谱特性自适应地选择一组小波滤波器组来提取信号的不同AM-FM成分,然后对每个经验模态函数进行Hilbert变换,得到有意义的瞬时信号特征，通过此方法最终提取更精确的焊缝跟踪信号，同时得到其他低频干扰信号信息。
【IPC分类】B23K9/18, G01R23/165, B23K9/127
【公开号】CN105004923
【申请号】CN201510404439
【发明人】洪波, 戴江平, 曹源源, 王谦, 李振凯
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月10日