专利名称：用于监视工业过程的质量的方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于监视工业工作过程的质量的方法，其包括标识工作过程的缺陷，缺陷的类型，包括以下步骤:
从工业工作过程获取具有多个频率分量的信号，
评估从工业工作过程获取的具有多个频率分量的所述信号以指示是否有所述缺陷和对具有多个频率分量的所述信号执行缺陷分析步骤，所述评估是在不将从工业工作过程获取的具有多个频率分量的所述信号与存储的基准信号相比较的情况下执行的。
背景技术：
监视工业过程中的缺陷由于其在工业产品的质量分析中的影响而正在呈现出增长的经济重要性。在线并自动地获得对工业过程质量的评价的能力在经济方面和在加工速度方面的两个方面都具有许多优点。因此，系统的期望特性是:
一在线处理；
一准确地识别主要生产缺陷的能力。当前，识别工业过程的质量并因此标识任何缺陷的问题通过由专家执行的离线检查或者用自动方法发生，自动方法以不令人满意且还对机器的不同设置敏感的方式通过传感器来标识前述缺陷中的仅某些。用于监视工业过程质量的方法和系统是已知的，例如它们应用于激光焊接过程的在线监视，特别是在金属板焊接的情况下。监视系统能够评价被焊接区域中的孔隙的存在，或者在对头焊接(butt-welded)薄金属板的情况下,评价由于金属板的叠加或分裂而引起的缺陷的存在。`此类系统在使用中使质量监视基于在过程期间获得的信号与指示高质量焊接的一个或多个预定基准信号之间的比较。通常采取在二和十之间的可变数量的此类基准信号是从高质量焊接的多个样本开始预定的。这种行动方式意味着能够在基准信号产生的时刻证实(certify)焊接质量的有经验操作员的存在，该方式伴随时间浪费，并且有时还伴随着材料浪费(其用来获得要获得基准信号所需的样本)。因此，给定类似的程序，其本身在时间和成本方面是难以负担的，与基准信号比较的后续程序能够快速地、实时地且以低成本进行操作将是必要的，这在当前已知的系统中并未发生。本发明的目的是克服所有前述缺点。
发明内容
为了实现所述目的，本发明涉及一种用于监视工业过程质量的方法，其具有在前文中阐述的特性，并且此外其特征在于以下事实，即其还包括操作:
将具有多个频率分量的所述至少一个信号分解为具有单个频率分量的信号，
计算针对具有单个频率分量的每个信号的信息量，
分析针对具有单个频率分量的每个信号的信息量，以及如果最低单频率分量下的信号的信息量的值不表示整个获取信号的信息量的主要百分比，则具有多个频率分量的所述获取信号被评估为指示具有缺陷的工作过程，并且对具有多个频率分量的所述信号执行缺陷分析步骤。在优选实施例中，通过计算具有单个频率分量的信号的方差来评估所述信息量。该方法优选地应用于获取由过程发射的辐射作为从过程获取的信号的激光工作过程。自然地，本发明还涉及用于监视工业过程质量的系统，其实现了上述方法，以及可直接加载到数字计算机(诸如处理器)的存储器中的相应计算机产品，并且包括用以当产品在计算机上运行时执行根据本发明的方法的软件代码部分。
根据纯粹以说明性且非限制性示例的方式提供的参考附图的以下描述，本发明的附加特性和优点将变得容易明白，在附图中:
一图1是示出了实现根据本发明的方法的系统的框 一图2示出了根据本发明的方法的基本流程 一图3是表示根据本发明的方法的实施例的流程 一图4示出了由根据本发明的方法的步骤处理的信号；
一图5和图6表示分别指示有缺陷过程信号和具有由根据本发明的方法标记的缺陷的有缺陷过程信号的图。
具体实施例方式为了更好地理解根据本发明的方法，在这里首先简要地介绍某些数学概念。本方法目标在于将此类数学仪器应用于用于监视工业工作过程的质量的方法，其包括标识工作过程的缺陷以对由工作过程获取的信号进行缺陷分析。在以下出版物中可以找到此类数学概念的更完整描述:
——N.E.Huang>Z.Shen^PS.R.Long等人的empirical mode decompositionand the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time SeriesAnalysi5Proc.Royal Society, vol.454, pp.903-905，London, 1998 年，以及
——Tian-1i Huand, We1-xinRen^PMeng-lin Lou 的“orthogonal Hilbert - HuangTransform and its application in earthquake motion recordings analysis，,。中国北京第 14 届 World Conference on Earthquake Engineering, 2008 年 10 月 12-17 日。相对于本发明的上下文，从以下考虑开始选择Hilbert-Huang变换，即从过程获取的信号X(t)通常是多分量非平稳信号，即其频率随时间改变的信号。对于这些信号而言，瞬时频率ω是重要特性:其为时变参数，该参数定义信号的谱峰值在其随着时间变化时的位置。后者可以粗略地视为正弦波，其频率随时间而扫过。相反，平稳信号是其频率不随时间改变的信号。在大多数情况下，不能通过傅立叶变换来分析从工作过程获取的信号x(t)，因为可以将任何非线性失真波形视为谐波失真，其是在非线性系统上施加线性结构的数学人为后果。它们可以具有数学意义，但不是物理的。因此，在这里选择它以通过瞬时频率的方式来描述非线性系统。
Hilbert变换是计算瞬时频率的最容易方式，由此,可以用下式来确定任何实值函数的复共轭y(t):
权利要求
1.一种用于监视工业工作过程的质量的方法，其包括标识所述工作过程的缺陷，其类型，包括以下步骤: 从所述工业工作过程(10)获取(100)具有多个频率分量的信号(X (t))， 评估(200、300、400)从所述工业工作过程(10)获取的具有多个频率分量的所述信号(x(t))以指示是否有所述缺陷和对具有多个频率分量的所述信号(x(t))执行缺陷分析步骤(500)，所述评估是在不将从所述工业工作过程获取的具有多个频率分量的所述信号(x(t))与存储的基准信号相比较的情况下执行的， 其特征在于其还包括操作: 将具有多个频率分量的所述至少一个信号(x(t))分解(200)为具有单个频率分量(IMF1...1MFn^1, OIMF1...0MFlri)的信号， 计算(300)针对具有单个频率分量(MF1...MFlri，OIMF1...0MFlri)的每个信号的信息量(Var1...Varlri), 分析(400)针对具有单个频率分量(MF1...MFlri，OIMF1...0MFlri)的每个信号的信息里(v&iV..Varrrl),以及 如果最低单个频率分量(MFlri，OIMFlri)处的信号的信息量(Vaiv1)的值不表示整个获取信号(x(t))的信息量的主百分比(K，Kl, K2)，则具有多个频率分量的所述获取信号(x(t))被评估为指示包括缺陷的工作过程，并且对具有多个频率分量的所述信号(x(t))执行缺陷分析步骤(500)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述分析(400)针对具有单个频率分量(IMF1...1MFn^1, OIMF1...0MFlri)的每个信号的信息量(Var1...Varlri)包括如果所述最低单个频率分量(頂Flri，OIMFlri)处的信号的信息量(Vaiv1)的值不表示所述整个获取信号的信息量的给定主百分比(K1)，则将具有多个频率分量的所获取信号(x(t))评估为指示具有缺陷的工作过程，以及 如果所述最低单个频率分量(IMFn+ OIMFlri)处的信号具有最高信息量值以及 其他频率分量GMF1...1MFn_2, OIMF1...0IMFn_2)中单独地没有一个具有表示多于第二给定百分比(K2)、低于信息量的所述主百分比的值。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于由具有单个频率分量(IMF1...1MFlri,OIMF1...0IMFn^1)的所述信号的方差来表示所述信息量。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于由熵或由具有单个频率分量(IMF1...1MFn^1, OIMF1...0IMFlri)的所述信号的自相关来表示所述信息量。
5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于将具有多个频率分量的所述至少一个信号(X(t))分解(200)为具有单个频率分量(IMF1...IMFn_1; OIMF1...0IMFlri)的信号包括执行EMD (经验模态分解)。
6.如前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于所述分解(200)具有多个频率分量的所述至少一个信号(X(t))为具有单个频率分量(IMF1...1MFn_1;OIMF1...0IMFn^1)的信号包括执行正交化步骤(250)以计算正交化单个频率分量(OIMF1...0MFn)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于包括计算(255)正交化单个频率分量(OIMF1...0MFlri)组中的分量之间的正交性的指数(IOjk),并且控制(260)指数的绝对值的最大值低于给定值。
8.如前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于所述从所述工业工作过程(10)获取(100)具有多个频率分量的至少一个信号(X (t))包括感测(14)由所述工作过程生成的信号。
9.如前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于所述工业过程是激光焊接过程或激光切割过程。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于所述感测(14)由所述工作过程生成的信号包括通过温度传感器、特别是高温计来感测温度，或者通过光电传感器、特别是光电二极管来感测辐射。
11.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于对具有多个频率分量的所述信号(x(t))执行的所述缺陷分析步骤(500)包括 执行(510)所获取信号(x(t))的Hilbert-Huang变换以在步骤520中获得将以2D或3D图像示出的Hilbert谱(HS)， 根据所述Hilbert谱(HS)来计算(530)其二阶时间矩(B2 (t))及其标准偏差， 将超过其标准偏差(std_B2)的二阶矩(B2(k))的样本标识并分类(540)为缺陷， 将其二阶矩(B2 (k))超过其标准偏差(std_B2)的所获取信号(x(k))的样本标记为缺陷(550)。
12.一种用于监视工业过程的质量的系统，包括: 用于测量一个或多个过·程参数的传感器装置(14)，以及 电子控制和处理单元(8，9 )，用于处理由所述传感器装置(14 )发射的信号， 其特征在于: 所述电子控制和处理单元(9)被配置成处理由所述传感器装置(14)发射的信号并执行如权利要求1至11所述的用于监视工业工程的质量的方法。
13.一种可直接加载到电子计算机的存储器中且包括软件代码部分以在产品在计算机上运行时执行如权利要求1至11中的任一项所述的方法的计算机产品。
全文摘要
本发明涉及用于监视工业过程的质量的方法及其系统。一种用于监视工业工作过程质量的方法，包括步骤从工业工作过程(10)获取(100)具有多个频率分量的至少一个信号(x(t))，该方法还包括操作将所述至少一个信号(x(t))分解(200)为具有单个频率分量的信号，计算(300)针对具有单个频率分量的每个信号的信息量，分析(400)针对具有单个频率分量的每个信号的信息量，以及如果最低单个频率分量处的信号的信息量的值不表示整个获取信号(x(t))的信息量的主百分比，则将所述获取信号(x(t))评估为指示具有缺陷的工作过程，并且对所述信号(x(t))执行缺陷分析步骤(500)。
文档编号G05B19/418GK103246241SQ20121051071
公开日2013年8月14日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年2月6日
发明者G.丹格洛, G.帕斯奎塔茨 申请人:C.R.F. 阿西安尼顾问公司