专利名称：一种实时焊缝跟踪信号的小波降噪方法
技术领域：
本发明属于电弧传感式焊缝自动跟踪焊接技术领域，具体涉及一种实时焊缝跟踪信号的小波降噪方法。
背景技术：
电弧传感器的基本原理是利用焊枪与焊件之间距离的变化引起的焊接电流变化来探测焊枪高度与左右偏差。具有耐高温、抗弧光、实时性强、可达性好等优点。但在实际的电弧扫描焊接过程中，由于熔滴过渡、飞溅、送丝抖动、以及焊丝与导电嘴的接触点变化等因素的存在，使得电弧传感式焊缝跟踪信号中表征焊缝位置信息的信号往往被掩盖。因此，电弧传感器要想成功地应用于焊接自动化等领域，就必须先要对其进行去噪处理。目前用于电弧传感式焊缝跟踪信号的去噪处理的方法，主要是采用模拟滤波器。但模拟滤波器常常存在参数难以调节、温度漂移、相移等缺点，使得电弧传感式焊缝跟踪信号的去噪并不
理相对于小波降噪的研究，主要集中在语音处理、图像处理、故障监控等领域；虽然近年来，在焊接领域也有一定的研究，如焊缝边缘检测、焊接缺陷检测以及熔滴短路过渡信息提取等，但它们主要都是针对信号的离线小波降噪分析，而对于焊缝跟踪信号的实时小波降噪方法缺乏研究。本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种能有效去除焊缝跟踪信号中干扰信号的实时电弧传感式焊缝跟踪信号的小波降噪方法，它为焊枪相对焊缝中心位置偏差的提取提供基础。
发明内容
本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的本发明实时焊缝跟踪信号的小波降噪方法，包括如下顺序的步骤
(I)首先，通过抗混叠滤波器对焊缝跟踪信号进行限频处理，然后通过A/D转换器将离散焊缝跟踪信号传输给数字信号处理系统；
(2 )数字信号处理系统采用滑动固定数据窗进行采样，逐一更新滑动固定数据窗内的数据，直到窗口内的所有数据完全被实际离散焊缝跟踪信号数据所取代，否则，继续等待数据更新；
(3)利用小波分解与重构降噪法和非线性小波域阈值降噪法相结合的降噪方法，对窗内有限长的焊缝跟踪信号数据流进行去噪处理；
(4)将降噪后的焊缝跟踪信号数据流的最后一位数据作为降噪结果输出，并移动保存窗内的初始信号数据；
(5)采样更新数据窗内的最后一位数据；
(6)重复第(3)步到第(5)步，完成焊缝跟踪信号的实时去噪处理。具体地说，步骤(3)所述焊缝跟踪信号数据流的去噪处理过程具体是通过Mallat快速小波变换算法对其进行/层小波分解，然后利用小波分解与重构降噪法和非线性小波变换域阈值降噪法相结合的降噪方法，对各层的焊缝跟踪信号小波系数进行非线性处理，并通过Mallat快速小波变换算法对焊缝跟踪信号进行重构，最后通过输出焊缝跟踪信号降噪处理后的最后一位数据完成焊缝跟踪信号的实时小波降噪。本发明利用滑动固定数据窗实时截取焊缝跟踪信号，采用小波分解与重构降噪法和非线性小波域阈值降噪法的相结合降噪法对窗口内的焊缝跟踪信号按数据流的方式动态去噪，把小波去噪处理后的最后一位数据作为输出信号。本发明的优点主要体现在(1)采用滑动固定数据窗去实时地截取最新的焊缝跟踪信号，对其进行小波分解与重构和小波阈值相结合降噪的方法简单，实时性强，能满足焊缝跟踪系统的要求；(2)能根据焊缝跟踪信号的信号特征，进行自适应滤波，降噪效果及实时性高。
图I是本发明实施例的硬件原理连接框图。图2是本发明实施例的工作流程框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。参见图I和图2，本实施例中，首先通过抗混叠滤波器对焊缝跟踪信号进行限频处理，然后通过A/D转换器将离散焊缝跟踪信号即焊接电流信号传输给数字信号处理系统。接着如图2所示，数字信号处理系统对采集到的焊接电流信号数据量进行判断，看它是否满足预设滑动固定数据窗口值，如果采集到的数据量小于预设置，则继续等待采集焊接电流信号，直到数据量满足预设滑动固定数据窗口值时，对其进行首次小波分解与重构和非线性小波域阈值的相结合降噪，并将降噪后的最后一位数据作为去噪结果输出，接着移动原始离散焊接电流信号数据，为接受下一个离散采样焊接电流信号数据留出空位；由于后续的采样，所获得的信号数据量总是满足预设滑动固定数据窗口值，因此，后续每采一个样，都会对其进行小波分解与重构和非线性小波域阈值的相结合去噪处理，并输出；至此就完成了焊缝跟踪信号的实时去噪处理。焊缝跟踪信号数据流的去噪处理过程具体是通过Mallat快速小波变换算法对其进行J层小波分解，然后利用小波分解与重构降噪法和非线性小波变换域阈值降噪法相 结合的降噪方法，对各层的焊缝跟踪信号小波系数进行非线性处理，并通过Mallat快速小波变换算法对焊缝跟踪信号进行重构，最后通过输出焊缝跟踪信号去噪处理后的最后一位数据完成焊缝跟踪信号的实时小波去噪。焊缝跟踪信号的小波分解深度/，使得焊缝跟踪信号中表征焊缝位置信息的信号的归一化频率落在第J层的概貌信号内，而处在第(J +1)层的细节信号内。滑动固定数据窗口的大小不小于系统在反映焊缝位置本征信号的一个周期内所能获得的总采样数据量，不小于满足是2的整数次幂，且不大于系统在一个采样周期内所能处理的最大数据量。焊缝跟踪信号小波系数的处理，是对第一、二层的焊缝跟踪信号小波系数直接做置零处理，而对更高层次的焊缝跟踪信号小波系数利用软阈值滤波法进行处理。
权利要求
1.一种实时焊缝跟踪信号的小波降噪方法，其特征在于包括如下顺序的步骤 首先，通过抗混叠滤波器对焊缝跟踪信号进行限频处理，然后通过A/D转换器将离散焊缝跟踪信号传输给数字信号处理系统； 数字信号处理系统采用滑动固定数据窗进行采样，逐一更新滑动固定数据窗内的数据，直到窗口内的所有数据完全被实际离散焊缝跟踪信号数据所取代，否则，继续等待数据更新； 利用小波分解与重构降噪法和非线性小波域阈值降噪法相结合的降噪方法，对窗内有限长的焊缝跟踪信号数据流进行去噪处理； 将去噪后的焊缝跟踪信号数据流的最后一位数据作为去噪结果输出，并移动保存窗内的初始信号数据； 采样更新数据窗内的最后一位数据； (6)重复第(3)步到第(5)步，完成焊缝跟踪信号的实时去噪处理。
2.根据权利要求I所述的实时焊缝跟踪信号的小波降噪方法，其特征在于步骤(3)所述焊缝跟踪信号数据流的去噪处理过程具体是通过Mallat快速小波变换算法对其进行J层小波分解，然后利用小波分解与重构降噪法和非线性小波变换域阈值降噪法相结合的降噪方法，对各层的焊缝跟踪信号小波系数进行非线性处理，并通过Mallat快速小波变换算法对焊缝跟踪信号进行重构，最后通过输出焊缝跟踪信号降噪处理后的最后一位数据完成焊缝跟踪信号的实时小波去噪处理。
3.根据权利要求2所述的实时焊缝跟踪信号的小波降噪方法，其特征在于所述焊缝跟踪信号的小波分解深度J，使得焊缝跟踪信号中表征焊缝位置信息的信号的归一化频率落在第J层的概貌信号内，而处在第U +1)层的细节信号内。
4.根据权利要求3所述的实时焊缝跟踪信号的小波降噪方法，其特征在于所述滑动固定数据窗口的大小不小于系统在反映焊缝位置本征信号的一个周期内所能获得的总采样数据量，不小于满足是2的整数次幂，且不大于系统在一个采样周期内所能处理的最大数据量。
5.根据权利要求2所述的实时焊缝跟踪信号的小波降噪方法，其特征在于所述焊缝跟踪信号小波系数的处理，是对第一、二层的焊缝跟踪信号小波系数直接做置零处理，而对更高层次的焊缝跟踪信号小波系数利用软阈值滤波法进行处理。
全文摘要
本发明公开了一种实时焊缝跟踪信号的小波降噪方法。本发明利用一个大小固定的滑动数据窗，实时地截取焊缝跟踪信号的最新一段数据，利用小波变换具有的多分辨率分析特性，将焊缝跟踪信号中反映焊缝位置信息的本征信号与其它干扰信号分解到不同的频段，并对干扰信号所处的频段进行置零或者阈值处理，然后通过小波逆变换得到去噪后的焊缝跟踪信号，最后通过输出去噪后焊缝跟踪信号的最后一个数据，完成焊缝跟踪信号的实时小波降噪。本发明采用滑动固定数据窗实时地截取最新的电弧传感信号，对其进行小波阈值降噪的方法简单，实时性强，满足焊缝跟踪系统的要求；能根据电弧传感信号的信号特征，进行自适应滤波，降噪效果及实时性好。
文档编号G06F19/00GK102682200SQ20121013046
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者向小明, 杨学道, 洪宇翔, 洪波, 祝团结 申请人:湘潭大学