[发明专利]一种电弧焊熔滴过渡过程稳定性的定量评价方法

说明书

技术领域

    本发明涉及熔滴过渡技术领域，特别是涉及一种电弧焊熔滴过渡过程稳定性的定量评价方法。

背景技术

在实际生产应用中，对电弧焊熔滴过渡过程稳定性的评定，长期以来，由有经验的焊工根据弧光、电弧声、飞溅等因素综合做出评价。这种方法具有很大的个人主观成分，并且判定速度慢，并未获得推广。所以，急需研究客观化、自动化的方法来满足当前监测应用的需求。

随着焊接电弧物理、焊接过程测试技术的发展，人们认识到焊接电压、电流一方面可以作为焊接过程的可控变量，另一方面它们也是各种信息的丰富载体。然而，焊接过程是一个复杂的物理过程，它的复杂性和微观熔滴过渡过程的随机性，使得此过程的电弧电压、焊接电流波形在微观上无重现性。

国内外众多专家学者尝试从电压、电流信号着手，研究电弧焊的监测方法。如杨运强等利用虚拟仪器技术对现有设备进行了全面的技术改造：采用电流型LEM传感器检测电流和电压信号，利用计算机配合高速数据采集卡采集数据，然后通过软件进行数据处理，根据电流电压有效值定义和有功功率定义等直接获取电焊机参数，在计算机的虚拟仪器面板上同时显示电焊机电流、电压、功率、功率因素、波形畸变率等参数和瞬时信号波形，并对所测信息进行统计处理和其它实用分析。该文提出了虚拟仪器的方法对电弧焊的电信号进行统计分析并以图表形式直观显示，为焊工提供了很好的参考辅助手段。

又如李志勇等对干扰因素下药芯焊丝二氧化碳焊接过程特征电信号进行提取和分析。该文献指出：焊接过程中，由于各种干扰因素，如保护气体纯度、送气机构稳定性，外界风力等的影响，往往会使得保护气氛发生变化，从而可能导致气孔等缺陷的发生。如果电信号能够反映保护气流量的变化，对于焊接过程的在线检测非常有意义。同时，作者也对焊接电压概率密度曲线图、电压概率密度曲线图进行了分析。该文献提出焊接电流能反映保护气体的变化情况这一观点对电信号的分析有一定的启发意义，但是该文献的观点尚处于初步探索阶段，没有确实提取出特征值，并进行定量的实验分析。

叶峰等提出了机器人弧焊过程焊缝质量信息的在线判读。该文献指出：焊接过程的焊接电流及电压波形信号中，具有多信息的相互依存且信息可分解的特点，并提出采用人工智能中的模糊推理方法进行质量在线评定。但该文献中并没有具体阐述电信号中要提出的特征及其提取方法。也没有对机器判定准确率进行充分的实验分析。

现有的方法，大部分实现了对电压电流的数学分析，并以图表形式直观化展现，大大方便了焊工的判定。然而，严格来说，这些方法仍属于定性的评价方法。

当前，也有一些定量的评价方法。这些方法多基于数学统计，求出诸如“CO₂弧焊的短路电阻平均值”等特征值。然而综合这些量值，实现的自动化评定的准确率仍有待提高，相关的自动化评价系统未见报道。因此，仍然需要深入研究新的量化评价方法，提取更多更有用的量值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于自相关分析的电弧焊熔滴过渡过程稳定性的定量评价方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种电弧焊熔滴过渡过程稳定性的定量评价方法，包括如下步骤：

（1）自相关分析：对弧焊过程的电压或电流信号序列数据，求解自相关函数r(n)并进行归一化处理；得到归一化后的自相关函数序列R(n)；

（2）求解峰值位置信息序列：从R(0)开始，向自变量坐标轴的正方向，逐个探寻下一个峰值，并记录其位置peakPosition(i)和值peakValue(i)；最终求解出所有峰值的位置，形成序列peakPosition；

（3）计算相邻峰的间距space(i)，得到间距序列space；

（4）求间距序列space的变异系数varCoef。

所述步骤（1）中的自相关分析求解步骤如下：

其中，；

式中，x(m)为待处理信号；

N为信号x(m)的长度；

m为时间变量；

为信号的平均值。

然后对r(n)进行归一化处理。由于r(n)在n=0处取得最大值，故归一化公式为：

，

        显然，R(0)=1，这也是自相关函数的第一个峰值。

        所述步骤（2）中峰值位置信息序列的求解步骤如下：