[发明专利]一种基于电弧声发射信号传感监测电弧弧长的方法

摘要

本发明公开一种利用电弧声发射信号监测电弧弧长的方法。该方法借助实时检测电弧焊接或电弧增材制造过程中产生的电弧声发射信号波形，提取高于信号振幅门限值的时域信号波形得到电弧声发射信号时域特征波形，利用小波分析对时域特征波形进行消噪，提取电弧声发射信号时域特征波形中的低频成分，并绘制出低频成分时域特征波形图，将低频成分时域特征波形带入电弧弧长数学模型计算得出加工过程中的电弧弧长变化时域波形，由电弧弧长变化时域波形得出加工过程中任意加工时刻电弧弧长值。利用本发明能够实现对TIG、MIG、MAG、PAW等电弧焊接过程以及金属材料电弧增材制造过程的电弧弧长的离线检测和在线监测。

主权项

一种基于电弧声发射信号传感监测电弧弧长的方法，所述方法实时检测加工过程中的电弧声发射信号，利用电弧声发射与电弧弧长的定量关系，实现对电弧焊接或电弧增材制造过程电弧弧长的监测，其特征在于，所述方法的步骤如下：（1）安装声发射传感器于基板上，且正对加工制造区域的中心位置；（2）打开电弧电源，开始对目标对象的加工制造；（3）实时采集输出电弧能量连续冲击基板或制造区域的熔池而激发产生的声发射信号，并绘制出信号的动态波形图；（4）加工制造结束，关停电弧能量输出，并停止声发射信号在线检测；（5）设定电弧声发射信号振幅门限值，提取高于门限值的电弧声发射信号时域波形，得到电弧声发射信号时域特征波形；（6）利用小波分析方法对电弧声发射信号时域特征波形进行消噪；（7）利用小波包分析方法提取电弧声发射信号时域特征波形中的低频成分，并绘制出电弧声发射信号低频成分特征波形图；（8）将电弧声发射信号低频成分特征波形带入电弧弧长数学模型计算得出加工过程中的电弧弧长变化时域波形；（9）由电弧弧长变化时域波形得出加工过程中任意加工时刻电弧弧长值；所述电弧弧长数学模型的获得方法如下：（8.1）安装基板，并可靠水平固定，将电弧焊枪夹持于三维数控工作平台的行走机构，调整电弧焊枪方向，使其与基板平面垂直；（8.2）沿x方向设定任一速度和行程，使电弧在燃烧过程中匀速行走，并同时使电弧弧长沿z方向连续改变；（8.3）实时采集电弧弧长变化过程中的电弧声发射信号，绘制出电弧声发射信号时域波形；（8.4）x方向行程结束，停止电弧工作和电弧声发射信号采集；（8.5）设定电弧声发射信号振幅门限值，提取高于门限值的电弧声发射信号时域波形，得到电弧声发射信号时域特征波形；（8.6）利用小波分析方法对电弧声发射信号时域特征波形进行消噪；（8.7）利用小波包分析方法提取电弧弧长变化过程中电弧声发射信号时域特征波形中的低频成分，从而绘制出电弧声发射信号低频成分时域特征波形图；（8.8）利用电弧行走在x方向的行程和z方向的弧长变化形成的三角函数关系进行换算，得出电弧弧长‑电弧声发射振幅关系曲线图；（8.9）对电弧弧长‑电弧声发射振幅关系曲线进行曲线拟合，得到电弧弧长与电弧声发射信号之间的关系模型，即电弧弧长数学模型。