基于電弧聲信號(hào)的CO-,2-焊質(zhì)量監(jiān)控方法研究.pdf

1、GMAW焊接電弧聲信號(hào)中蘊(yùn)涵著豐富的焊接狀態(tài)信息，并與焊接參數(shù)、電弧行為、熔滴過(guò)渡方式、過(guò)程穩(wěn)定性等密切相關(guān)，是焊接質(zhì)量監(jiān)控重要的源信號(hào)。本文以焊接質(zhì)量在線監(jiān)控為目的，以短路過(guò)渡CO2焊接過(guò)程電弧聲信號(hào)為主要研究對(duì)象，借助于現(xiàn)代信號(hào)分析方法，分析了電弧聲信號(hào)的時(shí)頻特征及其與焊接狀態(tài)的相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上提出電弧聲道的概念，并建立了聲道的等效電氣模型以及電弧聲的參數(shù)化模型。采用小波包分解提取的電弧聲頻帶能量和電弧聲LPC模型參數(shù)構(gòu)造特征向量

2、，利用BP、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)等機(jī)器學(xué)習(xí)模型，針對(duì)CO2焊接飛濺量、保護(hù)氣流量和焊絲干伸長(zhǎng)，分別建立了預(yù)測(cè)模型和分類模型。測(cè)試結(jié)果表明，利用電弧聲信號(hào)進(jìn)行焊接狀態(tài)的模式識(shí)別是可行的。論文工作主要包括以下內(nèi)容：針對(duì)GMAW特點(diǎn)設(shè)計(jì)了以AC6115采集卡為核心的CO2焊接同步信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；赩isualBasic語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了信號(hào)采集、波形顯示、數(shù)據(jù)處理以及與Matlab接口的應(yīng)用軟件。 利用相關(guān)性分析、傅立葉譜、短時(shí)傅立

3、葉、功率密度譜、小波分析等多種信號(hào)分析方法對(duì)焊接信號(hào)的時(shí)域、頻域及時(shí)頻域特征進(jìn)行了研究，試圖從信號(hào)分析角度豐富對(duì)焊接過(guò)程的認(rèn)識(shí)。分析表明，短路過(guò)渡CO2焊電弧聲信號(hào)呈現(xiàn)周期性的“振鈴”形信號(hào)，主要發(fā)生在短路過(guò)渡結(jié)束電弧再引燃階段，并且與電弧功率的一階差分高度相關(guān)，電弧能量的變化表現(xiàn)為聲音產(chǎn)生的動(dòng)因；電弧聲的幅頻譜主要分布在12kHz以下范圍內(nèi)并呈現(xiàn)出的一系列共振峰，其頻譜特征與焊接參數(shù)密切相關(guān)；小波分析可在保證信號(hào)不失真的前提下有效地消

4、除原信號(hào)上的高頻噪聲，并能提取電弧頻帶特征信息，其中電弧電壓信號(hào)不同小波分解層高頻部分的奇異點(diǎn)，可用來(lái)界定短路過(guò)渡過(guò)程的不同階段。 分別利用傅立葉變換及小波分解技術(shù)提取不同頻率范圍內(nèi)的電弧聲能量作為表征焊接過(guò)程狀態(tài)變化的特征集合。利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的假設(shè)檢驗(yàn)方法對(duì)集合內(nèi)元素與CO2飛濺量的相關(guān)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)特征集合的降維處理。以電弧聲頻帶能量集合作為網(wǎng)絡(luò)輸入，建立焊接飛濺量預(yù)測(cè)的BP網(wǎng)絡(luò)模型，成功實(shí)現(xiàn)了CO2焊接過(guò)程飛濺量的預(yù)測(cè)

5、。 基于電弧聲信號(hào)的時(shí)域與頻域特征分析，討論了電弧聲產(chǎn)生機(jī)理，提出了電弧聲道概念。指出電弧能量變化是電弧聲的聲源激勵(lì)，保護(hù)氣、弧柱及其周圍磁場(chǎng)及熱場(chǎng)構(gòu)成電弧聲道系統(tǒng)，電弧聲是聲源激勵(lì)與電弧聲道系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。為進(jìn)一步深入研究電弧聲特征，利用線性預(yù)測(cè)(LPC)分析方法建立電弧聲道的數(shù)學(xué)模型，并將電弧聲道系統(tǒng)等效為一個(gè)全極型時(shí)變數(shù)字濾波器。該模型可以精確描述電弧聲波頻譜包絡(luò)。因此LPC模型參數(shù)可以有效提取電弧聲信號(hào)特征。分別利用