基于電弧聲信號的CO-,2-焊質量監(jiān)控方法研究.pdf

1、GMAW焊接電弧聲信號中蘊涵著豐富的焊接狀態(tài)信息，并與焊接參數、電弧行為、熔滴過渡方式、過程穩(wěn)定性等密切相關，是焊接質量監(jiān)控重要的源信號。本文以焊接質量在線監(jiān)控為目的，以短路過渡CO2焊接過程電弧聲信號為主要研究對象，借助于現代信號分析方法，分析了電弧聲信號的時頻特征及其與焊接狀態(tài)的相關性。在此基礎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模型參數構造特征向量

2、，利用BP、RBF神經網絡和支持向量機等機器學習模型，針對CO2焊接飛濺量、保護氣流量和焊絲干伸長，分別建立了預測模型和分類模型。測試結果表明，利用電弧聲信號進行焊接狀態(tài)的模式識別是可行的。論文工作主要包括以下內容：針對GMAW特點設計了以AC6115采集卡為核心的CO2焊接同步信號數據采集系統(tǒng)?；赩isualBasic語言開發(fā)了信號采集、波形顯示、數據處理以及與Matlab接口的應用軟件。 利用相關性分析、傅立葉譜、短時傅立

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

4、除原信號上的高頻噪聲，并能提取電弧頻帶特征信息，其中電弧電壓信號不同小波分解層高頻部分的奇異點，可用來界定短路過渡過程的不同階段。 分別利用傅立葉變換及小波分解技術提取不同頻率范圍內的電弧聲能量作為表征焊接過程狀態(tài)變化的特征集合。利用統(tǒng)計學中的假設檢驗方法對集合內元素與CO2飛濺量的相關性進行評價，從而實現特征集合的降維處理。以電弧聲頻帶能量集合作為網絡輸入，建立焊接飛濺量預測的BP網絡模型，成功實現了CO2焊接過程飛濺量的預測

5、。 基于電弧聲信號的時域與頻域特征分析，討論了電弧聲產生機理，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，保護氣、弧柱及其周圍磁場及熱場構成電弧聲道系統(tǒng)，電弧聲是聲源激勵與電弧聲道系統(tǒng)共同作用的結果。為進一步深入研究電弧聲特征，利用線性預測(LPC)分析方法建立電弧聲道的數學模型，并將電弧聲道系統(tǒng)等效為一個全極型時變數字濾波器。該模型可以精確描述電弧聲波頻譜包絡。因此LPC模型參數可以有效提取電弧聲信號特征。分別利用