基于聲音信號(hào)頻率特征的鋁合金脈沖GTAW熔透識(shí)別方法研究.pdf

1、電弧焊接熔池的熔透狀態(tài)是決定焊縫質(zhì)量的最重要因素之一。研究表明，焊接電弧聲音特征與熔池的熔透狀態(tài)密切相關(guān)。有經(jīng)驗(yàn)的焊接工人僅憑焊接聲音信號(hào)就可以判斷焊縫質(zhì)量，其主要依據(jù)是焊接聲音信號(hào)的響度和音調(diào)。目前，在基于焊接聲音信號(hào)時(shí)域特征和語(yǔ)音處理技術(shù)的熔透狀態(tài)識(shí)別方面已取得一定的成果，但是，由于焊接過(guò)程受多方面因素影響，加之聲音信號(hào)頻域分析的復(fù)雜性，基于聲音信號(hào)頻率特征的熔透識(shí)別一直是熔透狀態(tài)控制研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　本文以鋁合金脈沖G

2、TAW熔透狀態(tài)識(shí)別為研究背景，基于焊接自動(dòng)化系統(tǒng)采集焊接聲音信號(hào)，結(jié)合焊接電流信號(hào)分析了焊接聲音的產(chǎn)生過(guò)程，發(fā)現(xiàn)聲音的幅度與電信號(hào)的變化率有關(guān)，電信號(hào)的上升沿和下降沿產(chǎn)生的聲音信號(hào)在幅值大小和頻率分布方面都相當(dāng)，都是焊接聲音信號(hào)的重要組成部分。另外，對(duì)焊接聲音信號(hào)的成分和比例的分析結(jié)果表明，本文的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下獲得的聲音信號(hào)主要來(lái)自熔池震蕩和電弧振動(dòng)，在分析焊接聲音信號(hào)和熔透狀態(tài)的關(guān)系時(shí)可以忽略噪聲的影響。除此，聲道模型分析表明，電弧與熔池

3、之間形成的封閉聲道加強(qiáng)聲音的低頻部分，而電弧與狹窄焊縫之間形成的開(kāi)放聲道加強(qiáng)聲音的高頻部分。
　　本文設(shè)計(jì)了一種提取脈沖 GTAW熔透試驗(yàn)聲音信號(hào)頻率特征的方法。首先，基于對(duì)不同熔透狀態(tài)下聲音信號(hào)的頻譜分析，以短時(shí)能量和為衡量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合FFT確定了鋁合金脈沖GTAW焊接聲音信號(hào)的敏感頻段為0-7000Hz；然后，采用三層小波包分解和重建將關(guān)于熔透狀態(tài)敏感的聲音信號(hào)頻率范圍縮減到2500-5000Hz；并在假設(shè)關(guān)于熔透狀態(tài)敏感的聲音

4、信號(hào)關(guān)于中心頻率對(duì)稱(chēng)分布的情況下，采用頻率范圍兩端同時(shí)縮減1024點(diǎn)的FFT最小頻率間隔的方法，獲得對(duì)熔透狀態(tài)敏感的聲音信號(hào)最小頻率范圍，為3164-4335Hz；最后提取3164-4335Hz內(nèi)聲音信號(hào)的短時(shí)幅值平均值、幅值標(biāo)準(zhǔn)差、能量和及對(duì)數(shù)能量平均值作為鋁合金脈沖GTAW熔透狀態(tài)的特征值。
　　本文以3164-4335Hz內(nèi)聲音信號(hào)的短時(shí)幅值平均值、幅值標(biāo)準(zhǔn)差、能量和及對(duì)數(shù)能量平均值組成特征向量，建立SVM模型，識(shí)別鋁合金脈