基于電弧聲信號的CO-,2-焊質(zhì)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(shù)、電弧行為、熔滴過渡方式、過程穩(wěn)定性等密切相關(guān)，是焊接質(zhì)量監(jiān)控重要的源信號。本文以焊接質(zhì)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(xiàn)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(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)和支持向量機等機器學(xué)習(xí)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(yù)測模型和分類模型。測試結(jié)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(nèi)容：針對GMAW特點設(shè)計了以AC6115采集卡為核心的CO2焊接同步信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。基于VisualBasic語言開發(fā)了信號采集、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(xiàn)周期性的“振鈴”形信號，主要發(fā)生在短路過渡結(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(shù)提取不同頻率范圍內(nèi)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(xué)中的假設(shè)檢驗方法對集合內(nèi)元素與CO2飛濺量的相關(guān)性進行評價，從而實現(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)測的BP網(wǎng)絡(luò)模型，成功實現(xiàn)了CO2焊接過程飛濺量的預(yù)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(chǎn)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(gòu)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(jié)果。為進一步深入研究電弧聲特征，利用線性預(yù)測(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)等效為一個全極型時變數(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特征。分別利用