一種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙mag焊焊縫偏差識別裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置及方法，所述裝置包括旋轉(zhuǎn)電弧焊炬、電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器、傳聲器、聲音調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電弧旋轉(zhuǎn)位置檢測模塊、單周期電弧聲信號提取模塊、快速傅里葉變換處理模塊、單周期焊縫偏差提取模塊、多周期焊縫偏差統(tǒng)計模塊，傳聲器距離電弧安置于窄間隙坡口對稱面上，依次連接聲音調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器安裝于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬上，其輸出信號連接到數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊依次連接電弧旋轉(zhuǎn)位置檢測模塊、單周期電弧聲信號提取模塊、快速傅里葉變換處理模塊、單周期焊縫偏差提取模塊和多周期焊縫偏差統(tǒng)計模塊至輸出焊縫偏差。本發(fā)明獲取窄間隙焊縫偏差效率高且準確可靠。
【專利說明】
一種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊，更具體地說是涉及一種基于聲音傳感的 旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MG焊焊縫偏差識別裝置及方法，屬于焊接自動化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊是實現(xiàn)大厚板熔化極焊接的高效焊接方法，具有焊縫截面 積小、焊接填充金屬少、焊接熱輸入低、焊接效率高、焊接接頭性能好，在造船、壓力容器焊 接，以及鋼結(jié)構(gòu)制造中應(yīng)用越來越廣泛。為了保證旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫的質(zhì)量，使坡 口左右側(cè)壁都均勻熔透，需要保證旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的電弧中心與窄間隙工件的坡口中心嚴格 對準。為此需要對旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊接過程進行實時有效的焊縫跟蹤控制，其關(guān)鍵就 是能夠?qū)崿F(xiàn)實時可靠的焊縫偏差的識別和提取。
[0003]目前應(yīng)用于焊縫偏差識別的傳感器主要有:機械式傳感器、電磁感應(yīng)式傳感器、焊 接溫度場傳感器、電弧傳感器、CCD視覺傳感器和聲音傳感器等。其中，聲音傳感器因其不受 側(cè)壁上附著的飛濺、坡口底部變化的影響以及焊接過程中產(chǎn)生的煙塵、弧光、電磁的干擾， 信息量大，適用坡口形式多等優(yōu)點，被認為是一種很具有發(fā)展前景的傳感方法。
[0004]關(guān)于窄間隙焊接的聲音傳感技術(shù)的研究并不多，在文獻"窄間隙MAG焊電弧聲與電 弧作用位置的相關(guān)性"（蘭虎等，機械工程學(xué)報，2014年，第50卷，第24期，38~43頁）中，提出 窄間隙MAG焊電弧聲信號與電弧中心作用位置具有相關(guān)性，該系統(tǒng)通過對窄間隙MAG脈沖立 焊過程中電弧聲信號的提取、處理和分析，發(fā)現(xiàn)電弧聲信號能量的頻譜分布與電弧作用中 心到窄間隙工件坡口側(cè)壁的距離具有高度的相關(guān)性，隨著電弧作用中心到窄間隙工件坡口 側(cè)壁距離的逐漸增大，電弧聲信號能量在低頻范圍內(nèi)的分布始終存在，其分布總體呈現(xiàn)從 斷續(xù)到連續(xù)再到斷續(xù)的特征，然而當(dāng)電弧作用中心到窄間隙坡口側(cè)壁的距離達到2.6mm以 上時，其電弧聲信號能量在高頻范圍內(nèi)會出現(xiàn)分布，其分布總體上呈現(xiàn)從斷續(xù)到連續(xù)的特 征。所以利用窄間隙MAG脈沖立焊電弧聲信號在時域和頻域范圍內(nèi)的分布規(guī)律可以實現(xiàn)窄 間隙焊縫跟蹤。該方法僅研究了搖動電弧窄間隙焊接電弧聲信號，而且其搖動頻率低，沒有 對高速的旋轉(zhuǎn)電弧聲信號進行研究。在文獻"基于電弧聲信號特征分析MAG焊熔透狀態(tài)在 線監(jiān)測"（畢淑娟等，焊接學(xué)報，2010年，第31卷，第5期，17~20頁）中，開發(fā)了一種基于MG焊 接過程的可聽電弧聲信號的采集和處理的焊縫熔透狀態(tài)在線監(jiān)測方法，采用小波降噪法和 短時加窗等預(yù)處理手段對電弧聲信號進行預(yù)處理，提取特征參數(shù)，對特征向量進行PCA參數(shù) 計算融合處理，并以此作為輸入?yún)⒘?，將四種焊縫熔透狀態(tài)作為輸出參量，建立了基于BP和 RBF的焊縫熔透狀態(tài)的辨識網(wǎng)絡(luò)模型，并對這兩種焊縫熔透狀態(tài)的辨識網(wǎng)絡(luò)模型進行相應(yīng) 的應(yīng)用驗證，都可以實現(xiàn)對焊縫熔透狀態(tài)的在線識別。該方法只進行MG焊接過程的在線監(jiān) 測，未見實現(xiàn)焊縫的同步跟蹤控制。在文獻"MIG焊電弧聲信號與熔透狀態(tài)相關(guān)性"中，對以 電弧聲信號作為焊縫熔透狀態(tài)監(jiān)控的潛在源信號進行了研究，提取了平板對接MIG焊的射 流過渡過程中產(chǎn)生的非平穩(wěn)的電弧聲信號，采用小波變換技術(shù)對電弧聲信號進行處理，再 從時域、頻域和時頻聯(lián)合域三個角度對電弧聲信號與焊縫熔透狀態(tài)的相關(guān)性進行研究分 析，發(fā)現(xiàn)1.5~4.5kHz頻率段內(nèi)電弧聲信號能量的變化可以準確地被檢測提取出來，從而用 來表征焊接過程中焊縫熔透狀態(tài)的改變。該方法僅研究了平板對接MIG焊電弧聲信號，沒有 研究窄間隙MG焊電弧聲信號。
[0005] 已有授權(quán)的專利中，清華大學(xué)的王耀文等人在專利名稱為"等離子弧焊熔池穿孔 狀態(tài)的聲音信號傳感方法及其系統(tǒng)"（申請?zhí)?00105933.5)的發(fā)明專利中，提出一種針對等 離子焊接的聲音傳感方法，通過在等離子焊槍附近架置傳聲器，實時采集等離子弧焊接過 程中的聲音信號s(t)并存儲入計算機;再對采集的信號進行離散傅里葉變換處理，得到可 供機器識別的定量的熔池穿孔與否傳感信號As;最后將As與給定閾值進行比較，以判斷當(dāng) 時熔池穿孔狀態(tài)。該方法只研究了等離子弧焊的聲音傳感，離散傅里葉變換計算工作量大， 降低了時效性。北京石油化工大學(xué)的朱加雷等人在專利名稱為"高壓干法水下GMAW焊接電 弧聲測試與分析系統(tǒng)"（申請?zhí)枺?01520393537.9)的實用新型專利中，公開了一種高壓干法 水下GMAW焊接電弧聲測試與分析系統(tǒng)，包括高壓焊接實驗艙、焊接實驗平臺、駐極體傳聲 器、前置放大器、信號分析儀、抗混疊濾波模塊、數(shù)據(jù)采集卡與工控機。但該系統(tǒng)僅停留于實 驗研究，還沒有實際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊縫跟蹤和焊接質(zhì)量控制的需要，提出 了一種基于聲音傳感的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置及方法。在電弧聲音傳感 系統(tǒng)硬件組成的基礎(chǔ)上提供一種算法效率高，可靠的焊縫偏差識別提取方法。本發(fā)明是采 用傳聲器(聲音傳感器）、聲音調(diào)理模塊來準確獲取旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊電弧聲信號，對 電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)、右側(cè)、后方位置的電弧聲信號進行快速處理獲得頻域特征信號，將特 征信號與閾值進行比較來獲取焊縫偏差。
[0007] 本發(fā)明的提出是綜合考慮了旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MG焊的特點和聲音傳感功率譜密度 的特點。為了快速采集和處理電弧聲信號，保證旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差提取的實時 性，引入電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器來獲取每個旋轉(zhuǎn)電弧周期內(nèi)的電弧聲信號。旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙 MAG焊電弧聲的聲道是由電弧的兩極即熔化極焊絲和熔池、窄間隙工件的左右坡口以及保 護氣體所構(gòu)成的一個復(fù)雜的多層面的諧振腔，電弧聲的聲源激勵需要經(jīng)過聲道的調(diào)制作用 才是傳聲器所采集到的聲音信號，其頻譜特性主要取決于聲道的頻譜響應(yīng)特性。研究發(fā)現(xiàn) 旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊電弧聲音經(jīng)過其聲道調(diào)制后，其功率譜密度的能量峰會分布在某些 特征頻率附近，當(dāng)存在焊縫偏差時，由熔化極焊絲和熔池、窄間隙工件的左右坡口以及保護 氣體所構(gòu)成的聲道系統(tǒng)發(fā)生改變，導(dǎo)致電弧聲信號功率譜密度的特征頻率附近的能量分布 出現(xiàn)變化。同時，從電弧聲音傳感的特點來看，電弧聲信號不受側(cè)壁上附著的飛濺、坡口底 部變化以及焊接過程中產(chǎn)生的煙塵、弧光、電磁的干擾，包含焊接過程中的信息量大，而且 電弧聲信號功率譜密度相對于其時域波形具有更好的抵抗外界干擾影響的能量，可以快速 準確的識別提取焊縫偏差。
[0008] 為了達到上述目的，本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：
[0009] -種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，包括旋轉(zhuǎn)電弧焊炬、電弧旋轉(zhuǎn)位置 傳感器、傳聲器、聲音調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電弧旋轉(zhuǎn)位置檢測模塊、單周期電弧聲信號 提取模塊、快速傅里葉變換處理模塊、單周期焊縫偏差提取模塊、多周期焊縫偏差統(tǒng)計模塊 和焊縫偏差輸出，其中所述傳聲器距離電弧安置于窄間隙坡口對稱面上，依次連接聲音調(diào) 理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，所述電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器安裝于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬上，其輸出信號連接 到數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊依次連接電弧旋轉(zhuǎn)位置檢測模塊、單周期電弧聲信號 提取模塊、快速傅里葉變換處理模塊、單周期焊縫偏差提取模塊和多周期焊縫偏差統(tǒng)計模 塊至輸出焊縫偏差。
[0010]上述所述的電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器分為固定部分和移動部分，其中，固定部分固定 于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的固定部分，移動部分固定于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的旋轉(zhuǎn)部分，當(dāng)電弧旋轉(zhuǎn)位置 傳感器移動部分旋轉(zhuǎn)到特定位置，即改變電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器固定部分的傳感輸出狀態(tài)， 從而能確定電弧的旋轉(zhuǎn)位置，調(diào)整電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器的安裝，使得電弧旋轉(zhuǎn)到熔池前方 時，輸出脈沖信號。
[0011]上述所述電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器的固定部分為凹槽式光電開關(guān)，電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感 器的移動部分為邊緣處帶有一個缺口的碼盤。
[0012] 上述所述傳聲器距離電弧的距離為200~500mm。
[0013] 為了達到上述目的，本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的另一技術(shù)方案是：
[0014] -種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊縫偏差識別裝置的識別方法，包括以下步驟：
[0015] (1)設(shè)定電弧聲音傳感采樣率，其范圍為電弧旋轉(zhuǎn)頻率k乘以200~10000;
[0016] (2)設(shè)定電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感采樣率，其值大于電弧旋轉(zhuǎn)頻率k乘以200;
[0017] ⑶為了避免電弧不穩(wěn)定對電弧聲信號采集的干擾，在窄間隙MAG焊起弧后2~5s， 啟動電弧聲信號數(shù)據(jù)采集；
[0018] (4)對數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號，利用電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器獲得一個電弧旋轉(zhuǎn)周 期的電弧聲信號數(shù)據(jù)；
[0019] (5)利用"單周期電弧聲信號提取模塊"對步驟(4)所獲得的一個電弧旋轉(zhuǎn)周期內(nèi) 的電弧聲信號提取電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)、后方、右側(cè)位置附近的電弧聲信號，分別為Sl、Sb、 Sr;
[0020] (6)利用"快速傅里葉變換處理模塊"對步驟(5)所得Sl、Sb、Sr進行處理，得到相應(yīng) 的電弧聲信號功率譜密度Pl、Pb、Pr;
[0021] (7)檢測步驟(6)中獲得的Pl、PB、PR在特征頻率附近的能量峰值A(chǔ)l、Ar、Ab ;
[0022] (8)計算 Al 與 Ab 的比值 Rl，即 Rl = Al/Ab;
[0023] (9)計算Ar與Ab的比值Rr，即Rr = Ar/Ab ;
[0024] (10)計算Rl與Rr的比值R，即R = Rl/Rr;
[0025] (11)將R與不同焊縫偏差下的R閾值范圍進行比較，把最匹配的閾值所對應(yīng)的焊縫 偏差作為當(dāng)前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差；
[0026] (12)計算最近連續(xù)的m個電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差的平均值，或?qū)⑺鼈兣判蛉∑?中值作為最終的焊縫偏差值輸出，以提高算法的準確性和抗干擾能力，m取值為(η X k/10) 的值取整數(shù)，其中η為1~3之間的數(shù)，k為電弧旋轉(zhuǎn)頻率，若取整后m值為0則設(shè)定m的值為I;
[0027] (13)當(dāng)有中止命令，即結(jié)束，當(dāng)沒有中止命令，即跳到步驟(4)繼續(xù)運行。
[0028] 上述步驟(5)所述的利用單周期電弧聲信號提取模塊提取電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)、 后方、右側(cè)位置附近的電弧聲信號的方法是：
[0029] 1)以連續(xù)兩個電弧前方位置信號所在位置為起始位置和終止位置，提取一個電弧 旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的電弧聲信號數(shù)據(jù)Data;
[0030] 2)當(dāng)電弧順時針旋轉(zhuǎn)，提取Data的1/8~3/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)；當(dāng)電弧逆時針旋 轉(zhuǎn)，提取Data的5/8~7/8的電弧聲信號數(shù)據(jù);該提取數(shù)據(jù)Sl即為電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)附近 時的電弧聲信號；
[0031 ] 3)當(dāng)電弧順時針旋轉(zhuǎn)，提取Data的5/8~7/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)；當(dāng)電弧逆時針旋 轉(zhuǎn)，提取Data的1/8~3/8的電弧聲信號數(shù)據(jù);該提取數(shù)據(jù)Sr即為電弧旋轉(zhuǎn)到熔池右側(cè)附近 時的電弧聲信號；
[0032] 4)提取Data的5/8~7/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)，即獲得電弧旋轉(zhuǎn)到熔池后方附近的電 弧聲信號Sb。
[0033] 上述步驟(11)所述的"不同焊縫偏差下的R閾值范圍"的獲取方法是：
[0034] 焊接實驗時設(shè)置不同的焊縫偏差，按照權(quán)利要求5所述步驟（1)至步驟（10)，得到 不同焊縫偏差下的R值，然后即可得到一定范圍內(nèi)的焊縫偏差對應(yīng)的R值范圍。
[0035] 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置及方法，其特點和有益效果：
[0036] (1)電弧聲信號不受飛濺、煙塵、弧光、電磁和坡口底部變化的干擾，包含焊接過程 中的信息量大，并且通過其獲取焊縫偏差的效率高、準確可靠，為實現(xiàn)焊接自動化提供了一 種新的方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0037] (2)聲音傳感包含電弧傳感、視覺傳感等難以檢測的信息，如可以檢測工件的除銹 狀態(tài)、保護氣狀態(tài)，該專利也易于與基于聲音傳感的焊接質(zhì)量監(jiān)控相結(jié)合，具有更廣闊的應(yīng) 用前景。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明的一種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊縫偏差識別裝置的構(gòu)造示意框圖。
[0039] 圖2為電弧旋轉(zhuǎn)位置信號檢測模塊算法流程框圖。
[0040] 圖3為每個旋轉(zhuǎn)周期電弧聲信號提取模塊算法流程框圖。
[0041] 圖4為電弧聲信號在不同電弧旋轉(zhuǎn)位置時的功率譜密度圖，其中圖a)為熔池左側(cè) 位置附近功率譜，圖b)為熔池右側(cè)位置附近功率譜，圖c)為熔池后方位置附近功率譜。
【具體實施方式】
[0042]為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細 闡述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0043]如圖1所示，為本發(fā)明的一種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，包括旋轉(zhuǎn) 電弧焊炬1、電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2、傳聲器3、聲音調(diào)理模塊4、數(shù)據(jù)采集模塊5、電弧旋轉(zhuǎn)位 置檢測模塊6,單周期電弧聲信號提取模塊7、快速傅里葉變換處理模塊8、單周期焊縫偏差 提取模塊9、多周期焊縫偏差統(tǒng)計模塊10和焊縫偏差輸出11。其中所述的傳聲器3安置于窄 間隙坡口 12對稱面上，距離電弧200~500mm的距離。電弧聲信號依次經(jīng)所述的傳聲器3、聲 音調(diào)理模塊4后再輸入到所述的數(shù)據(jù)采集模塊5。所述的電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2安裝于旋轉(zhuǎn) 電弧焊炬1上，其輸出信號連接到所述的數(shù)據(jù)采集模塊5。所述的數(shù)據(jù)采集模塊5依次連接所 述的電弧旋轉(zhuǎn)位置檢測模塊6、單周期電弧聲信號提取模塊7、快速傅里葉變換處理模塊8、 單周期焊縫偏差提取模塊9和多周期焊縫偏差統(tǒng)計模塊10,最后完成焊縫偏差輸出11。
[0044] 所述的傳聲器3位于窄間隙坡口 12對稱面上，在工件上方距電弧300mm，以避免焊 接時電弧熱和飛濺對傳聲器的影響。
[0045] 所述的電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2分為固定和移動兩部分。其中固定部分為凹槽式光 電開關(guān)，移動部分為邊緣處帶一個缺口的碼盤。所述的電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2的固定部分固 定于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬1的固定部分，電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2的移動部分固定于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬1 的旋轉(zhuǎn)部分。當(dāng)所述的電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2移動部分旋轉(zhuǎn)到特定位置，即改變電弧旋轉(zhuǎn)位 置傳感器2固定部分的傳感輸出狀態(tài)，從而能確定電弧的旋轉(zhuǎn)位置，調(diào)整電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感 器2的安裝，使得電弧旋轉(zhuǎn)到熔池前方時，輸出脈沖信號。
[0046] 所述的聲音調(diào)理模塊4用于對傳聲器3所采集的聲音信號進行放大、隔離、去噪等 處理，提尚其質(zhì)量。
[0047] 所述的電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2采集得到的電弧旋轉(zhuǎn)位置信號傳輸進入所述的數(shù)據(jù) 采集模塊5;所述的數(shù)據(jù)采集模塊5將電弧旋轉(zhuǎn)位置信號傳輸給所述的電弧旋轉(zhuǎn)位置檢測模 塊6,使用所述的電弧旋轉(zhuǎn)位置檢測模塊6對所獲得的電弧位置信號數(shù)據(jù)進行處理，如圖2， 提取出當(dāng)電弧旋轉(zhuǎn)到熔池前方位置時的脈沖觸發(fā)信號，傳輸給所述的單周期電弧聲信號提 取模塊7。
[0048]所述的傳聲器3采集得到的電弧聲信號經(jīng)過所述的聲音調(diào)理模塊4傳輸進入數(shù)據(jù) 采集模塊5;所述的數(shù)據(jù)采集模塊5將電弧聲信號傳輸給所述的單周期電弧聲信號提取模塊 7,所述的單周期電弧聲信號提取模塊7根據(jù)前方位置的脈沖觸發(fā)信號提取出當(dāng)前一個旋轉(zhuǎn) 電弧周期內(nèi)電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)、右側(cè)、后方位置時的電弧聲信號數(shù)據(jù)，經(jīng)所述的快速傅里 葉變換處理模塊8,獲得電弧旋轉(zhuǎn)到左右坡口位置以及熔池后方位置時的電弧聲信號的功 率譜密度，經(jīng)所述的單周期焊縫偏差提取模塊9獲取當(dāng)前旋轉(zhuǎn)電弧周期焊縫的偏差，并更新 最近連續(xù)的3個電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差，經(jīng)多周期焊縫偏差統(tǒng)計模塊12,輸出焊縫偏差結(jié) 果。
[0049] 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置的識別方法，包括以下步驟：
[0050] (1)設(shè)定電弧聲音傳感采樣率為250000。
[0051 ] (2)設(shè)定電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感采樣率為250000。
[0052] (3)為了避免電弧不穩(wěn)定對電弧聲信號采集的干擾，在窄間隙MAG焊起弧后3s，啟 動電弧聲信號數(shù)據(jù)采集。
[0053] (4)對數(shù)據(jù)采集模塊5采集的信號，利用電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器2獲得一個電弧旋轉(zhuǎn) 周期的電弧聲信號數(shù)據(jù)。
[0054] (5)如圖3,利用"單周期電弧聲信號提取模塊7"對步驟(4)所獲得的一個電弧旋轉(zhuǎn) 周期內(nèi)的電弧聲信號提取電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)、后方、右側(cè)位置附近的電弧聲信號，分別為 Sl、Sb、Sr 〇
[0055] (6)利用"快速傅里葉變換處理模塊8"對步驟(5)所得Sl、Sb、Sr進行處理，得到相應(yīng) 的電弧聲信號功率譜密度Pl、Pb、Pr。
[0056] (7)如圖4，檢測步驟(6)中獲得的Pl、PB、Pr在特征頻率2500Hz附近的能量峰值A(chǔ)l = 8.98X10-5、Ar = 4.36X10-5、Αβ = 3·88Χ10-5。
[0057] (8)計算Al與 Ab 的比值Rl，即 Rl = Al/Ab = 2 · 31。
[0058] (9)計算 Ar 與 Ab 的比值 Rr，即 Rr = Ar/Ab = 1 · 12。
[0059] (10)計算Rl與Rr的比值R，即R = Rl/Rr = 2.06。
[0060] (11)將R與之前檢測的各個焊縫偏差下的閾值進行比較，把最匹配的閾值所對應(yīng) 的焊縫偏差作為當(dāng)前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差。表1是在焊縫偏差檢測前，通過設(shè)置不同焊 縫偏差進行焊接實驗，確定不同焊縫偏差對應(yīng)的R的范圍而得到的。
[0061 ]表1:旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊不同焊縫偏差下的閾值范圍
[0063] (12)計算最近連續(xù)的m=3個電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差的平均值，或?qū)⑺鼈兣判蛉?其中值作為最終的焊縫偏差值輸出，以提高算法的準確性和抗干擾能力。
[0064] (13)當(dāng)有中止命令，即結(jié)束，當(dāng)沒有中止命令，即跳到步驟(4)繼續(xù)運行。
[0065] 根據(jù)步驟（5)所述的利用"單周期電弧聲信號提取模塊7提取電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左 偵叭右側(cè)、后方位置附近的電弧聲信號"，其具體方法是：
[0066] 1)以連續(xù)兩個電弧前方位置信號所在位置為起始位置和終止位置，提取一個電弧 旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的電弧聲信號數(shù)據(jù)Data。
[0067] 2)當(dāng)電弧順時針旋轉(zhuǎn)，提取Data的1/8~3/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)；當(dāng)電弧逆時針旋 轉(zhuǎn)，提取Data的5/8~7/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)。該提取數(shù)據(jù)Sl即為電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)附近 時的電弧聲信號。
[0068] 3)當(dāng)電弧順時針旋轉(zhuǎn)，提取Data的5/8~7/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)；當(dāng)電弧逆時針旋 轉(zhuǎn)，提取Data的1/8~3/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)。該提取數(shù)據(jù)Sr即為電弧旋轉(zhuǎn)到熔池右側(cè)附近 時的電弧聲信號。
[0069] 4)提取Data的5/8~7/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)，即獲得電弧旋轉(zhuǎn)到熔池后方附近的電 弧聲信號Sb。
[0070] 步驟(11)所述的"不同焊縫偏差下的R閾值范圍"，其獲取的方法是:焊接實驗時設(shè) 置不同的焊縫偏差，如±2111111，±1 111111，〇111111，按照權(quán)利要求5所述步驟（1)至步驟（10)，得到不 同焊縫偏差下的R值，然后即可得到一定范圍內(nèi)的焊縫偏差對應(yīng)的R值范圍。
[0071] 上述實施案例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的形式所獲 得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，其特征在于，包括旋轉(zhuǎn)電弧焊炬、電 弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器、傳聲器、聲音調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電弧旋轉(zhuǎn)位置檢測模塊、單周期 電弧聲信號提取模塊、快速傅里葉變換處理模塊、單周期焊縫偏差提取模塊、多周期焊縫偏 差統(tǒng)計模塊和焊縫偏差輸出，其中所述傳聲器距離電弧安置于窄間隙坡口對稱面上，依次 連接聲音調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，所述電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器安裝于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬上，其輸 出信號連接到數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊依次連接電弧旋轉(zhuǎn)位置檢測模塊、單周期 電弧聲信號提取模塊、快速傅里葉變換處理模塊、單周期焊縫偏差提取模塊和多周期焊縫 偏差統(tǒng)計模塊至輸出焊縫偏差。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，其特征在于，所述 電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器分為固定部分和移動部分，其中，固定部分固定于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的固 定部分，移動部分固定于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的旋轉(zhuǎn)部分，當(dāng)電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器移動部分旋轉(zhuǎn) 到特定位置，即改變電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器固定部分的傳感輸出狀態(tài)，從而能確定電弧的旋 轉(zhuǎn)位置，調(diào)整電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器的安裝，使得電弧旋轉(zhuǎn)到熔池前方時，輸出脈沖信號。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，其特征在于，所述 電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器的固定部分為凹槽式光電開關(guān)，所述電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器的移動部分 為邊緣處帶有一個缺口的碼盤。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置，其特征在于，所述 傳聲器距離電弧的距離為200~500mm。5. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置的識別方法，其 特征在于包括以下步驟： (1) 設(shè)定電弧聲音傳感采樣率，其范圍為電弧旋轉(zhuǎn)頻率k乘以200~10000; (2) 設(shè)定電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感采樣率，其值大于電弧旋轉(zhuǎn)頻率k乘以200; (3) 為了避免電弧不穩(wěn)定對電弧聲信號采集的干擾，在窄間隙MAG焊起弧后2~5s，啟動 電弧聲信號數(shù)據(jù)采集； (4) 對數(shù)據(jù)采集模塊采集的信號，利用電弧旋轉(zhuǎn)位置傳感器獲得一個電弧旋轉(zhuǎn)周期的 電弧聲信號數(shù)據(jù)； (5) 利用"單周期電弧聲信號提取模塊"對步驟(4)所獲得的一個電弧旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的電 弧聲信號提取電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)、后方、右側(cè)位置附近的電弧聲信號，分別為S L、Sb、Sr; (6) 利用"快速傅里葉變換處理模塊"對步驟(5)所得Sl、Sb、Sr進行處理，得到相應(yīng)的電 弧聲信號功率譜密度Pl、Pb、Pr; (7) 檢測步驟(6)中獲得的a、Pb、Pr在特征頻率附近的能量峰值A(chǔ)l、Ar、Ab ; (8) 計算Al與Ab的比值Rl，即Rl=Al/Ab; (9) 計算Ar與Ab的比值Rr，即Rr=Ar/Ab; (10) 計算Rl與Rr的比值R，即R=Rl/Rr; (11) 將R與不同焊縫偏差下的R閾值范圍進行比較，把最匹配的閾值所對應(yīng)的焊縫偏差 作為當(dāng)前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差； (12) 計算最近連續(xù)的m個電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差的平均值，或?qū)⑺鼈兣判蛉∑渲兄?作為最終的焊縫偏差值輸出，以提高算法的準確性和抗干擾能力，m取值為(nXk/ΙΟ)的值 取整數(shù)，其中η為1~3之間的數(shù)，k為電弧旋轉(zhuǎn)頻率，若取整后m值為0則設(shè)定m的值為1; (13)當(dāng)有中止命令，即結(jié)束，當(dāng)沒有中止命令，即跳到步驟(4)繼續(xù)運行。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置的識別方法，其特征 在于，步驟(5)所述的利用單周期電弧聲信號提取模塊提取電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)、后方、右 側(cè)位置附近的電弧聲信號的方法是： 1) 以連續(xù)兩個電弧前方位置信號所在位置為起始位置和終止位置，提取一個電弧旋轉(zhuǎn) 周期內(nèi)的電弧聲信號數(shù)據(jù)Data; 2) 當(dāng)電弧順時針旋轉(zhuǎn)，提取Data的1/8~3/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)；當(dāng)電弧逆時針旋轉(zhuǎn)，提 取Data的5/8~7/8的電弧聲信號數(shù)據(jù);該提取數(shù)據(jù)Sl即為電弧旋轉(zhuǎn)到熔池左側(cè)附近時的電 弧聲信號； 3) 當(dāng)電弧順時針旋轉(zhuǎn)，提取Data的5/8~7/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)；當(dāng)電弧逆時針旋轉(zhuǎn)，提 取Data的1/8~3/8的電弧聲信號數(shù)據(jù);該提取數(shù)據(jù)Sr即為電弧旋轉(zhuǎn)到熔池右側(cè)附近時的電 弧聲信號； 4) 提取Data的5/8~7/8的電弧聲信號數(shù)據(jù)，即獲得電弧旋轉(zhuǎn)到熔池后方附近的電弧聲 信號Sb 〇7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙MAG焊焊縫偏差識別裝置的識別方法，其特征 在于，步驟(11)所述的"不同焊縫偏差下的R閾值范圍"的獲取方法是:焊接實驗時設(shè)置不同 的焊縫偏差，按照權(quán)利要求5所述步驟（1)至步驟（10)，得到不同焊縫偏差下的R值，然后即 可得到一定范圍內(nèi)的焊縫偏差對應(yīng)的R值范圍。
【文檔編號】B23K9/095GK105921854SQ201610298408
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】黎文航, 王杰龍, 王加友, 王儉辛, 朱杰, 楊峰
【申請人】江蘇科技大學(xué)