一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔的方法技术

本发明专利技术公开了一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔的方法，通过采集螺柱焊接过程中的声信号与电流信号，声信号采集系统对螺柱焊接过程的声信号进行实时采集并存储，计算机对所采集到的螺柱焊接过程的声信号与噪声信号进行分析计算，采用基于小波变换的软件降噪算法降低环境噪音的干扰，提取声信号特征参数，获得声信号的峰度系数特征和频带能量特征；焊接电流采集装置实时高速采集焊接电流信号；通过对比峰度系数特征和频带能量特征，结合分析电流的变化幅度，计算h，根据其大小从而确定螺柱焊接过程的是否产生焊接气孔，确定螺柱焊接过程是否稳定，进一步控制螺柱焊接的质量。本发明专利技术实现了螺柱焊接过程的实时检测，进一步控制螺柱焊接质量。螺柱焊接质量。

【技术实现步骤摘要】
一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔的方法


[0001]本专利技术涉及一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔的方法，属于焊接检测领域。

技术介绍

[0002]螺柱焊是一种将螺状或者柱状的金属焊接在金属板材表面的焊接方法。其基本原理是:依靠焊枪头部气爪将螺柱顶端放在待焊钢板平面上，产生预焊电流,再提升螺柱,使得螺柱和钢板之间产生电弧，使接触部位局部熔化形成熔池,最后以一定速度将螺柱压进熔池,待液态金属冷却，实现螺柱与钢板之间的冶金结合。广泛应用于汽车制造、造船、机车、航空、医疗器械、锅炉、化工设备等行业。一般传统采用的是螺纹紧固的方法,但这种方法需要在母材.上开螺纹,造成实际在大型工件的加工过程中难以加工，且对于密封性要求高的工件,传统加工螺纹的方法难以满足工件的使用要求。螺柱焊作为一种熔焊方法,比较于传统的螺柱加工,具有节省时间和材料的特点,且不用在板件表面开孔,对于在一些要求密封性比较高的设备当中,螺柱焊焊接可有效避免泄露事故的发生。螺柱焊接的实际焊接时间从储能焊的2ms到拉弧焊接的3min,说明螺柱焊是一种精确、稳定,而且连接成本低、效率高的焊接方法。
[0003]近年来，焊接技术应用越加广泛，尤其是基于现代科技的不断发展，焊接自动化、智能化程度越来越高，在焊接质量、效率方面的要求不断提升。基于此背景下，传统的由人工对焊缝进行检验的方法已经不再适用，借助于计算机技术开发出来的焊接在线检测系统已经成为一种趋势。在焊接质量在线检测研究中，
[0004]研究者们主要通过视觉、声音、光学等技术手段或利用多传感信息融合对焊接过程进行考察，结合机器学习和人工智能技术，构建焊接质量预测模型。在广泛运用的无损检测技术中，基于声学的无损检测技术具有检测范围广、检测深度大、传输速度快、对人体无害且方便使用等优势，更适合于焊接结构内部缺陷检测。因此许多研究者利用焊接过程声信号作为独立信息或辅助信息进行在线检测，确定焊接质量状态。
[0005]螺柱焊是一种精确、稳定,而且连接成本低、效率高的焊接方法，但其焊接过程也会出现一定的缺陷，螺柱焊接过程中常出现偏弧、焊接气孔、焊瘤、未熔透等缺陷，因此实现螺柱焊接过程的实时检测，进一步对螺柱焊接过程进行改善，从而提高螺柱焊接过程的稳定性，是值得研究的一个课题，目前，应用于螺柱焊接过程的实时检测方法较为少见，因此，建立一种螺柱焊接过程的实时检测方法与装置是非常有意义的。
[0006]在实际的焊接生产中，熟练焊工往往能根据电弧声辨别熔滴过渡方式、焊接过程稳定性和飞溅大小，这说明电弧声与焊接过程具有相关性焊接过程中熔池的振荡、等离子气流的脉动都会以声波的形式表现出来。由于螺柱焊接往往需要附加陶瓷环以防止焊接过程中的飞溅，但也同时增加了对螺柱焊接过程进行实时检测的难度，要想对焊接过程的熔池进行熔池成像也变得十分困难，因此必须通过其他方式实现。从全息的角度来看电弧声中包含了焊接过程的特征信号，研究电弧声可望实现对焊接过程乃至焊接缺陷的检测是一种较有前途的表征方法。焊接电流也与焊接过程的稳定性息息相关，焊接过程电流的波动
变化在一定程度上也能反映焊接过程的稳定性，螺柱焊接过程中产生的声音信号在一定程度上也反映的焊接过程的稳定性，因此，通过对螺柱焊接过程中的声信号进行采集与分析，并结合焊接过程中的电流信号进一步结合分析，能对螺柱焊接过程的稳定性做进一步判断，从而可以实现螺柱焊接过程的实时检测，从而进一步控制螺柱焊接的质量。

技术实现思路
：
[0007]本专利技术提供了一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔的方法，实现了螺柱焊接过程的在线检测，有利于对螺柱焊接的质量控制。
[0008]本专利技术为解决技术问题的解决方案为：
[0009]一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔方法，该方法包括以下步骤：
[0010](1)声信号采集系统对螺柱焊接声信号进行实时采集并存储；
[0011](2)计算机对螺柱焊接声信号和噪声信号进行分析计算，采用基于小波变换的软件降噪算法降低环境噪音的干扰，并将螺柱焊接特征信号从噪声源中分离出来，获得声信号的特征参数：峰度系数特征和频带能量特征；
[0012](3)焊接电流采集装置实时高速采集焊接电流信号，获得实时焊接电流波形图，并计算电流的变化幅度；
[0013](4)通过对比峰度系数特征和频带能量特征，结合分析电流变化幅度，计算μ，从而确定螺柱焊接过程的是否产生气孔，确定螺柱焊接过程是否稳定性，进一步控制螺柱焊接的质量。
[0014](1)声信号采集系统对螺柱焊接声信号进行实时采集并存储；计算机对所述螺柱焊接声信号和噪声信号进行分析计算，采用基于小波变换的软件降噪算法降低环境噪音的干扰，其具体算法为：
[0015][0016]式中:a称为尺度因子；b称为平移因子；t为时间变量；f(t)为平方可积函数，
[0017]为基本小波函数。
[0018]并将螺柱焊接特征信号从噪声源中分离出来，获得声信号的特征参数：峰度系数特征和频带能量特征；
[0019]获得声信号的峰度系数特征的方法为：
[0020]峰度系数特征
[0021]其中，m为峰度参数，
[0022]式中，n为采样信号的数据点数；A(k)为取自时间采样K的幅值；A为波形振幅的均值。
[0023]获得声信号的频带能量特征的方法为：
[0024][0025]其中，
[0026][0027]式中:为第5层第k个节点(子频带)的能量百分数；为第5层第k个节点的能量；为第5层重构信号的离散幅值。
[0028](2)焊接电流采集装置实时高速采集焊接电流信号，获得实时焊接电流波形图，并计算电流变化幅度；
[0029](3)通过对比峰度系数特征和频带能量特征，结合分析电流变化幅度，计算μ，从而可以确定螺柱焊接过程的稳定性程度，进一步可以控制螺柱焊接的质量。
[0030]通过对比峰度系数特征和频带能量特征，结合分析电流变化幅度，计算出μ，若μ＜1，则螺柱焊接质量较好，焊接过程中基本没有气孔产生；若μ＞1，则螺柱焊接过程中有气孔产生，焊接过程不稳定，焊接质量不好。
[0031]其中，μ为螺柱焊接气孔评定参数，K
u
:具体螺柱焊接工艺下得到的峰度系数特征；具体螺柱焊接工艺下得到较为理想螺柱焊接质量对应的峰度系数特征；具体螺柱焊接工艺下得到较为理想螺柱焊接质量对应的频带能量特征；具体螺柱焊接工艺下得到较为理想螺柱焊接质量对应的频带能量特征；ΔI:具体螺柱焊接工艺下得到的电流变化幅度；为具体螺柱焊接工艺下得到较为理想螺柱焊接质量对应的电流变化幅度。
[0032]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术通过螺柱焊焊接过程中产生的声信号与电流信号来实现螺柱焊焊接过程的实时检测，通过小波变换的处理来降低环境噪音的影响，进一步提取声信号的峰度系数特征和频带能量特征，通过对比峰度系数特征和频带能量特征，分析电流变化幅度，从而可以确定螺柱焊接过程的稳定性程度，进一步可以控制螺柱焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)声信号采集系统对螺柱焊接声信号进行实时采集并存储；(2)计算机对螺柱焊接声信号和噪声信号进行分析计算，采用基于小波变换的软件降噪算法降低环境噪音的干扰，并将螺柱焊接特征信号从噪声源中分离出来，获得声信号的特征参数：峰度系数特征和频带能量特征；(3)焊接电流采集装置实时高速采集焊接电流信号，获得实时焊接电流波形图，并计算电流的变化幅度；(4)通过对比峰度系数特征和频带能量特征，结合分析电流变化幅度，计算μ，从而确定螺柱焊接过程的是否产生气孔，确定螺柱焊接过程是否稳定性，进一步控制螺柱焊接的质量。2.根据权利要求1所述的一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔的方法，其特征在于：所述声信号采集系统包括传声器、采集模块、工控机、机械执行机构及焊接设备组成；所述传声器位于待焊钢板上部，传声器对焊接过程中声信号进行捕捉，数据采集器将其采集并传输到工控机中。3.根据权利要求1所述的一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔的方法，其特征在于：计算机对螺柱焊接声信号和噪声信号进行分析计算，采用基于小波变换的软件降噪算法降低环境噪音的干扰，具体算法为：式中：α称为尺度因子；b称为平移因子；t为时间变量；f(t)为平方可积函数，为基本小波函数。4.根据权利要求1所述的一种实时检测螺柱焊接过程中焊接气孔的方法，其特征在于：获得声信号的峰度系数特征的方法为：峰度系数特征其中，m为峰度参数，式中，n为采样信号的数据点数；A(k)为取自时间采样K的幅值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德库，王海风，王克鸿，周琦，朱鑫锴，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：