[发明专利]水下湿法焊接焊炬姿态复小波识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接自动化信号处理方法，特别是对采用旋转电弧式传感器作为水下湿法焊接焊炬兼传感器的信号，使用复小波方法进行特征提取的方法，提取出的特征可以用作焊炬姿态的识别。

背景技术

旋转电弧式传感器作为焊缝自动跟踪常用的传感器形式之一，传感器和焊接电弧合一，抗弧光、高温和强磁场能力强，没有位置和时间的差别。但它对信号的提取受到抗电流干扰能力差这一弱点的影响，因此针对其信息提取人们研究使用了积分差值法和特征谐波法。积分差值法将在电弧扫描坡口两侧时得到的电流信号i(t)进行短时间的积分，然后以两侧积分值之和作为焊接高度信号，以积分之差作为焊炬偏离中心线的偏差信号，但它受到系统传递函数的影响，实际使用中会由于相位超期或滞后的影响而产生判断误差。特征谐波法利用坡口扫描输入信号的特征谐波(特征谐波就是反映坡口偏差状态的谐波)，指出特征谐波分量的大小和相位这两个特征分量可以反应坡口偏差。但是这种方法也存在一定的缺陷，在存在焊枪倾角的情况下，焊缝偏差和焊枪倾角的信息都耦合在特征谐波分量的大小这个值中，从而使得它不能有效辨识焊缝偏差。

发明内容

在此处键入发明内容描述段落。

根据背景技术所述，在研究利用旋转电弧式传感器作为水下湿法焊接的焊缝自动跟踪传感器的过程中，提出使用复小波方法进行了信号特征提取分析的方法。使用Morlet 复小波对模拟的焊缝弧长信号和实际信号进行分析，其复小波系数的实部与偏差大小成正比关系, 复小波系数的虚部与焊炬倾角成正比关系，据此得到焊炬相对于焊缝的偏差和倾角信息，获得焊炬姿态。

本发明的有益效果是，采用复小波进行信号处理可以实现焊枪偏差和焊枪倾角的解耦。复小波3层小波分解的系数的实部求和值与焊缝偏差成线性关系关系，3层小波分解的系数的虚部求和值与焊炬倾角成线性关系。2）采用复小波进行信号处理可以获得焊枪的姿态信息。

 附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是焊枪与焊件相对位置图

图2是偏差变化与复小波实部的关系

图3是倾角变化与复小波虚部的关系

图4 是倾角变化时偏差变化与复小波实部的关系

具体实施方式

如图1所示，从A点开始，经过任意时刻t焊丝所在的点距离V型坡口的电弧长度h为：

  

其中，电弧旋转半径为R，坡口与水平面H的夹角为α，电弧旋转面倾角为γ，旋转电弧由起始点A以角速度ω顺时针旋转，焊枪轨迹与焊接方向夹角为β，电弧旋转中心与焊缝偏移量为e。

当电源有好的动态品质时，表示为：

因此，I(s)和H(s)之间具有线性关系。

H(t)经过复小波变换，相当于对H(t)进行了旋转电弧的频率成分的带通滤波，其通过电弧传感器的传递函数G(s)后得到的谐波幅值正比于H(s)的谐波幅值。因此研究H(t) 复小波变换后的系数与偏差、倾角的关系就能够得出电流与与偏差、倾角的关系。

因为Morlet复小波频域能量集中，通频带较窄，因而频率混叠影响小，这里采用Morlet复小波进行信号特征提取。Morlet复小波是一种高斯包络下的复指数函数，在频域中，它表示为：

，   

由上式可以看出，它也是高斯函数。其中心频率在Fc，它是一个窄带带通函数，带宽为,通过改变带宽系数就可以改变的带宽，越大，B越窄。因此，只要改变就可以表征在的局部性质。从频域角度看，用不同尺度做小波变换大致相当于用一组带通滤波器对信号进行处理。将给定的小波和采样周期对应，使用如下关系：

式中：α——尺度;　Δ——采样周期;――小波的中心频率，单位 Hz

――对应于尺度α的准频率，单位 Hz

当采用此电弧长度模型，假设传感器旋转半径为２，β＝０时：

(1) 改变e值大小，由－３过渡到＋３，间隔0.5，对应图2中偏差变化1到11次,用Morlet复小波进行带通滤波，用3层小波分解的系数的实部求和值表征焊缝偏差，所得结果如图2所示。从图中可以看出3层小波分解的系数的实部求和值与焊缝偏差成线性关系。

(2)改变电弧旋转面的倾角