一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法技术

本发明专利技术涉及一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，包括以下步骤：S1，采集焊接过程中产生的电弧信号；S2，对采集到的电弧信号做快速傅里叶变换，并换算得到电弧信号的功率谱密度；S3，查找功率谱密度的最大值对应的峰值频率，并将该峰值频率的两到三倍设置为低通截止频率；S4，以所述低通截止频率的二阶巴特沃斯滤波算法，对电弧信号进行滤波处理。本发明专利技术的基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，明确了低通截止频率和阶数的设置方法，提高了滤波器的设计效率，在摆焊电弧信号处理方面具有有效去除杂波、保留信号特征、运算量适中、滤波实时性好的优点。滤波实时性好的优点。滤波实时性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法


[0001]本专利技术涉及信号处理领域，特别是涉及一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法。

技术介绍

[0002]电弧信号是指在焊接过程中，焊枪和工件之间的电弧产生的电信号，这些电信号包含了丰富的焊接信息，如电弧长度、电流、电压等。这些信息对焊接质量的稳定性和可控性有着重要意义。通过采集并处理这些电弧信号，可以实时地获取焊缝状态，并可以根据不同的焊接参数进行调整，以达到最佳的焊接效果。
[0003]目前较为常用的电弧跟踪滤波算法有：数字滤波算法、小波滤波算法、Kalman滤波算法和巴特沃斯滤波算法等。其中，巴特沃斯低通滤波算法是一种常用的数字信号处理滤波算法，可以有效地滤除高频噪声，保留低频信号。其基本原理是通过对信号进行低通滤波，去掉高频成分，保留低频成分，从而实现信号的平滑处理和降噪。巴特沃斯低通滤波器的设计需要确定两个参数:截止频率和阶数。截止频率是指所要保留的信号频率的最大值，阶数决定了滤波器的灵敏度和精度。巴特沃斯低通滤波器的频率响应曲线呈现出一定的涟波，但是在通频带内响应最大限度平坦，相较于其他滤波器具有更快的响应速度，更适合于实时信号的处理。
[0004]令焊枪在以下条件下进行摆焊工作：
[0005](1)焊缝使用90
°
V型坡口，直线焊缝；
[0006](2)焊丝采用实心碳钢，直接1.2mm,焊材为碳钢；
[0007](3)采用CO2`直流焊接，焊接电流160A,焊接电压21V；
[0008](4)焊枪做正弦摆动，摆动振幅3mm,摆动频率3Hz；
[0009](5)焊枪沿前进方向左起摆；
[0010](6)沿前进方向右偏10mm；
[0011](7)焊缝长度200mm；
[0012](8)电流采样频率166Hz。
[0013]通过霍尔元件采集焊接过程的电弧电流信号，通过一阶巴特沃斯滤波算法处理电弧信号，其滤波效果如图1所示。可见，现有技术中基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法存在滤波后信号特征不够明显、滤波器的阻带衰减较小、不能有效地去除较高频率的噪声成分、截止频率过大使得杂波信号较多、滤波效果不理想的缺陷。

技术实现思路

[0014]基于此，本专利技术的目的在于，提供一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，其具有有效去除杂波、保留信号特征、运算量适中、滤波实时性好的优点。
[0015]一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，包括以下步骤：
[0016]S1，采集焊接过程中产生的电弧信号；
[0017]S2，对采集到的电弧信号做快速傅里叶变换，并换算得到电弧信号的功率谱密度；
[0018]S3，查找功率谱密度的最大值对应的峰值频率，并将该峰值频率的两到三倍设置为低通截止频率；
[0019]S4，以所述低通截止频率的二阶巴特沃斯滤波算法，对电弧信号进行滤波处理。
[0020]本专利技术所述的一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，具有有效去除杂波、保留信号特征、运算量适中、滤波实时性好的优点。
[0021]进一步地，二阶巴特沃斯滤波算法的传递函数为：其中ω0表示低通截止频率，Q表示品质因数；设电弧信号的拉氏变换为X(s)，则滤波后的电弧信号的拉氏变换Y(s)＝H(s)
·
X(s)，对Y(s)做拉氏逆变换即得到滤波后的电弧信号的差分方程：X(s)，对Y(s)做拉氏逆变换即得到滤波后的电弧信号的差分方程：其中，ω0为截止频率，Q为品质因数，T
s
为采样周期，τ为滤波器时间常数；截止频率ω0为峰值频率的两到三倍；品质因数Q为1；采样周期T
s
为电流采样频率的倒数；滤波器时间常数τ为截止频率ω0的倒数。
[0022]进一步地，所述功率谱密度通过以下步骤获得：
[0023]S21，对电弧信号做快速傅里叶变换，快速傅里叶变换公式为
[0024]0≤k≤N
‑
1，其中x[n]为电弧信号序列，N为序列长度；
[0025]S22，根据电弧信号的快速傅里叶变换X[k]计算功率谱密度psd[k]，公式为：
[0026]其中f
s
为电流采样频率。
[0027]进一步地，所述峰值频率ω1和低通截止频率ω0通过以下步骤获得：
[0028]S31，查找功率谱密度psd[k]的最大值psd[k1]，psd[k1]对应的峰值频率ω1＝f
s
k1，其中f
s
为电流采样频率；
[0029]S32，低通截止频率ω0设置为峰值频率ω1的两到三倍，即ω0＝aω1，2≤a≤3。
[0030]进一步地，使用霍尔元件采集焊接过程中产生的电弧信号。
[0031]进一步地，在采集电弧信号之前，令焊枪在工件表面按照设定的路径来回周期性摆动焊接；焊枪摆动的周期为摆焊周期。
[0032]进一步地，采集焊接过程中产生的电弧信号，至少采集五个摆焊周期。
[0033]进一步地，所述低通截止频率为峰值频率的两倍。
[0034]本专利技术所述的一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，具有有效去除杂波、保留信号特征、运算量适中、滤波实时性好的优点。
[0035]为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。
附图说明
[0036]图1为现有技术中一阶巴特沃斯滤波器处理电弧信号的效果图；
[0037]图2为本专利技术的一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法流程图；
[0038]图3为本专利技术实施例1中电弧信号的功率谱密度示意图；
[0039]图4为本专利技术实施例1中不同截止频率的二阶巴特沃斯低通滤波器滤波效果图；
[0040]图5为本专利技术实施例1中相同截止频率不同阶数的巴特沃斯低通滤波器滤波效果图；
[0041]图6为本专利技术实施例2中相同截止频率不同阶数的巴特沃斯低通滤波器滤波效果图。
具体实施方式
[0042]请参阅图2，图2为本专利技术的一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法流程图。
[0043]一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，包括以下步骤：
[0044]S1，采集焊接过程中产生的电弧信号；
[0045]S2，对采集到的电弧信号做快速傅里叶变换，并换算得到电弧信号的功率谱密度；
[0046]S3，查找功率谱密度的最大值对应的峰值频率，并将该峰值频率的两到三倍设置为低通截止频率；
[0047]S4，以所述低通截止频率的二阶巴特沃斯滤波算法，对电弧信号进行滤波处理。
[0048]本专利技术所述的一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，具有有效去除杂波、保留信号特征、运算量适中、滤波实时性好的优点。
[0049]进一步地，二阶巴特沃斯滤波算法的传递函数为：其中ω0表示低通截止频率，Q表示品质因数；设电弧信号的拉氏变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，包括以下步骤：S1，采集焊接过程中产生的电弧信号；S2，对采集到的电弧信号做快速傅里叶变换，并换算得到电弧信号的功率谱密度；S3，查找功率谱密度的最大值对应的峰值频率，并将该峰值频率的两到三倍设置为低通截止频率；S4，以所述低通截止频率的二阶巴特沃斯滤波算法，对电弧信号进行滤波处理。2.根据权利要求1所述的基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，其特征在于：二阶巴特沃斯滤波算法的传递函数为：其中ω0表示低通截止频率，Q表示品质因数；滤波后的电弧信号的差分方程为：Q表示品质因数；滤波后的电弧信号的差分方程为：其中，ω0为截止频率，Q为品质因数，T
s
为采样周期，τ为滤波器时间常数；截止频率ω0为峰值频率的两到三倍；品质因数Q为1；采样周期T
s
为电流采样频率的倒数；滤波器时间常数τ为截止频率ω0的倒数。3.根据权利要求2所述的基于巴特沃斯滤波的摆焊电弧信号处理方法，其特征在于：所述功率谱密度通过以下步骤获得：S21，对电弧信号做快速傅里叶变换，快速傅里叶变换公式为其中x[n]为电弧信号序列，N为序列长度；S22，根据电弧信号的快速傅里叶变换X...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，
申请(专利权)人：伯朗特机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：