本发明专利技术公开了一种基于波形匹配的旋转电弧气保焊焊缝偏差识别方法。该方法先通过仿真建模模式或实验建模模式，构建对应不同焊缝偏差的焊接电信号或相关参数的波形函数模板。后在在线预测模式下，采用电弧电信号传感器、电弧位置传感器、数据采集卡等采集焊接实验数据，并经数据预处理模块，提取每个电弧旋转周期的电弧电信号，将之与建模所得不同焊缝偏差下的波形函数模板进行匹配，选择最匹配模板所对应焊缝偏差为当前电弧旋转周期的焊缝偏差，为克服偶然因素影响，综合考虑多个电弧旋转周期焊缝偏差的历史值，统计输出。采用该方法可进一步提高电弧传感器的抗干扰能力，同时充分考虑了焊接电流采样信号的整体特征，使偏差提取的结果更加可靠。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接自动控制
，涉及焊缝偏差识别方法，更具体是涉及一种，。
技术介绍
旋转电弧窄间隙气保焊接作为一种高效的焊接技术，在中厚板焊接领域受到广泛的应用，为保证焊接质量，避免出现侧壁未熔合等缺陷，需要保证焊接过程中电弧处于坡口中心位置，即需要进行实时有效的跟踪控制，其关键是能实时可靠地提取焊缝偏差。目前实施焊缝偏差识别方法所基于的在线实时传感装置常用的传感器有机械传感器，电磁感应式传感器、超声传感器、焊接温度场传感器、CCD视觉传感器和电弧传感器几种类型，其中电弧传感器作为一种在线实时传感装置与其它附加式传感器相比，其抗弧光、高温和强磁场的能力强，电弧传感器的跟踪信号是由焊接电弧本身提取出的，没有因传感器位置超前而产生误差，而且焊炬可达性好，使用成本低，受到了广泛的应用。利用电弧传感器进行焊缝跟踪的关键是根据电弧电流或电压的变化提取偏差信号。目前通常采用的电弧传感偏差信息的提取方法主要有极值法，积分差值法、谐波分析法。其中极值法由于电弧信号容易受到各种干扰，仅求取单个或多个即致电容易受到干扰，可靠性较差，灵敏度较低。积分差值法比极值法可靠，在比较理想的条件下可得到满意的结果，但在非V形坡口及非射流过渡焊接时，坡口识别能力差，信噪比低，应用遇到很大困难。而谐波分析法是通过快速傅里叶变换将时域信号变换到频域来分析，但其变换最后得到的关系十分复杂，给应用带来不便。高速旋转电弧气保焊焊时，熔化金属受到侧壁拘束作用，同时由于焊丝的高熔敷率，熔池中液态金属较厚，液面倾角较大，其电弧形态有特殊的变化规律，使得已有电弧传感方法应用效果需要重新验证，而且焊接过程中大量不确定因素的存在，如熔池后端铁水的堆积、电弧对熔池的搅拌作用、坡口加工精度不高、装配误差、工件装配或热变形导致的错边等，对焊缝偏差的有效跟踪与精确识别提出了新的要求，从而迫切需要对已有识别法进行改进。已有申请号为200910025826.2的专利，其
技术实现思路
是，利用焊接电流信号的采样结果结合函数逼近的思想计算焊枪位置的偏差信息，其主要是针对摆动电弧，未能涉及旋转电弧。而申请号为200910035967.2的专利，一种高精度的电弧摆动焊缝跟踪机器人的焊缝跟踪方法,也并未针对旋转电弧。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述电弧传感应用中普遍存在的问题，提供一种抗干扰能力强的。为了达到上述目的，本专利技术的所基于的焊缝偏差识别系统包括:旋转电弧焊炬、电弧位置传感器、焊接电弧电信号传感器、焊接电源、PC机、数据采集卡、模式选择器、数据预处理模块、波形模版函数、统计模块、多项式拟合模块、适当简化旋转电弧气保焊的模型、仿真焊接电弧电信号或相关参数的变化、模板函数选择器。其中，焊接电弧电信号传感器为霍尔电流或电压传感器；电弧位置传感器由凹槽式光电开关和开槽(或通孔)的光栅盘构成，凹槽式光电开关固定于旋转电弧焊炬的不旋转部分，光栅盘固定在旋转电弧焊炬的旋转部分与电弧同步转动，安装时使电弧旋转到焊接前方位置时，凹槽式光电开关的光路正好穿过光栅盘的开孔或开槽，凹槽式光电开关输出脉冲，从而能够通过检测该脉冲判断电弧位置；传感器所得焊接电弧电信号和焊接电弧位置信号接入数据采集卡，数据采集卡与PC机相连。在PC机中，可通过模式选择器选择在线预测模式或仿真建模模式或实验建模模式。在在线预测模式下，数据采集卡采集的焊接电弧电信号和焊接电弧位置信号经过数据预处理模块得到当前电弧旋转周期的电信号，将其与不同焊缝偏差下的波形模板函数进行相关性匹配，选择最匹配模板函数所对应焊缝偏差作为当前电弧旋转周期焊缝偏差；为克服偶然因素的影响，将当前电弧旋转周期焊缝偏差与之前η个电弧旋转周期焊缝偏差输入统计模块，获得最终焊缝偏差输出。其中η为大于I的自然数。在线预测模式下的波形模板函数是在仿真建模模式或实验建模模式下获得的。在仿真建模模式下，选用适当简化旋转电弧气保焊的模型，仿真焊接电弧电信号或相关参数的变化，进而经过多项式拟合模块得到波形模板函数。在实验建模模式下，数据采集卡采集不同焊缝偏差下的焊接电弧电信号和焊接电弧位置信号经过数据预处理模块，得到不同焊缝偏差下多电弧旋转周期电信号平均值波形，经多项式拟合模块得到波形模板函数。可以通过模板函数选择器对在不同模式下构建的波形模板函数进行选择。本专利技术的，包括以下步骤:(I)采用霍尔传感器测量焊接电弧电信号，即焊接电弧电流或焊接电弧电压；采用凹槽式光电开关和开孔/开槽的光栅盘检测旋转电弧处于焊接前方时的信号，即焊接电弧位置信号；(2)将所采集的焊接电弧电信号和焊接电弧位置信号通过数据采集卡接入到PC机，置模式选择器为进入在线预测模式；(3)在PC机中采用数据预处理模块对数据采集卡获取的当前电弧旋转周期焊接电弧电信号进行预处理；(4)将上述预处理后的信号与不同焊缝偏差下的波形模板函数匹配，计算相关性，并选择最匹配模板对应焊缝偏差值为当前电弧旋转周期焊缝偏差值；(5)将当前电弧旋转周期焊缝偏差值和之前η个电弧旋转周期焊缝偏差值，经过统计模块，选择其算数平均值或权重平均值或出现频率最高的焊缝偏差预测值作为当前电弧旋转周期的最终焊缝偏差值输出；，其中η为大于I的自然数。在步骤(4)所述波形模板函数，其建立可以采用两种方式:方式1:采用仿真建模模式建立波形模板函数，包括以下步骤:I)置模式选择器接通仿真建模模式，置模板函数选择器接通仿真建模模式；2)适当简化旋转电弧气保焊模型，例如发生焊缝偏差的短时间内熔池居中、外形不变、焊丝干伸长不变化等；3)从可能的焊缝偏差范围内等距取有限个值，仿真计算这些焊缝偏差值下每个电弧旋转周期内的焊接电弧电信号或与焊接电弧电信号相关度较大的信号，例如电弧长度，的波形变化；4)采用多项式拟合模块对不同焊缝偏差下计算所得波形信号进行多项式拟合；5)以获得的不同焊缝偏差下的多项式拟合函数作为对应焊缝偏差下的波形模版函数；方式2:采用实验建模模式建立波形模板函数，包括以下步骤:a)置模式选择器为进入实验建模模式，模板函数选择器接通实验建模模式b)预设典型焊缝偏差值，即从可能的焊缝偏差范围内等距取有限个值，然后采用步骤(I)采集正常燃弧阶段焊接电弧电信号和焊接电弧位置信号；c)利用数据预处理模块，提取多个电弧旋转周期内的焊接电弧电信号，进行滤波、去除直流分量、归一化的处理；d)分别对不同焊缝偏差值下的多个电弧旋转周期电信号波形求取平均值波形；e)采用多项式拟合模块对不同焊缝偏差值下焊接电弧电信号平均值波形进行多项式拟合；f)以获得的不同焊缝偏差下的多项式拟合函数作为对应焊缝偏差下的波形模版函数；在步骤(4)中，所述预处理后的信号与不同焊缝偏差下的波形模板函数匹配的具体步骤如下:i)输入通过数据预处理模块处理的当前电弧旋转周期的焊接电弧电信号；ii)根据当前电弧旋转周期焊接电弧电信号的采样数，采用模版函数等距产生相同数目的模版信号；iii)使用相关函数计算当前电弧旋转周期下焊接电弧电信号波形与各焊缝偏差下模版波形的相关度，选择最匹配模版对应焊缝偏差值进行输出。本专利技术与现有技术相比所具有的优点和有益效果主要是:1、本专利技术的，通过实验或仿真方法获得不同焊缝偏差下典型的焊接电弧电信号或与之相关的信号波形，经多项式拟合获取对应焊缝偏差的模版本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于波形匹配的旋转电弧气保焊焊缝偏差识别方法，其特征在于，包括以下步骤：?（1）采用霍尔传感器测量焊接电弧电信号，即焊接电弧电流或焊接电弧电压；采用凹槽式光电开关和开孔/开槽的光栅盘检测旋转电弧处于焊接前方时的信号，即焊接电弧位置信号；?（2）将步骤（1）检测得到的焊接电弧电信号和焊接电弧位置信号通过数据采集卡接入到PC机，置模式选择器为进入在线预测模式；?（3）在PC机中采用数据预处理模块对数据采集卡获取的当前电弧旋转周期的焊接电弧电信号进行预处理；?（4）将上述预处理后的信号与不同焊缝偏差下的波形模板函数匹配，计算相关性，并选择最匹配模板对应焊缝偏差值为当前电弧旋转周期焊缝偏差值；?（5）将当前电弧旋转周期焊缝偏差值和之前n个电弧旋转周期焊缝偏差值，经过统计模块，选择其算数平均值或权重平均值或出现频率最高的焊缝偏差预测值作为当前电弧旋转周期的最终焊缝偏差值输出；其中n为大于1的自然数。
【技术特征摘要】
1.一种基于波形匹配的旋转电弧气保焊焊缝偏差识别方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)采用霍尔传感器测量焊接电弧电信号，即焊接电弧电流或焊接电弧电压；采用凹槽式光电开关和开孔/开槽的光栅盘检测旋转电弧处于焊接前方时的信号，即焊接电弧位置信号; (2 )将步骤(I)检测得到的焊接电弧电信号和焊接电弧位置信号通过数据采集卡接入到PC机，置模式选择器为进入在线预测模式； (3)在PC机中采用数据预处理模块对数据采集卡获取的当前电弧旋转周期的焊接电弧电信号进行预处理； (4)将上述预处理后的信号与不同焊缝偏差下的波形模板函数匹配，计算相关性，并选择最匹配模板对应焊缝偏差值为当前电弧旋转周期焊缝偏差值； (5)将当前电弧旋转周期焊缝偏差值和之前η个电弧旋转周期焊缝偏差值，经过统计模块，选择其算数平均值或权重平均值或出现频率最高的焊缝偏差预测值作为当前电弧旋转周期的最终焊缝偏差值输出；其中η为大于I的自然数。2.根据权利要求1所述的基于波形匹配的旋转电弧气保焊焊缝偏差识别方法，其特征在于:在步骤(4)所述波形模板函数，其建立可以采用以下两种方式: 方式1:采用仿真建模模式建立波形模板函数，包括以下步骤: O置模式选择器接通仿真建模模式，置模板函数选择器接通仿真建模模式； 2)简化旋转电弧气保焊模型，例如发生焊缝偏差的短时间内熔池居中、外形不变、焊丝干伸长不变化； 3)从可能的焊缝偏差范围内等距取有限个值，仿真计算这些焊缝偏差值下每个电弧旋转周期内的焊接电弧电信...
【专利技术属性】
技术研发人员：黎文航，高凯，王加友，王俭辛，杨峰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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