基于电弧声信号的铝合金脉冲GTAW焊熔透识别及焊接缺陷预测方法研究

The real-time monitoring of welding quality has been more important and difficulty in automatic welding process. The penetration state is the key judgment of welding quality monitoring. This project attempts to use the arc sound feature combination of speaker recognition technology and signal processing technology, to collect the arc sound feature of fusion feature and flaw feature including time domain, frequency domain and time-frequency domain; Introducing “auditory attention” mechanism, develop fast penetration feature extraction algorithm; Choose optimization characteristic vectors of high latitudes, establish an voice recognition model of penetration based on the penetration feature; to locate and predict the defect generation combined with the fault information detection algorithm; Design a suitable controller to implement the welding penetration state recognition and defect prediction based on acoustic signal of GTAW. All of these will provide research basis and exploration technology for achieving the real-time monitoring of welding process quality.

焊接动态过程信息获取与质量实时控制对于自动化焊接制造业来说一直是研究的重点以及难点，焊缝的熔透状态一直被作为监控焊接过程与实现焊接质量控制的最重要的特征信息之一。本项目试图利用基于电弧声信号特征结合说话人识别技术及振动信号处理技术，来获取电弧声信息提取并分析其时域、频域以及时频域熔透特征信息以及缺陷特征；提出“听觉注意”机制，开发出快速熔透特征提取算法；对高纬度的特征向量组进行选择优化，利用这些特征建立熔透状态的语音识别模型；结合相应的故障信息检测算法对电弧声信号的缺陷特征进行定位及预测表征；设计适合的控制器实现基于电弧声信号的GTAW焊接熔透状态识别及缺陷的预测，为实现焊接过程质量实时监控提供研究依据和技术探索。

焊接动态过程信息获取与质量实时控制对于机器人智能化焊接制造业来说一直是研究的重点以及难点，焊缝的熔透状态一直被作为监控焊接过程与实现焊接质量控制的最重要的特征信息之一。本项目基于原有的自动化焊接平台，结合市场上对焊接过程远程监控的需求，升级搭建了基于云技术的多信息焊接过程信息采集系统及监控系统，可采集焊接过程的视觉、声音、电流、电压以及光谱信息；同时搭建了三路线阵传声器系统获取焊接过程的多维度电弧声信息；利用基于电弧声信号特征结合说话人识别技术及振动信号处理技术，来获取电弧声信息提取并分析其时域、频域以及时频域熔透特征信息以及缺陷特征；引入“听觉注意”机制，设计了一套电弧声信号的时域特征的提取算法时-频-时频多维度熔透特征提取算法，其中包括均值、能量、标准差、协方差、均方根、峭度因子和偏态因子等特征值最能反应焊缝的熔透状态；利用倒谱系数 以及线性预测分析 分别模拟TIG焊电弧声信号的声道系统模型；根据电弧声调变化以及飞溅强度变化，实时分析三种典型声音信号状态的时频域特征的特性，可以实现焊接烧穿缺陷的识别与定位。设计新型的小波分析隐马尔科夫模型WA-HMM熔透状态预测模型，结合小波分析与隐马尔科夫模型的优良的辨识性能，得到WA-HMM型6状态有跨越二阶差分MFCC预测模型，识别率最高达到95.83%。；开发了一个脉冲GTAW电弧声信号熔透状态的特征提取及模型建立的软件系统。.设计了两种基于电弧声传感的脉冲GTAW动态过程控制器，分别为针对电弧弧长高度控制的分段-PID闭环控制器，可以实现对焊接过程弧长及焊缝下塌量在±0.5mm范围之内的实时控制；以及结合BP神经网络的分段函数BP-PW控制器可以实现不同形状的变散热焊接工件的焊缝熔透状态实时闭环控制实验，为实现焊接过程质量实时监控提供研究依据和技术探索。