CN103240551B - 一种数控焊接速度控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控焊接速度控制方法、装置及系统，方法包括：预先采集正常焊接速度下产生的正常音频信号、超速和低速焊接时产生的异常音频信号，做滤波和频谱分析，得到正常音频信号的频谱和分布特征信息；采集当前焊接速度下产生的当前音频信号，分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，比对正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理；若否，对当前音频信号进行去噪声滤波处理，结合正常音频信号的频谱分布特征，调整当前焊接速度。利用频谱分析、去噪声处理和频率分布曲线等特征，结合数控处理技术，通过分析得到焊接速度以及音频信号频谱和分布特征信息之间关系规律，解析频谱分布曲线最终可以得到所需调整的焊接速度。

Description

一种数控焊接速度控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种数控焊接速度控制方法、装置及系统。

背景技术

当前在焊接工艺中，对速度的控制是一个很大的难题，特别是不规则薄板的焊接更需要对焊接速度进行合理控制。若焊接速度过快会造成焊接不上或是漏焊现象，同时会造成焊接后的构件连接强度不够。焊接过慢同样会造成焊漏现象。

现有技术中，通常采用人工方法进行焊接速度的调整，在进行焊接工艺时，操作工需要时刻目测当前焊接速度并进行相应的调整，显然人工观测并执行焊接调速操作，需要通过操作工凭借自己的工作经验进行焊接速度的观测和调整，工人需要付出很大的劳动强度，而且焊接质量不高，焊接效率也比较低。

因此，如何合理调整焊接速度并实现高效率、高质量焊接是一个迫待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控焊接速度控制方法、装置及系统，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种数控焊接速度控制方法，包括如下步骤：

预先采集正常的焊接速度下产生的正常音频信号，做滤波和频谱分析，得到正常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述正常音频信号的频谱和分布特征信息；

预先采集在超速和低速焊接时产生的异常音频信号，做滤波和频谱分析，得到异常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述异常音频信号的频谱和分布特征信息；

在每一次执行焊接操作时，采集当前焊接速度下产生的当前音频信号，分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理；

若不合理，对当前音频信号进行去异常音频信号的频谱滤波处理，再结合正常音频信号的频谱分布特征，调整当前焊接速度。

较佳地，所述分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理，包括如下步骤：

若当前音频信号的频谱和分布特征信息与正常音频信号的频谱和分布特征相似度大于预设相似度值，则判定当前焊接速度合理；若相似度小于或等于预设相似度值，则判定当前焊接速度不合理。

较佳地，所述若不合理，对当前音频信号进行去异常音频信号的频谱滤波处理，再结合正常音频信号的频谱分布特征，调整当前焊接速度，包括如下步骤：

分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，进行除去背景噪音的频谱和异常音频信号的频谱的滤波处理，对滤波处理后的音频信号进行频率分布曲线分析，并与正常音频信号的频率分布曲线进行比较；

通过比较滤波后音频信号与正常音频信号的频率分布曲线，计算当前焊接速度与正常焊接速度的速度偏离值，根据所述速度偏离值加速或减速调整当前焊接速度。

相应地，本发明还提供了一种数控焊接装置，包括第一预处理模块、第二预处理模块、比对处理模块和调速处理模块，其中：

所述第一预处理模块，用于预先采集正常的焊接速度下产生的正常音频信号，做滤波和频谱分析，得到正常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述正常音频信号的频谱和分布特征信息；

所述第二预处理模块，用于预先采集在超速和低速焊接时产生的异常音频信号，做滤波和频谱分析，得到异常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述异常音频信号的频谱和分布特征信息；

所述比对处理模块，用于在每一次执行焊接操作时，采集当前焊接速度下产生的当前音频信号，分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理；

所述调速处理模块，用于若不合理，对当前音频信号进行去异常音频信号的频谱滤波处理，再结合正常音频信号的频谱分布特征，调整当前焊接速度。

相应地，本发明还提供了一种数控焊接速度控制系统，包括焊接机、音频采集装置、数控驱动装置和如权利要求4-6任一项所述的数控焊接速度控制装置，其中：

所述数控焊接速度控制装置分别与数控驱动装置、音频采集装置通信连接；所述数控驱动装置与所述焊接机电连接；

所述焊接机包括焊枪和焊接头；

所述音频采集装置，用于采集不同的音频信号；

所述数控驱动装置，用于驱动所述焊枪上的焊接头调整焊接速度。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：

本发明提供的一种数控焊接速度控制方法、装置及系统，其中，方法包括如下步骤：

首先，在焊接操作时，发现不同焊接速度产生的声音不同（其实质是音频信号的频谱和分布特征信息不同）。本发明提供的数控焊接速度控制方法在各个执行步骤中，多次应用频谱分析，原则上说，所有的信号都是由不同频率的正弦波组成的。在进行频谱分析时，通过各种音频信号（包括正常的焊接速度下产生的正常音频信号，以及在超速和低速焊接时产生的异常音频信号和当前焊接速度产生的音频信号）的采集分析其频谱和分布特征信息，这样可以找到频谱和分布特征的规律，本发明提供的数控焊接速度控制方法正是利用了上述规律（上述规律反映了焊接速度以及音频信号频谱和分布特征信息之间的关系），经过滤波调整（即：在音频信号作谱分析后，进行去噪处理，将音频中加入的噪声信号减弱或滤除，去噪后可以得到较为准确的频率分布曲线）后，再解析频谱分布曲线最终可以得到所需调整的焊接速度。

在当前焊机速度产生的音频信号与正常音频信号的频率分布曲线进行比较时，正是利用了上述两种分布曲线的特点，计算求取速度偏离值（即两种焊接速度之间的差值），通过得到速度偏离值进而得到需要调整的速度，再通过加速或是减速调整当前焊接速度。

显然，再进行下一时刻的频谱分析时，（即采集当前焊接速度下产生的当前音频信号，分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理），显然调整后的焊接速度的产生的音频信号所反映的频谱和分布特征信息，应当与正常音频信号所反映的频谱和分布特征信息相似（即相似度大于预设相似度值），则说明焊接速度已经调整到合理的范围，进而可以实现焊接速度的精确调整，这样，在保障了焊接质量的同时，也提高焊接工艺效率，最终达到最佳焊接效果。

本发明提供的数控焊接速度控制方法、装置及系统，利用频谱分析、去噪声处理和频率分布曲线等特征，并结合数控处理技术，通过分析得到焊接速度以及音频信号频谱和分布特征信息之间的关系规律，通过利用上述规律，解析频谱分布曲线最终可以得到所需调整的焊接速度，这样在保障了焊接质量的同时，也提高焊接工艺效率，最终达到最佳焊接效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的数控焊接速度控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的数控焊接速度控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的数控焊接速度控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种数控焊接速度控制方法，包括如下步骤：

步骤S100、预先采集正常的焊接速度下产生的正常音频信号，做滤波和频谱分析，得到正常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述正常音频信号的频谱和分布特征信息；

步骤S200、预先采集在超速和低速焊接时产生的异常音频信号，做滤波和频谱分析，得到异常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述异常音频信号的频谱和分布特征信息；

步骤S300、在每一次执行焊接操作时，采集当前焊接速度下产生的当前音频信号，分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息；

步骤S400、判断当前焊接速度是否合理；若是（即合理），则继续按照当前焊接速度执行焊接操作，并返回步骤S300执行下一时刻的判断；若否，执行步骤S500；

步骤S500、对当前音频信号进行去异常音频信号的频谱滤波处理，再结合正常音频信号的频谱分布特征，调整当前焊接速度。

具体地，在步骤S300中，所述分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理，包括如下步骤：

步骤S310、若当前音频信号的频谱和分布特征信息与正常音频信号的频谱和分布特征相似度大于预设相似度值，则判定当前焊接速度合理；若相似度小于或等于预设相似度值，则判定当前焊接速度不合理。

具体地，在步骤S500中，对当前音频信号进行去异常音频信号的频谱滤波处理，再结合正常音频信号的频谱分布特征，调整当前焊接速度，包括如下步骤：

步骤S510、分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，进行除去背景噪音的频谱和异常音频信号的频谱的滤波处理，对滤波处理后的音频信号进行频率分布曲线分析，并与正常音频信号的频率分布曲线进行比较；

步骤S520、通过比较滤波后音频信号与正常音频信号的频率分布曲线，计算当前焊接速度与正常焊接速度的速度偏离值，根据所述速度偏离值加速或减速调整当前焊接速度。

需要说明的是，在焊接操作时，发现不同焊接速度产生的声音不同（其实质是音频信号的频谱和分布特征信息不同）；频谱分析在各个步骤中得到了多次应用，工程上对信号进行“傅里叶变换”，把本来随时间变化的信号表示方式变换为随频率变化的“频谱函数”方式。原则上说，所有的信号都是由不同频率的正弦波组成的。在进行频谱分析时，通过各种音频信号（包括正常的焊接速度下产生的正常音频信号，以及在超速和低速焊接时产生的异常音频信号）的采集分析其频谱和分布特征信息，这样可以找到频谱和分布特征的规律，本发明实施例提供的数控焊接速度控制方法正是利用了上述规律（上述规律反映了焊接速度以及音频信号频谱和分布特征信息之间的关系），经过滤波调整后，再解析频谱分布曲线最终可以得到所需调整的焊接速度。

具体实现时，找出该信号含有哪些频率的正弦波成分，它们的幅度和相位分别是多少？利用傅里叶变换的方法对振动的信号进行分解，并按频率顺序展开，使其成为频率的函数，进而在频率域中对信号进行分析处理，上述步骤属于本领域技术人员能够理解的公知常识，因此本发明实施例对此不再一一赘述。

在音频信号作谱分析后，应该进行去噪处理，将音频中加入的噪声信号减弱或滤除（类似实现数字滤波器功能）；去噪后可以得到较为准确的频率分布曲线（去噪：提取有用信号消除其他干扰的作用）。

进一步地，频谱就是频率的分布曲线，复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱，频谱将对信号的研究从时域引到频域，从而带来更直观的认识。本发明实施例所提供的数控焊接速度控制方法，在与正常音频信号的频率分布曲线进行比较时，正是利用了上述两种分布曲线的特点，计算求取速度偏离值（即两种焊接速度之间的差值），通过得到速度偏离值进而得到需要调整的速度，再通过加速或是减速调整当前焊接速度。显然，再进行下一时刻的频谱分析时，（即执行步骤S300中，采集当前焊接速度下产生的当前音频信号，分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理），显然调整后的焊接速度的产生的音频信号所反映的频谱和分布特征信息，应当与正常音频信号所反映的频谱和分布特征信息相似（即相似度大于预设相似度值），则说明焊接速度已经调整到合理的范围，进而可以实现焊接速度的精确调整，这样，在保障了焊接质量的同时，也提高焊接工艺效率，最终达到最佳焊接效果。

进一步地，举例说明，在钨极惰性气体焊（Tungsten Inert Gas，TIG）中也有较佳的效果，例如：当焊接坞极损耗过大时，声音也会发生很大的改变，通过此方法可及时提醒操作工更换坞极。

本发明实施例提供数控焊接速度控制方法，极大地提高自动化焊接的质量，提高劳动生产效率，降低工人的劳动强度，节约人工成本，将生产由自动化向智能化转变。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种数控焊接速度控制装置，由于此装置解决问题的原理与前述数控焊接速度控制方法相似，因此该装置的功能可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。

参见图2，本发明实施例提供了一种数控焊接速度控制装置1，包括第一预处理模块10、第二预处理模块20、比对处理模块30和调速处理模块40，其中：

所述第一预处理模块10，用于预先采集正常的焊接速度下产生的正常音频信号，做滤波和频谱分析，得到正常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述正常音频信号的频谱和分布特征信息；

所述第二预处理模块20，用于预先采集在超速和低速焊接时产生的异常音频信号，做滤波和频谱分析，得到异常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述异常音频信号的频谱和分布特征信息；

所述比对处理模块30，用于在每一次执行焊接操作时，采集当前焊接速度下产生的当前音频信号，分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理；

所述调速处理模块40，用于若不合理，对当前音频信号进行去异常音频信号的频谱滤波处理，再结合正常音频信号的频谱分布特征，调整当前焊接速度。

较佳地，所述比对处理模块30包括速度判定子模块，其中：

所述速度判定子模块，用于若当前音频信号的频谱和分布特征信息与正常音频信号的频谱和分布特征相似度大于预设相似度值，则判定当前焊接速度合理；若相似度小于或等于预设相似度值，则判定当前焊接速度不合理。

较佳地，所述调速处理模块40包括滤波子模块和分析计算子模块，其中：

所述滤波子模块，用于分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，进行除去背景噪音的频谱和异常音频信号的频谱的滤波处理，对滤波处理后的音频信号进行频率分布曲线分析，并与正常音频信号的频率分布曲线进行比较；

所述分析计算子模块，用于通过比较滤波后音频信号与正常音频信号的频率分布曲线，计算当前焊接速度与正常焊接速度的速度偏离值，根据所述速度偏离值加速或减速调整当前焊接速度。

相应地，参见图3，本发明实施例还提供了一种数控焊接速度控制系统3，包括焊接机100、音频采集装置200、数控驱动装置300和上述的数控焊接速度控制装置1，其中：

所述数控焊接速度控制装置1分别与数控驱动装置300、音频采集装置200通信连接；所述数控驱动装置300与所述焊接机100电连接；

所述焊接机100包括焊枪和焊接头；（上述焊接机结构中的其他设备，对此不再一一赘述）。

所述音频采集装置200，用于采集不同的音频信号；

所述数控驱动装置300，用于驱动所述焊枪上的焊接头调整焊接速度。

所述驱数控动装置300包括电缸、转动气缸、液压缸和步进电机等。需要说明的是，上述数控驱动装置还可能包括方向控制器，传动齿轮组，移位步进电机等。数控驱动装置为现有的数控技术中，用于控制的位置、角度、速度等机械量的驱动设备，本发明实施例对数控驱动装置具体组成设备不做具体限定，上述电缸、气缸、液压缸和电机只是其中的优选方案，本发明对此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种数控焊接速度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

预先采集正常的焊接速度下产生的正常音频信号，做滤波和频谱分析，得到正常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述正常音频信号的频谱和分布特征信息；

预先采集在超速和低速焊接时产生的异常音频信号，做滤波和频谱分析，得到异常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述异常音频信号的频谱和分布特征信息；

在每一次执行焊接操作时，采集当前焊接速度下产生的当前音频信号，分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理；

若不合理，对当前音频信号进行去异常音频信号的频谱滤波处理，再结合正常音频信号的频谱分布特征，调整当前焊接速度，具体包括如下步骤：分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，进行除去背景噪音的频谱和异常音频信号的频谱的滤波处理，对滤波处理后的音频信号进行频率分布曲线分析，并与正常音频信号的频率分布曲线进行比较；

通过比较滤波后音频信号与正常音频信号的频率分布曲线，计算当前焊接速度与正常焊接速度的速度偏离值，根据所述速度偏离值加速或减速调整当前焊接速度。

2.如权利要求1所述的数控焊接速度控制方法，其特征在于，

所述分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理，包括如下步骤：

若当前音频信号的频谱和分布特征信息与正常音频信号的频谱和分布特征相似度大于预设相似度值，则判定当前焊接速度合理；若相似度小于或等于预设相似度值，则判定当前焊接速度不合理。

3.一种数控焊接速度控制装置，其特征在于，包括第一预处理模块、第二预处理模块、比对处理模块和调速处理模块，其中：

所述第一预处理模块，用于预先采集正常的焊接速度下产生的正常音频信号，做滤波和频谱分析，得到正常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述正常音频信号的频谱和分布特征信息；

所述第二预处理模块，用于预先采集在超速和低速焊接时产生的异常音频信号，做滤波和频谱分析，得到异常音频信号的频谱和分布特征信息，并保存所述异常音频信号的频谱和分布特征信息；

所述比对处理模块，用于在每一次执行焊接操作时，采集当前焊接速度下产生的当前音频信号，分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，并比对预先存储的正常音频信号的频谱和分布特征信息，判断当前焊接速度是否合理；

所述调速处理模块，用于若不合理，对当前音频信号进行去异常音频信号的频谱滤波处理，再结合正常音频信号的频谱分布特征，调整当前焊接速度；

所述调速处理模块包括滤波子模块和分析计算子模块，其中：

所述滤波子模块，用于分析当前音频信号的频谱和分布特征信息，进行除去背景噪音的频谱和异常音频信号的频谱的滤波处理，对滤波处理后的音频信号进行频率分布曲线分析，并与正常音频信号的频率分布曲线进行比较；

所述分析计算子模块，用于通过比较滤波后音频信号与正常音频信号的频率分布曲线，计算当前焊接速度与正常焊接速度的速度偏离值，根据所述速度偏离值加速或减速调整当前焊接速度。

4.如权利要求3所述的数控焊接速度控制装置，其特征在于，

所述比对处理模块包括速度判定子模块，其中：

所述速度判定子模块，用于若当前音频信号的频谱和分布特征信息与正常音频信号的频谱和分布特征相似度大于预设相似度值，则判定当前焊接速度合理；若相似度小于或等于预设相似度值，则判定当前焊接速度不合理。

5.一种数控焊接速度控制系统，其特征在于，包括焊接机、音频采集装置、数控驱动装置和如权利要求3-4任一项所述的数控焊接速度控制装置，其中：

所述数控焊接速度控制装置分别与数控驱动装置、音频采集装置通信连接；所述数控驱动装置与所述焊接机电连接；

所述焊接机包括焊枪和焊接头；

所述音频采集装置，用于采集不同的音频信号；

所述数控驱动装置，用于驱动所述焊枪上的焊接头调整焊接速度。