CN117884817B - 一种焊接电流工艺区间智能识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接电流工艺区间智能识别方法，首先采集焊接电流时序传感数据，获取不同焊缝对应的焊接电流数据集；接着计算不同焊缝对应的表征电流值并进行聚类，获取电流区间；计算不同电流区间的实际使用时间占比，并进行过滤，对剩余电流区间采用预融合和结果融合结合的方法进行区间融合，最终识别准确的焊接电流工艺区间；本发明采用的智能识别方法融合焊接机理，从相对杂乱的电流聚类结果中获取相对精准的焊接电流工艺区间，相比于传统人工经验总结的方式更加科学，也为后续电流工艺推荐提供了方便快捷的方法。

Description

一种焊接电流工艺区间智能识别方法

技术领域

本发明属于智慧焊接技术领域，特别涉及一种焊接电流工艺区间智能识别方法。

背景技术

焊接是一种广泛应用的制造工艺，涉及到各种金属材料的连接。在焊接过程中，电流是影响焊接质量的重要因素之一。焊接电流的大小和作用时间对焊缝的形状、尺寸、强度和焊接接头的性能都有显著的影响。因此，准确控制焊接电流是保证焊接质量的关键。然而，在实际操作中，由于操作人员的技术水平、设备状态、环境条件等多种因素的影响，焊接电流往往存在波动和不确定性。这可能导致焊接质量不稳定，甚至出现焊接缺陷。因此，准确识别焊接电流工艺区间，对于提高焊接质量和生产效率具有重要意义。

目前，针对焊接电流工艺区间的识别主要依赖于操作人员的经验判断和焊接设备的监测数据。然而，依赖于操作人员的经验判断，受限于个人技能水平和经验积累，存在主观性和不稳定性；焊接设备的监测数据虽然可以提供一定的参考，但由于数据获取和处理的限制，难以全面反映焊接电流的真实情况；总的来说，目前缺乏系统性的方法和工具来对焊接电流工艺区间进行准确识别和优化。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种焊接电流工艺区间智能识别方法，通过采集焊接电流数据归集出表征电流，基于表征电流进行聚类，并获取电流区间，最后根据电流区间进行过滤、融合，获取最终的精准电流工艺区间推荐。

技术方案：一种焊接电流工艺区间智能识别方法，包括以下步骤：

步骤S1、采集焊接电流时序传感数据，识别不同焊缝的焊接动作起始点和结束点，获取不同焊缝对应的电流数据集；

步骤S2、基于各道焊缝的电流数据集计算表征电流值；

步骤S3、基于表征电流值进行聚类，根据聚类结果获取若干电流区间，每个电流区间对应不同聚类结果label；设置current列表，针对每个label，用对应表征电流值替换电流区间内所有的电流数据点；

步骤S4、将所述每个电流区间映射至原焊缝电流数据集中，计算每个电流区间的使用时间占比usageratio；

步骤S5、基于步骤S3中获取的电流区间进行焊接电流工艺区间识别；针对电流区间依次进行过滤、融合，最终获得融合后的若干电流区间结果，即为识别出的焊接电流工艺区间。

进一步地，所述步骤S1中获取不同焊缝对应的电流数据集的具体方法包括：

步骤S1.1、提取当前时间段内所有电流值大于预设阈值th1的电流点，剔除其他非起弧点和干扰点；

步骤S1.2、将剩余电流点序列中第一个电流点作为焊接动作起始点，遍历剩余电流点序列，当前后两个电流点间存在空白时，以前一个电流点作为上一焊接动作的结束点，后一个电流点为新的焊接动作起始点；

步骤S1.3、重复步骤S1.1-步骤S1.2的操作，获取若干道焊缝的电流数据集，每道焊缝的电流数据集对应一个焊缝标签num。

进一步地，所述步骤S2中计算表征电流值的方法包括：

遍历所有焊缝，当焊缝时长低于预设阈值th2时，判定为短焊缝，取所述焊缝内的最大电流值作为表征电流值；当焊缝时长大于等于th2时，判定为长焊缝，计算所述焊缝的稳态电流值作为表征电流；具体地：

计算焊缝内所有相邻电流点间的一阶差分值，保留所有小于th3的一阶差分值对应的电流点，并求取电流均值，以均值结果作为当前焊缝的表征电流。

进一步地，所述步骤S3中采用DBSCAN聚类方法对表征电流值进行聚类，最终获取的电流区间内的表征电流值由小到大进行排序。

进一步地，所述步骤S4中使用时间占比具体计算方法包括：

将步骤S3中每个label映射至原焊缝电流数据集中，将每个label对应的原始焊缝电流数据点除以所有焊缝电流数据集中的总电流点，结果记为每个电流区间的使用时间占比usageratio。

进一步地，所述步骤S5中焊接电流工艺区间识别方法包括：

步骤S5.1、过滤所有usageratio小于预设阈值th4的电流区间，将过滤后的所有电流区间存储至存储列表res_list中，所述res_list中包含N个电流区间；

步骤S5.2、设置用于存储融合后的焊接电流工艺区间的列表res_list_merge，其中的存储结果按照电流大小进行排序；对各电流区间进行融合，将结果存储至res_list_merge中，即为最终识别的焊接电流工艺区间。

步骤S5.3、针对res_list_merge中融合后的电流区间，选取所述电流区间的端点，从current列表中找出对应范围的电流数据点个数，除以总数据点个数，即为融合后的电流区间对应的使用时间占比。

进一步地，所述步骤S5.2中对各电流区间进行融合，具体方法包括：

记第i个电流区间的最小值为I_{min i}，最大值为I_{max i}，res_list中共有N个电流区间，所述res_list_merge中最后一个电流区间的最大值记为I_{max m}；

当res_list中只有1个电流区间时，直接存储至res_list_merge中；当res_list中电流区间大于等于2时，遍历所有区间，进行如下操作：

步骤S5.2.1、当第i个电流区间的usageratio≥th5时，判断res_list_merge是否为空集，其中th5为预设阈值；当res_list_merge为空集时，将当前电流区间放入res_list_merge中；当res_list_merge不为空集时，进行融合判断：当满足I_{min i}- I_{max m}≤th6时，进行区间融合，将I_{max i-1}置为第i个电流区间的最大值I_{max i}；当I_{min i}- I_{max i-1}＞th6时，则单独将第i个电流区间存储于res_list_merge中；其中th6为预设阈值；

步骤S5.2.2、当第i个电流区间满足th4≤usageratio＜th5，且I_{max i}-I_{min i}＜th7时，进行如下判断：

（1）当i=1时，进行如下融合判断：

当I_{min 2}- I_{max 1}≤th6时，进行预融合，将I_{max 1}置为第2个电流区间的最大值I_{max 2}，然后将融合后的电流区间存储至res_list_merge中；

（2）当1＜i＜N时，进行如下融合判断：

1）当I_{min i+1}-I_{max i}≤th6时，先进行预融合，将I_{max i}置为I_{max i+1}；接着判断res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，将预融合后的电流区间存储至res_list_merge中；当res_list_merge不为空集时，进一步判断预融合后的电流区间最小值I_{min i}和res_list_merge中最后一个电流区间的最大值I_{max m}间的关系：当I_{min i}＞I_{max m}时，将预融合后的电流区间单独存储至res_list_merge中，当I_{min i}≤I_{max m}时，则进行结果融合，将I_{max m}置为第i+1个电流区间的最大值I_{max i+1}；

2）当I_{min i+1}-I_{max i}＞th6时，进一步判断第i个电流区间和第i-1个电流区间的接近程度；

当I_{min i}- I_{max i-1}≤th6时，进行预融合，将I_{max i-1}置为I_{max i}；接着判断当前res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，将预融合后的电流区间存储至res_list_merge；当res_list_merge不为空集时，进一步判断I_{min i-1}与I_{max m}，当I_{min i-1}≤I_{max m}时，进行结果融合，将I_{max m}置为I_{max i}，否则单独将预融合后的电流区间存储至res_list_merge。

当I_{min i+1}- I_{max i-1}＞th6时，判断res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，直接将第i个电流区间存储至res_list_merge中，当res_list_merge不为空集时，判断I_{min i}与I_{max m}间的关系，当I_{min i}≤I_{max m}时，进行结果融合，将I_{max m}置为I_{max i}，否则将第i个电流区间单独存储至res_list_merge；

（3）当i=N时，进行如下融合判断：

当I_{min N}-I_{max N-1}≤th6时，先进行预融合，将I_{max N-1}置为I_{max N}；接着判断res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，直接将预融合后的电流区间存储至res_list_merge，当res_list_merge不为空集时，进一步比较：当I_{min N-1}＞I_{max m}时，将预融合后的电流区间存储至res_list_merge，否则进行结果融合，将I_{max m}置为I_{max N}。

本发明采用的技术方案与现有技术方案相比，具有以下有益效果：

本发明通过采集真实的焊接电流数据，基于焊接机理划分不同焊缝电流数据，并基于表征电流值计算、聚类获取相应的电流区间，针对聚类获取的电流区间散乱无章，不能准确体现焊接电流工艺区间的问题，采用预融合和结果融合相结合的方式进行过滤、融合操作，最终识别准确的焊接电流工艺区间，为后续用户工艺推荐提供准确便捷的依据。

附图说明

图1为本发明提供的焊接电流工艺区间智能识别方法原理图；

图2为本发明实施例中聚类结果映射至焊缝电流数据集结果示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种焊接电流工艺区间智能识别方法，采集焊接电流数据并识别出若干道焊缝。接着提取各段焊缝的表征电流值，基于上述表征电流值进行聚类，获得若干待分电流区间；将上述待分电流区间映射至原焊缝电流数据，计算使用时间占比，对待分电流区间依次进行过滤、融合，最终识别出若干焊接工艺电流区间集合。下面提供一份具体实施例对本发明核心原理进行具体阐述。

本发明提供的焊接电流工艺区间智能识别方法主要包括以下步骤：

步骤S1、基于电流传感器实时采集焊接电流时序传感数据，并识别当前时间段内各焊接动作起始点和结束点，获取不同焊缝的电流数据集。具体地，

首先提取当前时间段内所有电流值大于预设阈值th1的电流点，剔除其他非起弧点和干扰点。本实施例中th1=10A。以10A为分界点剔除所有非起弧点和干扰点，将剩余电流点序列中第一个电流点作为焊接动作起始点，遍历剩余电流点序列，当前后两个电流点间存在空白电流点，即被剔除点时，则认为焊接动作至此中断，此时以前一个电流点作为上一焊接动作的结束点，后一个电流点为新的焊接动作起始点。重复上述操作，获取若干道焊缝的电流数据集，每道焊缝的电流数据集对应一个焊缝标签num。

步骤S2、基于每道焊缝的电流数据集计算表征电流值，用于后续电流区间的聚类。

本发明针对不同焊接时长的焊缝采取不同的表征电流值计算方法。遍历所有焊缝，当焊缝时长低于预设阈值th2时，将该焊缝记为短焊缝，此时取该焊缝内的最大电流值作为表征电流值。当焊缝时长大于等于th2时，将该焊缝记为长焊缝，此时取稳态电流值作为当前焊缝的表征电流。具体地，

计算当前焊缝内所有相邻电流点间的一阶差分值，当一阶差分值大于等于预设阈值th3时，代表对应的两个电流点间差异较大，进行剔除操作。保留所有小于th3的一阶差分值对应的电流点，并求取均值，以均值结果作为当前焊缝的表征电流。

本实施例中，th2=4s，th3=10。

步骤S3、基于步骤S2中获取的各段焊缝的表征电流值，通过聚类算法进行聚类，获得若干电流区间，每个电流区间对应不同聚类结果label。设置current列表，针对每个label，用对应表征电流值替换电流区间内所有的电流数据点。本实施例中采用DBSCAN算法对上述特征电流值进行密度聚类，获取的电流区间内的表征电流值由小到大进行排序，如图2所示，其中num代表焊缝序号、current列代表采用电流表征值代替每个num标签下的电流点，用于后续融合结果更新使用时间占比，label代表聚类结果标签。

步骤S4、将步骤S3获取的电流区间映射至原焊缝电流数据集中，计算每个电流区间在原焊缝电流数据集的使用时间占比。具体地，将步骤S3中每个label映射至原焊缝电流数据集中，将每个label对应的原始焊缝电流数据点除以所有焊缝电流数据集中的总电流点，结果记为每个电流区间的使用时间占比usageratio。

步骤S5、根据步骤S3中获取的电流区间依次进行过滤、融合，获取最终的焊接电流工艺区间。具体地，

步骤S5.1、过滤所有usageratio小于预设阈值th4的电流区间。本实施例中th4=1%。将过滤后的电流区间存储至存储列表res_list中。

步骤S5.2、设置用于存储融合后的焊接电流工艺区间的列表res_list_merge，其中的存储结果按电流由小到大进行排序。具体融合方法如下：

记第i个电流区间的最小值为I_{min i}，最大值为I_{max i}，res_list中共有N个电流区间，所述res_list_merge中最后一个电流区间的最大值记为I_{max m}；

当res_list中只有1个电流区间时，直接存储至res_list_merge中；当res_list中电流区间大于等于2时，遍历所有区间，进行如下操作：

步骤S5.2.1、当第i个电流区间的usageratio≥th5时，判断res_list_merge是否为空集，其中th5为预设阈值，本实施例选取th5=10%；当res_list_merge为空集时，将当前电流区间放入res_list_merge中；当res_list_merge不为空集时，进行融合判断：当满足I_{min i}- I_{max m}≤th6时，进行区间融合，将I_{max i-1}置为第i个电流区间的最大值I_{max i}；当I_{min i}-I_{max i-1}＞th6时，则单独将第i个电流区间存储于res_list_merge中；其中th6为预设阈值；

步骤S5.2.2、当第i个电流区间满足th4≤usageratio＜th5，且I_{max i}-I_{min i}＜th7时，进行如下判断：

（1）当i=1时，进行如下融合判断：

当I_{min 2}- I_{max 1}≤th6时，进行预融合，将I_{max 1}置为第2个电流区间的最大值I_{max 2}，然后将融合后的电流区间存储至res_list_merge中；

（2）当1＜i＜N时，进行如下融合判断：

1）当I_{min i+1}-I_{max i}≤th6时，先进行预融合，将I_{max i}置为I_{max i+1}；接着判断res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，将预融合后的电流区间存储至res_list_merge中；当res_list_merge不为空集时，进一步判断预融合后的电流区间最小值I_{min i}和res_list_merge中最后一个电流区间的最大值I_{max m}间的关系：当I_{min i}＞I_{max m}时，将预融合后的电流区间单独存储至res_list_merge中，当I_{min i}≤I_{max m}时，则进行结果融合，将I_{max m}置为第i+1个电流区间的最大值I_{max i+1}；

2）当I_{min i+1}-I_{max i}＞th6时，进一步判断第i个电流区间和第i-1个电流区间的接近程度；

当I_{min i}- I_{max i-1}≤th6时，进行预融合，将I_{max i-1}置为I_{max i}；接着判断当前res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，将预融合后的电流区间存储至res_list_merge；当res_list_merge不为空集时，进一步判断I_{min i-1}与I_{max m}，当I_{min i-1}≤I_{max m}时，进行结果融合，将I_{max m}置为I_{max i}，否则单独将预融合后的电流区间存储至res_list_merge。

当I_{min i}- I_{max i-1}＞th6时，判断res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，直接将第i个电流区间存储至res_list_merge中，当res_list_merge不为空集时，判断I_{min i}与I_{max m}间的关系，当I_{min i}≤I_{max m}时，进行结果融合，将I_{max m}置为I_{max i}，否则将第i个电流区间单独存储至res_list_merge；

（3）当i=N时，进行如下融合判断：

当I_{min N}-I_{max N-1}≤th6时，先进行预融合，将I_{max N-1}置为I_{max N}；接着判断res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，直接将预融合后的电流区间存储至res_list_merge，当res_list_merge不为空集时，进一步比较：当I_{min N-1}＞I_{max m}时，将预融合后的电流区间存储至res_list_merge，否则进行结果融合，将I_{max m}置为I_{max N}。

步骤S5.3、针对res_list_merge中融合后的电流区间，选取所述电流区间的端点，从current列表中找出对应范围的电流数据点个数，除以总数据点个数，即为融合后的电流区间对应的使用时间占比。

通过聚类方法获得的电流区间较为杂乱，并不能作为焊接电流工艺区间的划分标准，需要对各电流区间进一步过滤融合。本发明提供了一种电流区间过滤、融合方法，针对各电流区间对应的实际使用时间占比先进行过滤，针对过滤后的电流区间，基于各区间的相近程度进行融合，通过区间预融合和结果融合相结合的方法，考虑各种需要合并的场景，将电流区间合并，最终获得的res_list_merge集合即为焊接电流工艺区间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种焊接电流工艺区间智能识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、采集焊接电流时序传感数据，识别不同焊缝的焊接动作起始点和结束点，获取不同焊缝对应的电流数据集；

步骤S2、基于各道焊缝的电流数据集计算表征电流值；

步骤S3、基于表征电流值进行聚类，根据聚类结果获取若干电流区间，每个电流区间对应不同聚类结果label；设置current列表，针对每个label，用对应表征电流值替换电流区间内所有的电流数据点；

步骤S4、将所述每个电流区间映射至原焊缝电流数据集中，计算每个电流区间的使用时间占比usageratio；

步骤S5、基于步骤S3中获取的电流区间进行焊接电流工艺区间识别；针对电流区间依次进行过滤、融合，最终获得融合后的若干电流区间结果，即为识别出的焊接电流工艺区间；

所述焊接电流工艺区间识别方法包括：

步骤S5.1、过滤所有usageratio小于预设阈值th4的电流区间，将过滤后的所有电流区间存储至存储列表res_list中，所述res_list中包含N个电流区间；

步骤S5.2、设置用于存储融合后的焊接电流工艺区间的列表res_list_merge，其中的存储结果按照电流大小进行排序；对各电流区间进行融合，将结果存储至res_list_merge中，即为最终识别的焊接电流工艺区间；具体地，

所述步骤S5.2中对各电流区间进行融合，具体方法包括：

记第i个电流区间的最小值为I_{min i}，最大值为I_{max i}，res_list中共有N个电流区间，所述res_list_merge中最后一个电流区间的最大值记为I_{max m}；

当res_list中只有1个电流区间时，直接存储至res_list_merge中；当res_list中电流区间大于等于2时，遍历所有区间，进行如下操作：

步骤S5.2.1、当第i个电流区间的usageratio≥th5时，判断res_list_merge是否为空集，其中th5为预设阈值；当res_list_merge为空集时，将当前电流区间放入res_list_merge中；当res_list_merge不为空集时，进行融合判断：当满足I_{min i}- I_{max m}≤th6时，进行区间融合，将I_{max i-1}置为第i个电流区间的最大值I_{max i}；当I_{min i}- I_{max i-1}＞th6时，则单独将第i个电流区间存储于res_list_merge中；其中th6为预设阈值；

步骤S5.2.2、当第i个电流区间满足th4≤usageratio＜th5，且I_{max i}-I_{min i}＜th7时，进行如下判断：

（1）当i=1时，进行如下融合判断：

当I_{min 2}- I_{max 1}≤th6时，进行预融合，将I_{max 1}置为第2个电流区间的最大值I_{max 2}，然后将融合后的电流区间存储至res_list_merge中；

（2）当1＜i＜N时，进行如下融合判断：

1）当I_{min i+1}-I_{max i}≤th6时，先进行预融合，将I_{max i}置为I_{max i+1}；接着判断res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，将预融合后的电流区间存储至res_list_merge中；当res_list_merge不为空集时，进一步判断预融合后的电流区间最小值I_{min i}和res_list_merge中最后一个电流区间的最大值I_{max m}间的关系：当I_{min i}＞I_{max m}时，将预融合后的电流区间单独存储至res_list_merge中，当I_{min i}≤I_{max m}时，则进行结果融合，将I_{max m}置为第i+1个电流区间的最大值I_{max i+1}；

2）当I_{min i+1}-I_{max i}＞th6时，进一步判断第i个电流区间和第i-1个电流区间的接近程度；

当I_{min i}- I_{max i-1}≤th6时，进行预融合，将I_{max i-1}置为I_{max i}；接着判断当前res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，将预融合后的电流区间存储至res_list_merge；当res_list_merge不为空集时，进一步判断I_{min i-1}与I_{max m}，当I_{min i-1}≤I_{max m}时，进行结果融合，将I_{max m}置为I_{max i}，否则单独将预融合后的电流区间存储至res_list_merge；

当I_{min i+1}- I_{max i-1}＞th6时，判断res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，直接将第i个电流区间存储至res_list_merge中，当res_list_merge不为空集时，判断I_{min i}与I_{max m}间的关系，当I_{min i}≤I_{max m}时，进行结果融合，将I_{max m}置为I_{max i}，否则将第i个电流区间单独存储至res_list_merge；

（3）当i=N时，进行如下融合判断：

当I_{min N}-I_{max N-1}≤th6时，先进行预融合，将I_{max N-1}置为I_{max N}；接着判断res_list_merge是否为空集；当res_list_merge为空集时，直接将预融合后的电流区间存储至res_list_merge，当res_list_merge不为空集时，进一步比较：当I_{min N-1}＞I_{max m}时，将预融合后的电流区间存储至res_list_merge，否则进行结果融合，将I_{max m}置为I_{max N}；

步骤S5.3、针对res_list_merge中融合后的电流区间，选取所述电流区间的端点，从current列表中找出对应范围的电流数据点个数，除以总数据点个数，即为融合后的电流区间对应的使用时间占比。

2.根据权利要求1所述的一种焊接电流工艺区间智能识别方法，其特征在于，所述步骤S1中获取不同焊缝对应的电流数据集的具体方法包括：

步骤S1.1、提取当前时间段内所有电流值大于预设阈值th1的电流点，剔除其他非起弧点和干扰点；

步骤S1.2、将剩余电流点序列中第一个电流点作为焊接动作起始点，遍历剩余电流点序列，当前后两个电流点间存在空白时，以前一个电流点作为上一焊接动作的结束点，后一个电流点为新的焊接动作起始点；

步骤S1.3、重复步骤S1.1-步骤S1.2的操作，获取若干道焊缝的电流数据集，每道焊缝的电流数据集对应一个焊缝标签num。

3.根据权利要求1所述的一种焊接电流工艺区间智能识别方法，其特征在于，所述步骤S2中计算表征电流值的方法包括：

遍历所有焊缝，当焊缝时长低于预设阈值th2时，判定为短焊缝，取所述焊缝内的最大电流值作为表征电流值；当焊缝时长大于等于th2时，判定为长焊缝，计算所述焊缝的稳态电流值作为表征电流；具体地：

计算焊缝内所有相邻电流点间的一阶差分值，保留所有小于th3的一阶差分值对应的电流点，并求取电流均值，以均值结果作为当前焊缝的表征电流。

4.根据权利要求1所述的一种焊接电流工艺区间智能识别方法，其特征在于，所述步骤S3中采用DBSCAN聚类方法对表征电流值进行聚类，最终获取的电流区间内的表征电流值由小到大进行排序。

5.根据权利要求1所述的一种焊接电流工艺区间智能识别方法，其特征在于，所述步骤S4中使用时间占比具体计算方法包括：

将步骤S3中每个label映射至原焊缝电流数据集中，将每个label对应的原始焊缝电流数据点除以所有焊缝电流数据集中的总电流点，结果记为每个电流区间的使用时间占比usageratio。