焊接评价方法、装置、设备及存储介质

1.本发明涉及弧焊质量评定技术领域，尤其涉及一种焊接评价方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.焊接是制造工业中应用的主要连接工艺之一，特别是在锅炉制造、压力容器、船舶结构等场合焊接质量对这类行业至关重要。由于焊接过程存在大量的随机影响因素，仅通过稳定工艺参数不可能全面保证焊接质量。焊后检验作为质量保证体系虽必不可少，但不具实时性，无法及时发现和处理焊接过程中出现的问题，有缺陷的焊缝只能返修或报废。
3.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种焊接评价方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术无法评价焊接质量的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种焊接评价方法，所述方法包括以下步骤：
6.采集电弧声音信号；
7.将所述电弧声音信号进行去噪，得到去噪信号；
8.将所述去噪信号分为各帧信号；
9.根据各帧信号确定帧内振铃数；
10.根据各帧信号确定帧内能量；
11.根据所述帧内振铃数以及所述帧内能量确定各帧信号的振铃平均能量；
12.根据各帧信号的帧内振铃数及各帧信号的振铃平均能量确定焊接评价指标；
13.根据所述焊接评价指标确定焊接质量。
14.可选地，所述根据各帧信号确定帧内振铃数的步骤，包括：
15.获取声压阈值；
16.根据所述声压阈值将各帧信号转换为对应的脉冲信号；
17.根据所述脉冲信号确定相邻脉冲的脉冲间隔时间；
18.根据所述脉冲间隔时间、间隔时间阈值以及所述脉冲信号确定帧内振铃数。
19.可选地，所述根据所述脉冲间隔时间、间隔时间阈值以及所述脉冲信号确定帧内振铃数的步骤，包括：
20.将所述脉冲信号中的脉冲间隔时间小于间隔时间阈值的相邻脉冲合并，得到合并脉冲信号；
21.根据所述合并脉冲信号确定脉冲上升沿的数量；
22.根据所述脉冲上升沿的数量确定帧内振铃数。
23.可选地，所述根据所述帧内振铃数以及所述帧内能量确定各帧信号的振铃平均能
量的步骤，包括：
24.确定各帧信号的能量；
25.根据各帧信号的能量以及各帧信号的帧内振铃数确定振铃平均能量。
26.可选地，所述将所述电弧声音信号进行去噪，得到去噪信号的步骤，包括：
27.将所述电弧声音信号进行尺度小波分解，得到各小波系数；
28.对各小波系数进行小波阈值处理，得到处理后的各小波系数；
29.将所述处理后的各小波系数进行小波系数重构，得到去噪信号。
30.可选地，所述根据各帧信号的帧内振铃数及各帧信号的振铃平均能量确定焊接评价指标的步骤，包括：
31.根据各帧信号的帧内振铃数确定所述去噪信号的振铃数方差；
32.根据各帧信号的振铃平均能量确定所述去噪信号的能量方差；
33.根据所述振铃数方差及所述能量方差确定焊接评价指标。
34.可选地，所述将所述去噪信号分为各帧信号的步骤，包括：
35.获取预设帧时间；
36.根据所述预设帧时间将所述去噪信号分为各帧信号。
37.此外，为实现上述目的，本发明还提出一种焊接评价装置，所述焊接评价装置包括：
38.采集模块，用于采集电弧声音信号；
39.去噪模块，用于将所述电弧声音信号进行去噪，得到去噪信号；
40.分帧模块，用于将所述去噪信号分为各帧信号；
41.所述确定模块，还用于根据各帧信号确定帧内振铃数；
42.所述确定模块，还用于根据各帧信号确定帧内能量；
43.所述确定模块，还用于根据所述帧内振铃数以及所述帧内能量确定各帧信号的振铃平均能量；
44.所述确定模块，还用于根据各帧信号的帧内振铃数及各帧信号的振铃平均能量确定焊接评价指标；
45.所述确定模块，还用于根据所述焊接评价指标确定焊接质量。
46.此外，为实现上述目的，本发明还提出一种焊接评价设备，所述焊接评价设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的焊接评价程序，所述焊接评价程序配置为实现如上文所述的焊接评价方法的步骤。
47.此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有焊接评价程序，所述焊接评价程序被处理器执行时实现如上文所述的焊接评价方法的步骤。
48.本发明通过采集电弧声音信号；将所述电弧声音信号进行去噪，得到去噪信号；将所述去噪信号分为各帧信号；根据各帧信号确定帧内振铃数；根据各帧信号确定帧内能量；根据所述帧内振铃数以及所述帧内能量确定各帧信号的振铃平均能量；根据各帧信号的帧内振铃数及各帧信号的振铃平均能量确定焊接评价指标；根据所述焊接评价指标确定焊接质量。通过上述方式，通过采集焊接时的电弧声音信号，将电弧声音信号去噪并确定其中的振铃数以及各帧信号的能量，得到每一帧信号中帧内振铃数以及振铃平均能量，最终得到用于评价焊接质量的评价指标，达到利用电弧声音评价焊接质量的目的。
附图说明
49.图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的焊接评价设备的结构示意图；
50.图2为本发明焊接评价方法第一实施例的流程示意图；
51.图3为本发明焊接评价方法一实施例的焊接示意图；
52.图4为本发明焊接评价方法一实施例的振铃特征示意图；
53.图5为本发明焊接评价方法一实施例的振铃数统计流程图；
54.图6为本发明焊接评价方法一实施例的原始信号与振铃数示意图；
55.图7为本发明焊接评价方法一实施例的电弧声音信号整体处理流程图；
56.图8为本发明焊接评价装置第一实施例的结构框图。
57.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
58.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
59.参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的焊接评价设备结构示意图。
60.如图1所示，该焊接评价设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(central processing unit，cpu)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(wireless
‑
fidelity，wi
‑
fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(random access memory，ram)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(non
‑
volatile memory，nvm)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
61.本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对焊接评价设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
62.如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及焊接评价程序。
63.在图1所示的焊接评价设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明焊接评价设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在焊接评价设备中，所述焊接评价设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的焊接评价程序，并执行本发明实施例提供的焊接评价方法。
64.本发明实施例提供了一种焊接评价方法，参照图2，图2为本发明一种焊接评价方法第一实施例的流程示意图。
65.本实施例中，所述焊接评价方法包括以下步骤：
66.步骤s10：采集电弧声音信号。
67.应该理解的是，长期以来，人们一直在寻求获取更多和更直接的反映焊接状态、焊缝质量或焊接缺陷的途径，实现焊接质量的在线识别、评价和监控。电弧声信号来源于熔池振荡及电弧能量的变化，其中蕴藏着丰富的焊接状态信息，是焊接过程质量监控重要的潜在源信号。
68.国外学者arata于1979年首先发现并叙述了电弧声信号在线监测焊接质量的功能，因此电弧声音信号成为一个重要的信号焊接质量控制。与其他焊接信号相比，声信号的优点：更充分，更具动态性，实时性，非接触性，非破坏性，以及可以直接通过在线设备直接收集的特点。电弧声信号包含的信息与电弧行为、熔池和熔滴过渡直接相关，从电弧声信号中提取的特征信号可以方便地用来评估弧焊工艺的稳定性和检测在此焊接条件下的焊接缺陷。因此，电弧声信号在焊接过程稳定性监测中具有广泛性，包括电弧声信号与焊接熔透、焊接飞溅、保护气流量、熔滴过渡以及焊丝干伸长等方面。
69.需要说明的是，焊接设备如图3中所示，焊接对象为低碳钢坡口管材，坡口深1cm、底宽7mm、上宽16mm，采用肯比焊机和送丝机构和视觉引导自动焊接车系统；由传感器、lms scadas ii数采前端对焊接电弧声音信号就行数据采集和信号调理，采样率为51.2khz，分辨率12位；采用1/2英寸电容式自由场传声器，进行电弧声音传感，频率响应范围为10～20000hz，灵敏度为50mv/pa。传声器固焊接车上，传声器指向电弧与破口切平面成75度角，距离电弧约20cm。焊接参数如下表1所示，焊接电流为140a，焊接小车的车速为12cm/min，摆幅为10mm，焊接时保护气体的成分为ar82％+co218％，焊丝伸出导电嘴长度12mm，焊丝直径1.2mm，侧停300ms，摆速28mm/s。
70.表1
[0071][0072]
应理解的是，本实施例的执行主体为终端设备，例如电脑，终端设备上能够运行信号采集软件以及信号分析软件，其中，信号采集软件可为lms test.lab，信号分析软件可为matlab2016a，本实施例不加以限制。
[0073]
在具体实现中，由于焊机起弧正常工作需要一定的启动时间，因此若麦克风录制声音与焊机启动同时进行，麦克风会采集到一段未起弧声音，从而影响后续的分析结果，因此，在麦克风开启暂不进行声音录制，当麦克风监测到当前的声压大于初始声压阈值时，则开启声音录制。
[0074]
步骤s20：将所述电弧声音信号进行去噪，得到去噪信号。
[0075]
能够理解的是，通常环境中会存在一定的噪音，声音采集设备会将环境噪音采集，为了更好的分析电弧声音信号，消除噪音对分析结果的影响，需要对原始的电弧声音信号进行去噪处理，从而得到去噪信号。
[0076]
进一步地，为了获得更好的去噪效果，步骤s20包括：将所述电弧声音信号进行尺度小波分解，得到各小波系数；对各小波系数进行小波阈值处理，得到处理后的各小波系数；将所述处理后的各小波系数进行小波系数重构，得到去噪信号。
[0077]
在具体实现中，首先选定一种层数为n的小波对电弧声音信号进行小波分解得到得到各小波系数；小波分解后通过选取一合适的阀值，用阀值函数对各小波系数进行量化；用处理后的各小波系数重构信号，得到去噪信号。
[0078]
步骤s30：将所述去噪信号分为各帧信号。
[0079]
需要说明的是，分析焊接质量时需要以帧为单位进行分析，因此需要将去噪信号分成各帧信号。
[0080]
进一步地，为了更准确的分帧，步骤s30包括：获取预设帧时间；根据所述预设帧时间将所述去噪信号分为各帧信号。
[0081]
能够理解的是，预设帧时间是指一帧的声音信号的播放时长，结合去噪信号的采样率可确定各帧信号的数据点数，预设帧时间可设置为100ms，可根据不同需求对应预设帧时间，本实施例不加以限制。
[0082]
步骤s40：根据各帧信号确定帧内振铃数。
[0083]
能够理解的是，电弧声信号在ms时间尺度显示出“振铃”信号特征，振铃特征如图4所示，周期约为20
‑
30ms。电弧声峰值信号是由一些具有最大峰值且逐渐衰减的震荡信号组成。电弧声信号与电弧功率变化最为相关，短路过渡结束电弧再引燃过程电压迅速变化，而电流处于峰值，电弧能量变化最为激烈，从而引发振铃信号，其他时刻基本不会发生振铃。从而根据电弧声信号去噪后的去噪信号确定产生的“振铃”现象的次数，从而得到振铃数。
[0084]
进一步地，为了更精准地确定振铃数，步骤s40包括：获取声压阈值；根据所述声压阈值将各帧信号转换为对应的脉冲信号；根据所述脉冲信号确定相邻脉冲的脉冲间隔时间；根据所述脉冲间隔时间、间隔时间阈值以及所述脉冲信号确定帧内振铃数。
[0085]
在具体实现中，首先需要预先设定声压阈值，由于不同焊接工艺产生的声音的情况不同，因此在使用不同焊接工艺时声压阈值也不相同，根据当前的焊接工艺获得到对应的声压阈值后，各帧信号中声压大于声压阈值设为1，声压小于声压阈值设为0，从而将各帧信号转换成脉冲信号。
[0086]
需要说明的是，为了获得更准确的声压阈值，在获取声压阈值时，首先进行电弧声信号预采集，将此段预采集信号中振铃峰值的0.6倍作为声压阈值。
[0087]
进一步地，为了能够根据帧信号确定帧内振铃数，所述根据所述脉冲间隔时间、间隔时间阈值以及所述脉冲信号确定帧内振铃数的步骤，包括：将所述脉冲信号中的脉冲间隔时间小于间隔时间阈值的相邻脉冲合并，得到合并脉冲信号；根据所述合并脉冲信号确定脉冲上升沿的数量；根据所述脉冲上升沿的数量确定帧内振铃数。
[0088]
需要说明的是，为了更好的统计振铃数，需要将一些值为1的脉冲进行合并，首先确定值为1的相邻的脉冲信号之间的脉冲间隔时间，当脉冲间隔时间小于间隔时间阈值时，则将相邻的脉冲信号合并为同一脉冲信号。例如：时间间隔阈值为5ms，当脉冲间隔时间小于5ms时，则将值为1的相邻的脉冲信号合并，得到合并脉冲信号。时间间隔阈值5ms可根据工艺参数不同，适当调整时间间隔阈值，上述仅为举例说明，本实施例不加以限制。
[0089]
应该理解的是，一个脉冲从零到一的过程称为这个脉冲的上升沿；一个脉冲从一到零的过程称为这个脉冲的下降沿。根据合并脉冲信号的上升沿，确定上升沿的数量，并根据上升沿的数量确定振铃数量。振铃数统计流程图如图5所示，在将声音信号分帧之后，确定声压阈值以及时间间隔阈值，根据声压阈值将分帧之后帧信号转换成只包含0和1的脉冲信号，对脉冲信号进行遍历，计算相邻脉冲信号的时间间隔，当时间间隔小于时间间隔阈值时，则此相邻的脉冲信号属于同一次振铃中，将响铃的脉冲信号进行合并。最终通过脉冲的上升沿确定振铃数量。帧信号(原始信号)与帧内振铃数的示意图如图6所示。
[0090]
步骤s50：根据各帧信号确定帧内能量。
[0091]
在具体实现中，首先需要确定各帧信号的能量，能量计算公式如下：
[0092][0093]
其中，x
n
(m)表示去噪信号中第n帧信号中第m点信号幅度值，m∈(0,1,2,...,k
‑
1)，e
n
为第n帧信号的帧内能量。
[0094]
步骤s60：根据所述帧内振铃数以及所述帧内能量确定各帧信号的振铃平均能量。
[0095]
可以理解的是，由于各帧信号的帧内振铃数已经确定，各帧信号的帧内能量也已经确定，则可以确定各帧信号的振铃平均能量，振铃平均能量计算公式如下：
[0096]
e
o
＝e
n
/n
ꢀꢀꢀ
公式二；
[0097]
其中，e
o
为振铃平均能量，n为帧内振铃数。
[0098]
步骤s70：根据各帧信号的帧内振铃数及各帧信号的振铃平均能量确定焊接评价指标。
[0099]
需要说明的是，焊接评价指标由帧内振铃数以及振铃平均能量共同决定，通常去噪信号中各帧信号的帧内振铃数以及振铃平均能量越趋于相同，则焊接质量越好。
[0100]
进一步地，为了更精确地评价焊接质量，步骤s70包括：根据各帧信号的帧内振铃数确定所述去噪信号的振铃数方差；根据各帧信号的振铃平均能量确定所述去噪信号的能量方差；根据所述振铃数方差及所述能量方差确定焊接评价指标。
[0101]
可以理解的是，首先确定去噪信号中各帧信号的帧内振铃数的平均帧内振铃数，然后根据方差公式确定去噪信号的振铃数方差。同理，根据去噪信号中各帧信号的振铃平均能量，然后计算所有帧信号振铃平均能量的平均值，利用方差公式确定去噪信号的能量方差。
[0102]
应理解的是，当根据能量方差以及振铃数方差计算焊接评价指标，首先确定能量方差以及振铃数方差的权重，例如：能量方差权重为0.5，振铃数方差权重为0.5，则根据公式0.5*能量方差+0.5*振铃数方差＝焊接评价指标。以上仅为举例说明，本实施例不加以限制。
[0103]
可以理解的是，电弧声音信号整体处理流程如图7所示，首先获取待评价的电弧声音信号，通过小波去噪，再根据时域将去噪后的信号分帧，并计算每一帧信号中的能量，根据帧内的振铃数确定帧内每一振铃的平均能量，最终计算评价指标。
[0104]
步骤s80：根据所述焊接评价指标确定焊接质量。
[0105]
需要说明的是，通常焊接评价指标的值越小说明焊接过程中起弧越平均平稳，焊接质量越好。
[0106]
本实施例采集电弧声音信号；将所述电弧声音信号进行去噪，得到去噪信号；将所述去噪信号分为各帧信号；根据各帧信号确定帧内振铃数；根据各帧信号确定帧内能量；根据所述帧内振铃数以及所述帧内能量确定各帧信号的振铃平均能量；根据各帧信号的帧内振铃数及各帧信号的振铃平均能量确定焊接评价指标；根据所述焊接评价指标确定焊接质量。通过上述方式，通过采集焊接时的电弧声音信号，将电弧声音信号去噪并确定其中的振铃数以及各帧信号的能量，得到每一帧信号中帧内振铃数以及振铃平均能量，最终得到用
于评价焊接质量的评价指标，达到利用电弧声音评价焊接质量的目的。
[0107]
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有焊接评价程序，所述焊接评价程序被处理器执行时实现如上文所述的焊接评价方法的步骤。
[0108]
由于本存储介质采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0109]
参照图8，图8为本发明焊接评价装置第一实施例的结构框图。
[0110]
如图8所示，本发明实施例提出的焊接评价装置包括：
[0111]
采集模块10，用于采集电弧声音信号；
[0112]
去噪模块20，用于将所述电弧声音信号进行去噪，得到去噪信号；
[0113]
分帧模块30，用于将所述去噪信号分为各帧信号；
[0114]
所述确定模块40，还用于根据各帧信号确定帧内振铃数；
[0115]
所述确定模块40，还用于根据各帧信号确定帧内能量；
[0116]
所述确定模块40，还用于根据所述帧内振铃数以及所述帧内能量确定各帧信号的振铃平均能量；
[0117]
所述确定模块40，还用于根据各帧信号的帧内振铃数及各帧信号的振铃平均能量确定焊接评价指标；
[0118]
所述确定模块40，还用于根据所述焊接评价指标确定焊接质量。
[0119]
在一实施例中，所述确定模块40，还用于获取声压阈值；根据所述声压阈值将各帧信号转换为对应的脉冲信号；根据所述脉冲信号确定相邻脉冲的脉冲间隔时间；根据所述脉冲间隔时间、间隔时间阈值以及所述脉冲信号确定帧内振铃数。
[0120]
在一实施例中，所述确定模块40，还用于将所述脉冲信号中的脉冲间隔时间小于间隔时间阈值的相邻脉冲合并，得到合并脉冲信号；根据所述合并脉冲信号确定脉冲上升沿的数量；根据所述脉冲上升沿的数量确定帧内振铃数。
[0121]
在一实施例中，所述确定模块40，还用于确定各帧信号的能量；根据各帧信号的能量以及各帧信号的帧内振铃数确定振铃平均能量。
[0122]
在一实施例中，所述去噪模块20，还用于将所述电弧声音信号进行尺度小波分解，得到各小波系数；对各小波系数进行小波阈值处理，得到处理后的各小波系数；将所述处理后的各小波系数进行小波系数重构，得到去噪信号。
[0123]
在一实施例中，所述确定模块40，还用于根据各帧信号的帧内振铃数确定所述去噪信号的振铃数方差；根据各帧信号的振铃平均能量确定所述去噪信号的能量方差；根据所述振铃数方差及所述能量方差确定焊接评价指标。
[0124]
在一实施例中，所述分帧模块30，还用于获取预设帧时间；根据所述预设帧时间将所述去噪信号分为各帧信号。
[0125]
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。
[0126]
本实施例采集电弧声音信号；将所述电弧声音信号进行去噪，得到去噪信号；将所述去噪信号分为各帧信号；根据各帧信号确定帧内振铃数；根据各帧信号确定帧内能量；根据所述帧内振铃数以及所述帧内能量确定各帧信号的振铃平均能量；根据各帧信号的帧内振铃数及各帧信号的振铃平均能量确定焊接评价指标；根据所述焊接评价指标确定焊接质
量。通过上述方式，通过采集焊接时的电弧声音信号，将电弧声音信号去噪并确定其中的振铃数以及各帧信号的能量，得到每一帧信号中帧内振铃数以及振铃平均能量，最终得到用于评价焊接质量的评价指标，达到利用电弧声音评价焊接质量的目的。
[0127]
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
[0128]
另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的焊接评价方法，此处不再赘述。
[0129]
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0130]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0131]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(read only memory，rom)/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0132]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。