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·焊接设备与材料· 焊接技术第卷第期年月
文章编号:———
电弧传感式埋弧焊焊缝跟踪系统的信号处理
黄俊,洪波,潘际銮,屈岳波,袁灿
湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭【一一
摘要:
通滤波器进行滤波,并结合采样中的最大数平均值替代法对电流信号进行加工处理, 较好地保证了跟踪的实现,提高了跟踪精度。
关键词: 埋弧焊; 焊缝跟踪; 有源二阶带通滤波; 最大数平均值;替代法
中图分类号:; 文献标识码:
埋弧焊以其自动化程度高、生产效率高、焊缝成形美品质因数:
、,
观、没有弧光辐射等优点广泛应用于石油化工和压力容器的
制造。但在电弧传感式埋弧焊焊缝自动跟踪的实际应用中,整通带的中心角频率:、/ 【忐叮×,
个系统会受多种干扰, 包括焊接过程中的电磁干扰, 外围硬
通带中心角频率处的电压放大倍数:~ 一。
件电路中电子元件开关带来的电噪声的影响以及由于焊接电
,
源的影响, 这些干扰导致电流信号中会叠加高频脉动波纹,
取. ,则: × ,
.
加上焊接电弧短路所产生的电压尖峰,使得输出的焊接电流
信号中往往带有很多谐波和噪声,信号波形既有低频干扰又一× 尺.×
有高频干扰,给信号的处理过程带来很多困难。因此,必须
. 滤波器在电流信号处理中的应用
消除这些不良影响。针对上述问题,笔者主要在硬件电路方
在实际的埋弧焊焊接过程中,焊接电弧信号本身不断变
面进行了合理设计,并采取了适当的数据处理方法。
化,这不可避免对电弧传感信号产生干扰,造成信号品质的
下降,所以信号滤波是信号处理中的一个很重要的环节, 滤
有源二阶带通滤波器的设计
波的目的在于突出电流信号中的有用信息, 同时抑制信号中
. 原理
的高频和低频干扰,从而改善信号的品质,便于信号的分析
有源二阶带通滤波器的原理图如图所示。
和处理。目前,最常用的滤波方法主要有低通滤波和软件中
,
值滤波。低通滤波的基本原理是让低于某一频率的有用信号
通过, 而无用频率的信号被抑制。软件中值滤波的基本原理
是把数字图像或数字序列中一点的值用该点邻域各点的中值
代替。
为了说明有源二阶带通滤波器的有效性,笔者对埋弧焊
过程中的焊接电流信号分别采用有源二阶带通滤波,软件中
值滤波和低通滤波进行滤波处理, 处理后的结果见图,,
图有源二阶带通滤渡器原理图
.。
. 参数的确定
对电流信号进行频谱分析, 确定滤波器的通带中心频率
,通带中心频率处的电压放大倍数为一,带宽
,其中:,。
该电路的传输函数:.旦,
图未经滤波的原始输出图经有源二阶带通滤波器
收稿日期:一一;修回日期:——焊接电流波形滤波后的焊接电漉波形
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的最大值, 当然也可以是其余个中的任意个,为误差允许
值,大小可根据情况调整。如果最大值与其前一次的采样
值相比,差值大于允许误差值,则的值就用其余点的平均
值代替,如果差值在允许误差值内则保留原值,如此循环。利
用最大数平均值替代法进行采样处理, 有效地提高了焊接
电流信号采样的准确性, 为正确判断电弧位置偏差打下了基
图经中值滤波后的围经简单低通滤波后的础,这是实现埋弧焊自动跟踪的前提。采样子程序程序流
焊接电流波形
焊接电流波形程图见图。为了对采样处理效果进行比较,焊接过程中,
从图中可以看出,未经任何滤波处理的原始输出焊接电一种是采用最大数平均值替代法处理,另一种是不采用最大数
流波形信号中存在许多由电弧短路引起的尖峰脉冲和脉动波平均值替代法处理分别进行焊缝跟踪试验,结果见表。
纹,但从中可以看出反映电弧位置的特征信息大致有一定的
规律。有源二阶带通滤波器在对原始输出电流信号波形进行
滤波时,有效地抑制了无用的低频干扰和高频噪声干扰,较
好地保证了反映电弧位置的焊接电流信号的特征信息,保持
了电流信号波形在突变时不失真,滤波后的波形曲线与原始
输出电流波形中反映特征信息的电流波形曲线拟合得非常好。
而简单的低通滤波法则会把焊接电流波形的上端尖峰削掉,
只保留了下端波形, 中值滤波法虽然能将尖峰脉冲和脉动波
纹滤掉,但会将焊接电流波形整体压缩,也就是说,焊接电图采样子程序流程图
流波形的幅值发生了较大的变化,并且一定程度上改变了波
表焊缝跟踪试验条件及结果
形的相位。简单的低通滤波法和中值滤波法会引起焊接电