基于粗糙集的旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊焊縫偏差識別方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于粗糙集的旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊焊縫偏差識別方法。所述方法是采用焊接電弧電信號傳感器、焊接電弧位置傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等采集焊接實驗數(shù)據(jù)，在粗糙集建模模式下，所采集實驗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)預處理模塊構(gòu)建決策表，然后經(jīng)屬性約簡模塊、屬性值約簡模塊、規(guī)則約簡模塊構(gòu)建粗糙集模型。在在線預測偏差模式下，所采集實驗數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)預處理模塊處理后與粗糙集建模模式下所構(gòu)建的粗糙集模型匹配，并采用不確定推理預測焊縫偏差，經(jīng)過統(tǒng)計模塊，輸出焊縫偏差。本發(fā)明專利技術(shù)實現(xiàn)對焊縫偏差識別的非參數(shù)建模，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，抗干擾能力強、工程實用性好，可達到實時提取焊縫偏差，供相應(yīng)糾偏裝置實時糾偏的目的。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及焊接
，特指一種。本專利技術(shù)針對旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊的焊縫跟蹤，采用粗糙集方法對焊縫偏差進行提取，克服以往很多算法依賴精確的數(shù)學模型，應(yīng)用時容易受到干擾的缺點。
技術(shù)介紹
旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊接作為一種高效的焊接技術(shù)，在中厚板焊接領(lǐng)域受到廣泛的應(yīng)用，為保證焊接質(zhì)量，避免出現(xiàn)側(cè)壁未熔合等缺陷，需要保證焊接過程中電弧處于坡口中心位置，即需要進行實時有效的跟蹤控制，其關(guān)鍵是能實時可靠地提取焊縫偏差。目前常用傳感器有以下幾種類型:機械傳感器、電磁感應(yīng)式傳感器、超聲傳感器、焊接溫度場傳感器、CCD視覺傳感器、電弧傳感等，電弧傳感器作為一種在線實時傳感裝置與其它附加式傳感器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、不需要附加額外設(shè)備、可達性好，無延遲和響應(yīng)速度快等優(yōu)良特性，尤其是高速旋轉(zhuǎn)電弧傳感器的靈敏度高，成為當前乃至今后焊接傳感器一個非常重要的研究領(lǐng)域，具有強大的生命力和應(yīng)用前景，適宜應(yīng)用在弧焊機器人和類似于機器人的機械裝置上。利用電弧傳感器進行焊縫跟蹤的關(guān)鍵是根據(jù)電弧電流或電壓的變化提取偏差信號。目前偏差信號識別的方法有很多種，如傳統(tǒng)數(shù)學建模方法、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模等智能控制方法，但是弧焊過程是一個非常復雜的隨機動態(tài)過程，由于噪聲的干擾以及熔滴過渡等本身內(nèi)在復雜機制的作用，使得信號的處理變得非常復雜。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機、統(tǒng)計模式識別等智能模式識別技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，也給基于電弧傳感器的焊縫跟蹤技術(shù)研究帶來新的希望。高速旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊焊時，熔化金屬受到側(cè)壁拘束作用，同時由于焊絲的高熔敷率，熔池中液態(tài)金屬較厚，液面傾角較大，其電弧形態(tài)有特殊的變化規(guī)律，使得已有電弧傳感方法應(yīng)用效果需要重新驗證，而且焊接過程中大量不確定因素的存在，如熔池后端鐵水的堆積、電弧對熔池的攪拌作用、坡口加工精度不高、裝配誤差、工件裝配或熱變形導致的錯邊等，都會對焊縫跟蹤算法提出考驗，難以對該過程進行精確的數(shù)學建模，從而智能建模和控制方法受到重視。已有授權(quán)專利申請?zhí)枮?007100342723，磁控電弧傳感式焊縫自動跟蹤控制方法，該專利主要針對TIG焊接電弧，另一申請?zhí)枮?00910025826.2專利，針對正弦擺動時電弧傳感器采用最小二乘法擬合的方法獲取不同偏差對應(yīng)的電流波形，也未針對旋轉(zhuǎn)電弧。粗糙集作為一種智能建模和控制方法，能有效處理不確定信息，且能有效地從實驗數(shù)據(jù)中去除冗余信息，獲取知識。故可以利用它從實驗數(shù)據(jù)中總結(jié)焊縫偏差的預測模型。本專利針對旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊的焊縫偏差智能建模，在試驗基礎(chǔ)上對焊接電弧電信號的變化規(guī)律進一步研究，并借鑒已有焊縫偏差識別方法提出可靠性較高的偏差識別方法。基于智能建模和控制的方法若能應(yīng)用于焊縫偏差識別，尤其是三維偏差的識別，實現(xiàn)三維空間曲線焊縫的全自動高精度跟蹤，從而提高弧焊機器人和專機的自動化程度，擴大其應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決上述問題，提供一種基于粗糙集的旋轉(zhuǎn)電弧傳感氣保焊焊縫偏差識別方法，充分發(fā)揮粗糙集在處理不完整、不確定信息方面的優(yōu)勢，改善目前精確數(shù)學模型難以建立，智能建模方法依靠經(jīng)驗的狀況。為了達到上述目的，本專利技術(shù)的基于粗糙集的旋轉(zhuǎn)電弧傳感氣保焊焊縫偏差識別方法所基于的焊縫偏差識別系統(tǒng)包括:旋轉(zhuǎn)電弧焊炬、焊接電弧位置傳感器、焊接電弧電信號(電流或電壓)傳感器、焊接電源、PC機、數(shù)據(jù)采集卡、模式選擇器、數(shù)據(jù)預處理模塊、粗糙集模型、不確定推理模塊、統(tǒng)計模塊、屬性約簡模塊、屬性值約簡模塊、規(guī)則約簡模塊等構(gòu)成。焊接電弧電信號傳感器為霍爾電流或電壓傳感器；電弧位置傳感器由凹槽式光電開關(guān)和開槽(或通孔)的光柵盤構(gòu)成，凹槽式光電開關(guān)固定于旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的不旋轉(zhuǎn)部分，光柵盤固定在旋轉(zhuǎn)電弧焊炬的旋轉(zhuǎn)部分與電弧同步轉(zhuǎn)動，安裝時使電弧旋轉(zhuǎn)到焊接前方位置時，凹槽式光電開關(guān)的光路正好穿過光柵盤的開孔或開槽，凹槽式光電開關(guān)輸出脈沖，從而能夠通過檢測該脈沖判斷電弧位置；傳感器所得焊接電弧電信號和焊接電弧位置信號接入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡與PC機相連。在PC機中，可通過模式選擇器選擇在線預測模式和粗糙集建模模式。粗糙集建模模式是將數(shù)據(jù)采集卡采集的所有電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊接電弧電信號依次經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理模塊、屬性約簡模塊、屬性值約簡模塊、規(guī)則約簡模塊處理得到粗糙集模型。該粗糙集模型在在線預測模式下被使用。在線預測模式下，將數(shù)據(jù)采集卡采集的當前電弧旋轉(zhuǎn)周期焊接電弧電信號經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理模塊處理后作為粗糙集模型的輸入信號，并采用不確定推理模塊處理，得到當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差；為克服偶然因素的影響，將當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差與之前η個電弧旋轉(zhuǎn)周期焊縫偏差一起，作為統(tǒng)計模塊的輸入，處理后進行焊縫偏差輸出。，包含如下步驟:(I)采用霍爾傳感器測量焊接電弧電信號即焊接電弧電流或焊接電弧電壓；采用凹槽式光電開關(guān)和開孔/開槽的光柵盤檢測旋轉(zhuǎn)電弧處于焊接前方時的信號即焊接電弧位置信號；(2)將所步驟(I)檢測得到的焊接電弧電信號和焊接電弧位置信號通過數(shù)據(jù)采集卡接入到PC機，并置模式選擇器為進入在線預測模式；(3)在PC機中采用數(shù)據(jù)預處理模塊對數(shù)據(jù)采集卡獲取的當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊接電弧電信號進行預處理，獲得適合粗糙集模型的輸入信號；(4)將上述得到的粗糙集模型輸入信號經(jīng)過粗糙集模型和不確定推理模塊，獲得當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值；(5)將當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值和之前η個電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值，經(jīng)過統(tǒng)計模塊選擇其中算數(shù)平均值或權(quán)重平均值或出現(xiàn)頻率最高的焊縫偏差預測值作為當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的最終焊縫偏差值輸出，其中η為大于I的自然數(shù)。步驟(3)所述數(shù)據(jù)預處理模塊具體步驟如下:I)利用焊接電弧位置信號提取當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊接電弧電信號；2)將該電弧旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的焊接電弧電信號進行偶數(shù)等區(qū)間劃分，提取每個區(qū)間的焊接電弧電信號平均值和左右對應(yīng)區(qū)間焊接電弧電信號平均值的差值；3)將上述每個區(qū)間焊接電弧電信號平均值和左右對應(yīng)區(qū)間焊接電弧電信號平均值的差值進行離散化，即將連續(xù)屬性值轉(zhuǎn)換為離散屬性值；4)將步驟3)離散化后得到的一維數(shù)列輸出。步驟(4)所述粗糙集模型采用如下步驟獲得:a)根據(jù)焊縫偏差可能的取值范圍，等距選擇有限個值即預設(shè)焊縫偏差值，將預設(shè)焊縫偏差值分別進行焊接實驗，并根據(jù)步驟(I)采集焊接電弧電信號和焊接電弧位置信號;b)將步驟(I)檢測得到的焊接電弧電信號和焊接電弧位置信號通過數(shù)據(jù)采集卡接入到PC機，并置模式選擇器為進入粗糙集建模模式；c)在PC機中采用數(shù)據(jù)預處理模塊對數(shù)據(jù)采集卡獲取的所有電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊接電弧電信號進行預處理，預處理后每個電弧旋轉(zhuǎn)周期的輸出信號作為一個樣本輸入，每個電弧旋轉(zhuǎn)周期對應(yīng)的預設(shè)焊縫偏差值作為一個樣本輸出，所有樣本構(gòu)成一個粗糙集決策表，即輸入輸出表；d)利用屬性約簡模塊對粗糙集決策表進行約簡，去除粗糙集決策表中冗余的輸入列，即屬性項；e)針對步驟d)處理后的粗糙集決策表，采用屬性值約簡模塊去除粗糙集決策表中每個樣本中的冗余輸入項，即屬性值項；f)針對步驟e)處理后的數(shù)據(jù)，利用規(guī)則約簡模塊構(gòu)建最小覆蓋集合的規(guī)則集，即粗糙集模型。其中，步驟d)所述約簡算法采用基于區(qū)分矩陣算法，具體步驟如下:i)計算粗糙集決策表的區(qū)分矩陣DM，統(tǒng)計各條件屬性出現(xiàn)的概率，以此作為屬性重要性；ii)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于粗糙集的旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊焊縫偏差識別方法，其特征是包含如下步驟：（1）采用霍爾傳感器測量焊接電弧電信號，即焊接電弧電流或焊接電弧電壓；采用凹槽式光電開關(guān)和開孔/開槽的光柵盤檢測旋轉(zhuǎn)電弧處于焊接前方時的信號即焊接電弧位置信號；（2）將步驟（1）檢測得到的焊接電弧電信號和焊接電弧位置信號通過數(shù)據(jù)采集卡接入到PC機，并置模式選擇器為進入在線預測模式；（3）在PC機中采用數(shù)據(jù)預處理模塊對數(shù)據(jù)采集卡獲取的當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊接電弧電信號進行預處理，獲得適合粗糙集模型的輸入信號；（4）將上述得到的粗糙集模型輸入信號經(jīng)過粗糙集模型和不確定推理模塊，獲得當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值；（5）將當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值和之前n個電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值，經(jīng)過統(tǒng)計模塊選擇其中算數(shù)平均值或權(quán)重平均值或出現(xiàn)頻率最高的焊縫偏差預測值作為當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的最終焊縫偏差值輸出，其中n為大于1的自然數(shù)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于粗糙集的旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊焊縫偏差識別方法，其特征是包含如下步驟: (I)采用霍爾傳感器測量焊接電弧電信號，即焊接電弧電流或焊接電弧電壓；采用凹槽式光電開關(guān)和開孔/開槽的光柵盤檢測旋轉(zhuǎn)電弧處于焊接前方時的信號即焊接電弧位置信號; (2 )將步驟(I)檢測得到的焊接電弧電信號和焊接電弧位置信號通過數(shù)據(jù)采集卡接入到PC機，并置模式選擇器為進入在線預測模式； (3)在PC機中采用數(shù)據(jù)預處理模塊對數(shù)據(jù)采集卡獲取的當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊接電弧電信號進行預處理，獲得適合粗糙集模型的輸入信號； (4)將上述得到的粗糙集模型輸入信號經(jīng)過粗糙集模型和不確定推理模塊，獲得當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值； (5)將當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值和之前η個電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊縫偏差值，經(jīng)過統(tǒng)計模塊選擇其中算數(shù)平均值或權(quán)重平均值或出現(xiàn)頻率最高的焊縫偏差預測值作為當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的最終焊縫偏差值輸出，其中η為大于I的自然數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粗糙集的旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊焊縫偏差識別方法，其特征是步驟(3)所述數(shù)據(jù)預處理模塊具體步驟如下: 1)利用焊接電弧位置信號提取當前電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊接電弧電信號； 2)將該電弧旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的焊接電弧電信號進行偶數(shù)等區(qū)間劃分，提取每個區(qū)間的焊接電弧電信號平均值和左右對應(yīng)區(qū)間焊接電弧電信號平均值的差值； 3)將上述每個區(qū)間焊接電弧電信號平均值和左右對應(yīng)區(qū)間焊接電弧電信號平均值的差值進行離散化，即將連 續(xù)屬性值轉(zhuǎn)換為離散屬性值； 4)將步驟3)離散化后得到的一維數(shù)列輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粗糙集的旋轉(zhuǎn)電弧氣保焊焊縫偏差識別方法，其特征是步驟(4)所述粗糙集模型采用如下步驟獲得: a)根據(jù)焊縫偏差可能的取值范圍，等距選擇有限個值即預設(shè)焊縫偏差值，將預設(shè)焊縫偏差值分別進行焊接實驗，并根據(jù)步驟(I)采集焊接電弧電信號和焊接電弧位置信號； b)將步驟(I)檢測得到的焊接電弧電信號和焊接電弧位置信號通過數(shù)據(jù)采集卡接入到PC機，并置模式選擇器為進入粗糙集建模模式； c)在PC機中采用數(shù)據(jù)預處理模塊對數(shù)據(jù)采集卡獲取的所有電弧旋轉(zhuǎn)周期的焊接電弧電信號進行預處理，預處理后每個電弧旋轉(zhuǎn)周期的輸出信號作為一個樣本輸入，每個電弧旋轉(zhuǎn)周期對應(yīng)的預設(shè)焊縫偏差值作為一個樣本輸出，所有樣本構(gòu)成一個粗糙集決策表，即輸入輸出表； d)利用屬性約簡模塊對粗糙集決策表進行約簡，去除粗糙集決策表中冗余的輸入列，即屬性項； e)針對步驟d)處理后的粗糙集決策表，采用屬性值約簡模塊去除粗糙集決策表中每個樣本中的冗余輸入項，即屬性值項； f)針對步驟...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黎文航，楊峰，王加友，王儉辛，朱杰，
申請(專利權(quán))人：江蘇科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：