一种基于电弧声声谱样本熵的弧焊过程稳定性定量评价方法

摘要

本发明公开了一种基于电弧声声谱样本熵的弧焊过程稳定性定量评价方法，具体是指将去噪后的电弧声信号进行时频可视化，提取声谱图中的峰值能量线，结合时频指标设计了峰值能量均值这一个指标，并计算能量样本熵、能量标准差，最后通过自行设计的电弧声评价指标ASSP实现焊接过程稳定性评价。本发明综合考虑了时间、频率、能量三者的影响，创新性地提出了峰值能量这一概念，通过样本熵描述声谱图中峰值能量线在时频面上的有序性，量化焊接过程电弧声的稳定性，并通过自行设计的参数指标排除了工艺参数对电弧声的影响，拉大了焊接稳定程度量化结果的区别，获得了更稳定的评价性能。

主权项

一种基于电弧声声谱样本熵的弧焊过程稳定性定量评价方法，其特征在于采集电弧声信号，对去噪处理后的电弧声信号绘制声谱图，计算声谱图中的峰值能量线，通过计算峰值能量线的样本熵值，在此基础上再计算自行设计的电弧声样本熵定量评价指标，实现焊接过程稳定性的定量评价，具体包括如下步骤：(1)利用测试平台采集焊接过程的电弧声信号；(2)对所采集的电弧声数据进行预处理，通过小波包滤波算法实现信噪分离，得到特征值明显的电弧声信号；(3)生成电弧声信号的声谱图，同时表示时间、频率、能量三者之间的关系；(4)引入峰值能量的概念，峰值能量指的是在时频面上每个时刻上能量最大的值，计算电弧声声谱图上每个时间段内的峰值能量值，并求出该点位置及频率，在时频平面上绘制出峰值能量线，形成峰值能量序列值；(5)为了减少峰值能量线变化幅度不同，对量化结果的影响，引入峰值能量均值这一新参数，对步骤(4)中的声谱图中的峰值能量序列计算峰值能量均值，峰值能量均值Em_av按以下公式计算：${\mathrm{Em}}_{\mathrm{av}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}E\max \left(i\right)}{n}$式中Emax(i)为峰值能量线上每点对应的能量大小，n表示正整数；(6)求解能量样本熵，将峰值能量线的每点和步骤(5)求出的峰值能量均值相乘再计算样本熵，计算所得样本熵值称为能量样本熵，能量样本熵按以下公式计算：$E_{\mathrm{SaEn}}=\mathrm{SampEn}(L\max \left(i\right)*\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}E\max \left(i\right)}{n})$i＝1，2，…n式中E_SaEn表示能量样本熵，Lmax(i)表示峰值能量线上每点对应的纵坐标；(7)求解能量标准差，对步骤(6)所求的样本熵序列计算标准差，计算公式如下：$E_{\mathrm{std}}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(E_{\mathrm{SaEn}}\left(i\right)-{\mathrm{Em}}_{\mathrm{av}})}^2}{n-1}}$式中E_std为能量标准差；(8)按以下公式计算电弧声稳定性：ASSP＝E_SaEn×E_std式中ASSP为自行设计的焊接过程电弧声稳定性评价指标。