本發(fā)明屬于焊接過(guò)程穩(wěn)定性在線定量評(píng)價(jià)領(lǐng)域，特別涉及焊接過(guò)程穩(wěn)定性在線定量評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：

焊接是最常用的金屬連接方式，許多大型工程如西氣東輸、鳥(niǎo)巢等都是焊出來(lái)的。當(dāng)幾十甚至上百臺(tái)焊接電源同時(shí)工作場(chǎng)合往往需要群控系統(tǒng)，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接過(guò)程并分析數(shù)據(jù)，保證焊接質(zhì)量，其中通過(guò)分析焊接過(guò)程的穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)焊接質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

電壓u和電流i作為焊接電源的兩個(gè)最重要的外特性參數(shù)，所構(gòu)成的u-i相圖表征了電弧電壓和焊接電流的關(guān)聯(lián)性，描述了焊接過(guò)程u-i工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)移動(dòng)軌跡。例如，脈沖焊接過(guò)程中，u-i相圖曲線呈“口”字型分布在一條工作帶上，每經(jīng)過(guò)一個(gè)脈沖周期就會(huì)形成一個(gè)“口”字，相互疊加形成u-i相圖。通過(guò)u-i工作點(diǎn)軌跡的重復(fù)性，可直觀判定焊接過(guò)程的穩(wěn)定性，即u-i工作點(diǎn)軌跡越集中表明焊接過(guò)程一致性越高、越穩(wěn)定，反之則焊接質(zhì)量越差。因此，如何針對(duì)u-i相圖，從人為判斷轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)識(shí)別成為判斷焊接過(guò)程穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述不足，本發(fā)明提出一種基于u-i二值圖像的焊接過(guò)程穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)，具有簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)勢(shì)，可在群控系統(tǒng)軟件中方便實(shí)現(xiàn)?？蛇m用于焊接過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性判斷，只需在軟件中調(diào)用matlab命令計(jì)算，即可快實(shí)現(xiàn)定量判斷。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種焊接過(guò)程穩(wěn)定性在線定量評(píng)價(jià)方法，包括：

對(duì)焊接過(guò)程中電弧電壓u和焊接電流i進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)和獲取，繪制各u-i周期相圖；

將各u-i周期相圖轉(zhuǎn)換為二值圖像k；

求得二值圖像k中的動(dòng)態(tài)工作曲線經(jīng)過(guò)面積jn；

根據(jù)公式(1)、(2)求得焊接過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)p；

其中，jn代表u-i曲線面積，n為經(jīng)過(guò)的周期數(shù)，l為n個(gè)周期內(nèi)的總采樣數(shù)，p為第i個(gè)u-i周期與其它周期的重復(fù)率(i＝1……n)，q為二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)中對(duì)l取反后，使用命令sum(l(:))求出的非背景區(qū)域的總和，m為二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)中元素個(gè)數(shù)；

根據(jù)獲得焊接穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)p對(duì)焊接過(guò)程穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

優(yōu)選的，所述獲取的具體步驟為：根據(jù)群控系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取的電弧電壓u和焊接電流i的數(shù)值，得到相應(yīng)的各u-i周期相圖。

優(yōu)選的，所述u-i周期相圖轉(zhuǎn)換為二值圖像k的具體方法為：將u-i相圖保存為“ui.jpg”，采用命令i＝imread(‘ui.jpg’)將圖像導(dǎo)入matlab，通過(guò)二值化轉(zhuǎn)換函數(shù)im2bw()，將u-i相圖文件轉(zhuǎn)換為二值圖像k。

更優(yōu)選的，所述二值圖像k中在u-i動(dòng)態(tài)工作軌跡經(jīng)過(guò)的地方灰度值為0，否則為1。

優(yōu)選的，所述求得動(dòng)態(tài)工作曲線經(jīng)過(guò)面積jn的具體步驟為：取二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)(即：用0和1表示后的二值圖像k)，對(duì)l取反，此時(shí)，圖像矩陣中1的個(gè)數(shù)即為u-i曲線經(jīng)過(guò)的總點(diǎn)數(shù)或面積；

使用命令sum(l(:))求出非背景區(qū)域的總和q，設(shè)單位電壓電流在u-i相圖中的面積為1，由即可得到u-i相圖中的動(dòng)態(tài)工作曲線經(jīng)過(guò)面積jn。

更優(yōu)選的，所述二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)中元素個(gè)數(shù)為m。

本發(fā)明還提供了任一上述的方法在co2氣體保護(hù)焊、mag/mig焊以及輸出特性為雙變量、一致性要求高的場(chǎng)合中的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供了一種焊接過(guò)程穩(wěn)定性在線定量評(píng)價(jià)裝置，包括：

檢測(cè)裝置：用于對(duì)焊接過(guò)程中電弧電壓u和焊接電流i進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，采集各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)；

輸入設(shè)備：用于將所述各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥鳎?/p>

處理器：用于對(duì)所述各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出焊接過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)p；

輸出設(shè)備：用于將處理器得出的焊接過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)p進(jìn)行輸出；

顯示器：用于將輸出設(shè)備輸出的結(jié)果進(jìn)行顯示。

優(yōu)選的，所述對(duì)所述各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的具體步驟為：

1)根據(jù)焊接過(guò)程中各周期電弧電壓u和焊接電流i的值，繪制相應(yīng)的u-i周期相圖；

2)將各u-i周期相圖轉(zhuǎn)換為二值圖像k；

3)求得二值圖像k中的動(dòng)態(tài)工作曲線經(jīng)過(guò)面積jn；

4)根據(jù)公式(1)、(2)求得焊接過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)p；

其中，jn代表u-i曲線面積，n為經(jīng)過(guò)的周期數(shù)，l為n個(gè)周期內(nèi)的總采樣數(shù)，p為第i個(gè)u-i周期與其它周期的重復(fù)率(i＝1……n)，q為二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)中對(duì)l取反后，使用命令sum(l(:))求出的非背景區(qū)域的總和，m為二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)中元素個(gè)數(shù)。

更優(yōu)選的，所述u-i周期的相圖轉(zhuǎn)換為二值圖像k的具體方法為：將u-i相圖保存為“ui.jpg”，采用命令i＝imread(‘ui.jpg’)將圖像導(dǎo)入matlab，通過(guò)二值化轉(zhuǎn)換函數(shù)im2bw()，將u-i相圖文件轉(zhuǎn)換為二值圖像k；

所述二值圖像k中在u-i動(dòng)態(tài)工作軌跡經(jīng)過(guò)的地方灰度值為0，否則為1；

所述二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)中元素個(gè)數(shù)為m；

所述求得動(dòng)態(tài)工作曲線經(jīng)過(guò)面積jn的具體步驟為：取二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)，對(duì)l取反，此時(shí)，圖像矩陣中1的個(gè)數(shù)即為u-i曲線經(jīng)過(guò)的總點(diǎn)數(shù)或面積；

使用命令sum(l(:))求出非背景區(qū)域的總和q，設(shè)單位電壓電流在u-i相圖中的面積為1，由即可得到u-i相圖中的動(dòng)態(tài)工作曲線經(jīng)過(guò)面積jn。

本發(fā)明的有益效果

(1)本方法可適用于焊接過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性判斷，只需在軟件中調(diào)用matlab命令計(jì)算，即可快實(shí)現(xiàn)定量判斷。

(2)本方法可實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的在線快速評(píng)價(jià)，相比傳統(tǒng)缺陷檢測(cè)方法具有遲滯性小的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了焊接質(zhì)量的快速閉環(huán)控制。

(3)本方法可適用于co2氣體保護(hù)焊、mag/mig焊等，以及輸出特性為雙變量、一致性要求高的場(chǎng)合，應(yīng)用前景廣闊。

(4)本發(fā)明評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，易于推廣。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1某焊接過(guò)程的u-i相圖，其中，(a)、(b)分別為不同焊接過(guò)程的u-i相圖。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

實(shí)施例1

某焊接過(guò)程的u-i相圖如圖1所示。定義焊接過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)p，即代表u-i周期與其它周期的平均重復(fù)率。當(dāng)p＝100％時(shí)說(shuō)明各周期與前面的周期u-i變化完全一致，該焊接過(guò)程為絕對(duì)穩(wěn)定；相反，p越小，說(shuō)明焊接過(guò)程的電弧電壓和焊接電流的變化越不規(guī)律，焊接質(zhì)量一致性差。

假設(shè)在經(jīng)過(guò)第1個(gè)u-i周期后，相圖上的點(diǎn)數(shù)為：

j1＝a

當(dāng)經(jīng)過(guò)第2個(gè)周期后，第1個(gè)周期與第2個(gè)周期有pa個(gè)點(diǎn)重復(fù)，則此時(shí)u-i相圖上的點(diǎn)數(shù)增加了(1-p)a個(gè)點(diǎn)，總點(diǎn)數(shù)為：

j2＝a+a-pa＝a+(1-p)a

當(dāng)經(jīng)過(guò)第3個(gè)周期后，u-i相圖上增加的點(diǎn)數(shù)為(1-p)a-p(1-p)a，此時(shí)總點(diǎn)數(shù)為：

j3＝a+(1-p)a+(1-p)a-p(1-p)a＝a+(1-p)a+(1-p)²a

當(dāng)經(jīng)過(guò)第n個(gè)周期后，可用每周期評(píng)價(jià)點(diǎn)數(shù)代替a，其中l(wèi)為一段時(shí)間內(nèi)的總采樣數(shù)，則由數(shù)學(xué)歸納法可得：

式中僅有jn和p為未知量，只需求得jn即可得到平均重復(fù)率p。其中在實(shí)際意義中jn代表u-i曲線所經(jīng)過(guò)的面積。本發(fā)明將利用圖像二值化方法，求出u-i相圖中曲線面積。具體步驟為：

(1)根據(jù)群控系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取的電弧電壓u和焊接電流i的數(shù)值，得到u-i相圖，并保存為“ui.jpg”，采用命令i＝imread(‘ui.jpg’)將圖像導(dǎo)入matlab。

(2)通過(guò)二值化轉(zhuǎn)換函數(shù)im2bw()，將u-i相圖文件轉(zhuǎn)換為二值圖像k，此時(shí)u-i相圖將呈現(xiàn)黑白效果：在u-i動(dòng)態(tài)工作軌跡經(jīng)過(guò)的地方灰度值為0，否則為1。

(3)獲得的二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)，其元素個(gè)數(shù)為m。為便于計(jì)算，對(duì)l取反，這樣一來(lái)圖像矩陣中1的個(gè)數(shù)即為u-i曲線經(jīng)過(guò)的總點(diǎn)數(shù)或面積。

(4)使用命令sum(l(:))求出非背景區(qū)域的總和q，設(shè)單位電壓電流在u-i相圖中的面積為1，由即可得到u-i相圖中的動(dòng)態(tài)工作曲線經(jīng)過(guò)面積jn。

(5)根據(jù)前面的公式即可求出重復(fù)率p。根據(jù)p的大小即可判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。

采用上述計(jì)算，可得圖1(a)的重復(fù)率p1＝0.0701，(b)圖中的重復(fù)率p2＝0.0305。p1大于p2表明(a)圖中所示的焊接過(guò)程穩(wěn)定性好，焊接一致性高，這與人為的直觀判斷效果相同。

實(shí)施例2

co2氣體保護(hù)焊焊接過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。定義焊接過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)p，即代表u-i周期與其它周期的平均重復(fù)率。當(dāng)p＝100％時(shí)說(shuō)明各周期與前面的周期u-i變化完全一致，該焊接過(guò)程為絕對(duì)穩(wěn)定；相反，p越小，說(shuō)明焊接過(guò)程的電弧電壓和焊接電流的變化越不規(guī)律，焊接質(zhì)量一致性差。

假設(shè)在經(jīng)過(guò)第1個(gè)u-i周期后，相圖上的點(diǎn)數(shù)為：

j1＝a

當(dāng)經(jīng)過(guò)第2個(gè)周期后，第1個(gè)周期與第2個(gè)周期有pa個(gè)點(diǎn)重復(fù)，則此時(shí)u-i相圖上的點(diǎn)數(shù)增加了(1-p)a個(gè)點(diǎn)，總點(diǎn)數(shù)為：

j2＝a+a-pa＝a+(1-p)a

當(dāng)經(jīng)過(guò)第3個(gè)周期后，u-i相圖上增加的點(diǎn)數(shù)為(1-p)a-p(1-p)a，此時(shí)總點(diǎn)數(shù)為：

j3＝a+(1-p)a+(1-p)a-p(1-p)a＝a+(1-p)a+(1-p)²a

當(dāng)經(jīng)過(guò)第n個(gè)周期后，可用每周期評(píng)價(jià)點(diǎn)數(shù)代替a，其中l(wèi)為一段時(shí)間內(nèi)的總采樣數(shù)，則由數(shù)學(xué)歸納法可得：

式中僅有jn和p為未知量，只需求得jn即可得到平均重復(fù)率p。其中在實(shí)際意義中jn代表u-i曲線所經(jīng)過(guò)的面積。本發(fā)明將利用圖像二值化方法，求出u-i相圖中曲線面積。具體步驟為：

(1)根據(jù)群控系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取的電弧電壓u和焊接電流i的數(shù)值，得到u-i相圖，并保存為“ui.jpg”，采用命令i＝imread(‘ui.jpg’)將圖像導(dǎo)入matlab。

(2)通過(guò)二值化轉(zhuǎn)換函數(shù)im2bw()，將u-i相圖文件轉(zhuǎn)換為二值圖像k，此時(shí)u-i相圖將呈現(xiàn)黑白效果：在u-i動(dòng)態(tài)工作軌跡經(jīng)過(guò)的地方灰度值為0，否則為1。

(3)獲得的二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)，其元素個(gè)數(shù)為m。為便于計(jì)算，對(duì)l取反，這樣一來(lái)圖像矩陣中1的個(gè)數(shù)即為u-i曲線經(jīng)過(guò)的總點(diǎn)數(shù)或面積。

(4)使用命令sum(l(:))求出非背景區(qū)域的總和q，設(shè)單位電壓電流在u-i相圖中的面積為1，由即可得到u-i相圖中的動(dòng)態(tài)工作曲線經(jīng)過(guò)面積jn。

(5)根據(jù)前面的公式即可求出重復(fù)率p。根據(jù)p的大小即可判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。

采用上述計(jì)算，重復(fù)率p大的u-i相同焊接過(guò)程穩(wěn)定性好，焊接一致性高，這與人為的直觀判斷效果相同。

實(shí)施例3

mag/mig焊焊接過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。定義焊接過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)p，即代表u-i周期與其它周期的平均重復(fù)率。當(dāng)p＝100％時(shí)說(shuō)明各周期與前面的周期u-i變化完全一致，該焊接過(guò)程為絕對(duì)穩(wěn)定；相反，p越小，說(shuō)明焊接過(guò)程的電弧電壓和焊接電流的變化越不規(guī)律，焊接質(zhì)量一致性差。

假設(shè)在經(jīng)過(guò)第1個(gè)u-i周期后，相圖上的點(diǎn)數(shù)為：

j1＝a

當(dāng)經(jīng)過(guò)第2個(gè)周期后，第1個(gè)周期與第2個(gè)周期有pa個(gè)點(diǎn)重復(fù)，則此時(shí)u-i相圖上的點(diǎn)數(shù)增加了(1-p)a個(gè)點(diǎn)，總點(diǎn)數(shù)為：

j2＝a+a-pa＝a+(1-p)a

當(dāng)經(jīng)過(guò)第3個(gè)周期后，u-i相圖上增加的點(diǎn)數(shù)為(1-p)a-p(1-p)a，此時(shí)總點(diǎn)數(shù)為：

j3＝a+(1-p)a+(1-p)a-p(1-p)a＝a+(1-p)a+(1-p)²a

當(dāng)經(jīng)過(guò)第n個(gè)周期后，可用每周期評(píng)價(jià)點(diǎn)數(shù)代替a，其中l(wèi)為一段時(shí)間內(nèi)的總采樣數(shù)，則由數(shù)學(xué)歸納法可得：

式中僅有jn和p為未知量，只需求得jn即可得到平均重復(fù)率p。其中在實(shí)際意義中jn代表u-i曲線所經(jīng)過(guò)的面積。本發(fā)明將利用圖像二值化方法，求出u-i相圖中曲線面積。具體步驟為：

(1)根據(jù)群控系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取的電弧電壓u和焊接電流i的數(shù)值，得到u-i相圖，并保存為“ui.jpg”，采用命令i＝imread(‘ui.jpg’)將圖像導(dǎo)入matlab。

(2)通過(guò)二值化轉(zhuǎn)換函數(shù)im2bw()，將u-i相圖文件轉(zhuǎn)換為二值圖像k，此時(shí)u-i相圖將呈現(xiàn)黑白效果：在u-i動(dòng)態(tài)工作軌跡經(jīng)過(guò)的地方灰度值為0，否則為1。

(3)獲得的二值化圖像矩陣l＝bwlabel(k)，其元素個(gè)數(shù)為m。為便于計(jì)算，對(duì)l取反，這樣一來(lái)圖像矩陣中1的個(gè)數(shù)即為u-i曲線經(jīng)過(guò)的總點(diǎn)數(shù)或面積。

(4)使用命令sum(l(:))求出非背景區(qū)域的總和q，設(shè)單位電壓電流在u-i相圖中的面積為1，由即可得到u-i相圖中的動(dòng)態(tài)工作曲線經(jīng)過(guò)面積jn。

(5)根據(jù)前面的公式即可求出重復(fù)率p。根據(jù)p的大小即可判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。

采用上述計(jì)算，重復(fù)率p大的焊接過(guò)程穩(wěn)定性好，焊接一致性高，這與人為的直觀判斷效果相同。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。