專利名稱：一種實(shí)時(shí)焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電弧傳感式焊縫自動(dòng)跟蹤焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法。
背景技術(shù)：
電弧傳感器的基本原理是利用焊槍與焊件之間距離的變化引起的焊接電流變化來(lái)探測(cè)焊槍高度與左右偏差。具有耐高溫、抗弧光、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可達(dá)性好等優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際的電弧掃描焊接過(guò)程中，由于熔滴過(guò)渡、飛濺、送絲抖動(dòng)、以及焊絲與導(dǎo)電嘴的接觸點(diǎn)變化等因素的存在，使得電弧傳感式焊縫跟蹤信號(hào)中表征焊縫位置信息的信號(hào)往往被掩蓋。因此，電弧傳感器要想成功地應(yīng)用于焊接自動(dòng)化等領(lǐng)域，就必須先要對(duì)其進(jìn)行去噪處理。目前用于電弧傳感式焊縫跟蹤信號(hào)的去噪處理的方法，主要是采用模擬濾波器。但模擬濾波器常常存在參數(shù)難以調(diào)節(jié)、溫度漂移、相移等缺點(diǎn)，使得電弧傳感式焊縫跟蹤信號(hào)的去噪并不
理相對(duì)于小波降噪的研究，主要集中在語(yǔ)音處理、圖像處理、故障監(jiān)控等領(lǐng)域；雖然近年來(lái)，在焊接領(lǐng)域也有一定的研究，如焊縫邊緣檢測(cè)、焊接缺陷檢測(cè)以及熔滴短路過(guò)渡信息提取等，但它們主要都是針對(duì)信號(hào)的離線小波降噪分析，而對(duì)于焊縫跟蹤信號(hào)的實(shí)時(shí)小波降噪方法缺乏研究。本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種能有效去除焊縫跟蹤信號(hào)中干擾信號(hào)的實(shí)時(shí)電弧傳感式焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法，它為焊槍相對(duì)焊縫中心位置偏差的提取提供基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明實(shí)時(shí)焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法，包括如下順序的步驟
(I)首先，通過(guò)抗混疊濾波器對(duì)焊縫跟蹤信號(hào)進(jìn)行限頻處理，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將離散焊縫跟蹤信號(hào)傳輸給數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)；
(2 )數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)采用滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗進(jìn)行采樣，逐一更新滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗內(nèi)的數(shù)據(jù)，直到窗口內(nèi)的所有數(shù)據(jù)完全被實(shí)際離散焊縫跟蹤信號(hào)數(shù)據(jù)所取代，否則，繼續(xù)等待數(shù)據(jù)更新；
(3)利用小波分解與重構(gòu)降噪法和非線性小波域閾值降噪法相結(jié)合的降噪方法，對(duì)窗內(nèi)有限長(zhǎng)的焊縫跟蹤信號(hào)數(shù)據(jù)流進(jìn)行去噪處理；
(4)將降噪后的焊縫跟蹤信號(hào)數(shù)據(jù)流的最后一位數(shù)據(jù)作為降噪結(jié)果輸出，并移動(dòng)保存窗內(nèi)的初始信號(hào)數(shù)據(jù)；
(5)采樣更新數(shù)據(jù)窗內(nèi)的最后一位數(shù)據(jù)；
(6)重復(fù)第(3)步到第(5)步，完成焊縫跟蹤信號(hào)的實(shí)時(shí)去噪處理。具體地說(shuō)，步驟(3)所述焊縫跟蹤信號(hào)數(shù)據(jù)流的去噪處理過(guò)程具體是通過(guò)Mallat快速小波變換算法對(duì)其進(jìn)行/層小波分解，然后利用小波分解與重構(gòu)降噪法和非線性小波變換域閾值降噪法相結(jié)合的降噪方法，對(duì)各層的焊縫跟蹤信號(hào)小波系數(shù)進(jìn)行非線性處理，并通過(guò)Mallat快速小波變換算法對(duì)焊縫跟蹤信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，最后通過(guò)輸出焊縫跟蹤信號(hào)降噪處理后的最后一位數(shù)據(jù)完成焊縫跟蹤信號(hào)的實(shí)時(shí)小波降噪。本發(fā)明利用滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗實(shí)時(shí)截取焊縫跟蹤信號(hào)，采用小波分解與重構(gòu)降噪法和非線性小波域閾值降噪法的相結(jié)合降噪法對(duì)窗口內(nèi)的焊縫跟蹤信號(hào)按數(shù)據(jù)流的方式動(dòng)態(tài)去噪，把小波去噪處理后的最后一位數(shù)據(jù)作為輸出信號(hào)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在(1)采用滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗去實(shí)時(shí)地截取最新的焊縫跟蹤信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行小波分解與重構(gòu)和小波閾值相結(jié)合降噪的方法簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能滿足焊縫跟蹤系統(tǒng)的要求；(2)能根據(jù)焊縫跟蹤信號(hào)的信號(hào)特征，進(jìn)行自適應(yīng)濾波，降噪效果及實(shí)時(shí)性高。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的硬件原理連接框圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的工作流程框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。參見(jiàn)圖I和圖2，本實(shí)施例中，首先通過(guò)抗混疊濾波器對(duì)焊縫跟蹤信號(hào)進(jìn)行限頻處理，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將離散焊縫跟蹤信號(hào)即焊接電流信號(hào)傳輸給數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。接著如圖2所示，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)采集到的焊接電流信號(hào)數(shù)據(jù)量進(jìn)行判斷，看它是否滿足預(yù)設(shè)滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗口值，如果采集到的數(shù)據(jù)量小于預(yù)設(shè)置，則繼續(xù)等待采集焊接電流信號(hào)，直到數(shù)據(jù)量滿足預(yù)設(shè)滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗口值時(shí)，對(duì)其進(jìn)行首次小波分解與重構(gòu)和非線性小波域閾值的相結(jié)合降噪，并將降噪后的最后一位數(shù)據(jù)作為去噪結(jié)果輸出，接著移動(dòng)原始離散焊接電流信號(hào)數(shù)據(jù)，為接受下一個(gè)離散采樣焊接電流信號(hào)數(shù)據(jù)留出空位；由于后續(xù)的采樣，所獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)量總是滿足預(yù)設(shè)滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗口值，因此，后續(xù)每采一個(gè)樣，都會(huì)對(duì)其進(jìn)行小波分解與重構(gòu)和非線性小波域閾值的相結(jié)合去噪處理，并輸出；至此就完成了焊縫跟蹤信號(hào)的實(shí)時(shí)去噪處理。焊縫跟蹤信號(hào)數(shù)據(jù)流的去噪處理過(guò)程具體是通過(guò)Mallat快速小波變換算法對(duì)其進(jìn)行J層小波分解，然后利用小波分解與重構(gòu)降噪法和非線性小波變換域閾值降噪法相 結(jié)合的降噪方法，對(duì)各層的焊縫跟蹤信號(hào)小波系數(shù)進(jìn)行非線性處理，并通過(guò)Mallat快速小波變換算法對(duì)焊縫跟蹤信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，最后通過(guò)輸出焊縫跟蹤信號(hào)去噪處理后的最后一位數(shù)據(jù)完成焊縫跟蹤信號(hào)的實(shí)時(shí)小波去噪。焊縫跟蹤信號(hào)的小波分解深度/，使得焊縫跟蹤信號(hào)中表征焊縫位置信息的信號(hào)的歸一化頻率落在第J層的概貌信號(hào)內(nèi)，而處在第(J +1)層的細(xì)節(jié)信號(hào)內(nèi)?；瑒?dòng)固定數(shù)據(jù)窗口的大小不小于系統(tǒng)在反映焊縫位置本征信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)所能獲得的總采樣數(shù)據(jù)量，不小于滿足是2的整數(shù)次冪，且不大于系統(tǒng)在一個(gè)采樣周期內(nèi)所能處理的最大數(shù)據(jù)量。焊縫跟蹤信號(hào)小波系數(shù)的處理，是對(duì)第一、二層的焊縫跟蹤信號(hào)小波系數(shù)直接做置零處理，而對(duì)更高層次的焊縫跟蹤信號(hào)小波系數(shù)利用軟閾值濾波法進(jìn)行處理。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時(shí)焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法，其特征在于包括如下順序的步驟 首先，通過(guò)抗混疊濾波器對(duì)焊縫跟蹤信號(hào)進(jìn)行限頻處理，然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將離散焊縫跟蹤信號(hào)傳輸給數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)； 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)采用滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗進(jìn)行采樣，逐一更新滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗內(nèi)的數(shù)據(jù)，直到窗口內(nèi)的所有數(shù)據(jù)完全被實(shí)際離散焊縫跟蹤信號(hào)數(shù)據(jù)所取代，否則，繼續(xù)等待數(shù)據(jù)更新； 利用小波分解與重構(gòu)降噪法和非線性小波域閾值降噪法相結(jié)合的降噪方法，對(duì)窗內(nèi)有限長(zhǎng)的焊縫跟蹤信號(hào)數(shù)據(jù)流進(jìn)行去噪處理； 將去噪后的焊縫跟蹤信號(hào)數(shù)據(jù)流的最后一位數(shù)據(jù)作為去噪結(jié)果輸出，并移動(dòng)保存窗內(nèi)的初始信號(hào)數(shù)據(jù)； 采樣更新數(shù)據(jù)窗內(nèi)的最后一位數(shù)據(jù)； (6)重復(fù)第(3)步到第(5)步，完成焊縫跟蹤信號(hào)的實(shí)時(shí)去噪處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實(shí)時(shí)焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法，其特征在于步驟(3)所述焊縫跟蹤信號(hào)數(shù)據(jù)流的去噪處理過(guò)程具體是通過(guò)Mallat快速小波變換算法對(duì)其進(jìn)行J層小波分解，然后利用小波分解與重構(gòu)降噪法和非線性小波變換域閾值降噪法相結(jié)合的降噪方法，對(duì)各層的焊縫跟蹤信號(hào)小波系數(shù)進(jìn)行非線性處理，并通過(guò)Mallat快速小波變換算法對(duì)焊縫跟蹤信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，最后通過(guò)輸出焊縫跟蹤信號(hào)降噪處理后的最后一位數(shù)據(jù)完成焊縫跟蹤信號(hào)的實(shí)時(shí)小波去噪處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法，其特征在于所述焊縫跟蹤信號(hào)的小波分解深度J，使得焊縫跟蹤信號(hào)中表征焊縫位置信息的信號(hào)的歸一化頻率落在第J層的概貌信號(hào)內(nèi)，而處在第U +1)層的細(xì)節(jié)信號(hào)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)時(shí)焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法，其特征在于所述滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗口的大小不小于系統(tǒng)在反映焊縫位置本征信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)所能獲得的總采樣數(shù)據(jù)量，不小于滿足是2的整數(shù)次冪，且不大于系統(tǒng)在一個(gè)采樣周期內(nèi)所能處理的最大數(shù)據(jù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)時(shí)焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法，其特征在于所述焊縫跟蹤信號(hào)小波系數(shù)的處理，是對(duì)第一、二層的焊縫跟蹤信號(hào)小波系數(shù)直接做置零處理，而對(duì)更高層次的焊縫跟蹤信號(hào)小波系數(shù)利用軟閾值濾波法進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)時(shí)焊縫跟蹤信號(hào)的小波降噪方法。本發(fā)明利用一個(gè)大小固定的滑動(dòng)數(shù)據(jù)窗，實(shí)時(shí)地截取焊縫跟蹤信號(hào)的最新一段數(shù)據(jù)，利用小波變換具有的多分辨率分析特性，將焊縫跟蹤信號(hào)中反映焊縫位置信息的本征信號(hào)與其它干擾信號(hào)分解到不同的頻段，并對(duì)干擾信號(hào)所處的頻段進(jìn)行置零或者閾值處理，然后通過(guò)小波逆變換得到去噪后的焊縫跟蹤信號(hào)，最后通過(guò)輸出去噪后焊縫跟蹤信號(hào)的最后一個(gè)數(shù)據(jù)，完成焊縫跟蹤信號(hào)的實(shí)時(shí)小波降噪。本發(fā)明采用滑動(dòng)固定數(shù)據(jù)窗實(shí)時(shí)地截取最新的電弧傳感信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行小波閾值降噪的方法簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，滿足焊縫跟蹤系統(tǒng)的要求；能根據(jù)電弧傳感信號(hào)的信號(hào)特征，進(jìn)行自適應(yīng)濾波，降噪效果及實(shí)時(shí)性好。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102682200SQ20121013046
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者向小明, 楊學(xué)道, 洪宇翔, 洪波, 祝團(tuán)結(jié) 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)