CN116214009B - 一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法，首先实时采集焊接过程中的电流和保护气体流速数据，基于电流数据提取焊接动作起始点；接着进行焊接状态识别，判断当前焊缝类型；当焊缝类型为独立点焊缝时，提取点焊缝的焊接动作终止点，并基于焊接电流和气体流速的匹配关系进行匹配，当连续若干个点焊缝的电流与气体流速平肩部值均不匹配时，则进行气流控制；当焊缝类型为长焊缝时，对所有电流点进行密度聚类，并基于聚类结果计算电流均值作为电流平肩部值；同时计算气流平肩部值并进行匹配，当不满足匹配关系时则进行气流控制；本发明可以实现不同焊接状态的精准识别及精细化气流控制效果，解决气流不匹配可能导致的气体浪费问题。
Description
技术领域
本发明属于智慧焊接技术领域，特别涉及一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法。
背景技术
工业焊接过程中，无论是手工焊接还是大型机器人焊接现场，都广泛使用各种焊接保护气，实际在设置焊接保护气流速时，往往由技术人员根据以往经验进行人工设置调整，这种人工设置方法不可避免地会造成保护气的浪费，无形中增加了制造业企业的生产成本，同样也会增加企业碳排放，不符合节能减排的绿色发展理念。因此寻求更加精细化的焊接保护气体流速控制方法，可以有效实现企业成本节省、节能节碳的生产目标。
此外，不同焊接状态下需要进行气流控制的时机也不同，针对短而密集的点焊缝，频繁调整保护气体流速是不可取的，而针对稳定的长焊缝，则需要尽可能快地识别出是否需要进行气流控制，并尽快进行气流控制。因此针对不同焊接状态进行识别并有针对性地给出控制策略是亟需解决的问题。
发明内容
发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法，采集焊接过程中的高频电流数据和保护气流速数据，首先判断当前焊接状态，识别当前焊缝类型，分别针对独立点焊缝和长焊缝提供气流控制策略，给出气流控制时机。
技术方案：一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、实时采集焊接过程中的电流和保护气体流速数据，提取每次焊接动作的起始点；分别设置用于寄存实时电流信息的列表current_list、用于寄存保护气流速信息的列表gasspeed_list，接收传感器测量的数据并传入current_list和gasspeed_list；
提取current_list中焊接动作起始点start_index，同步提取对应gasspeed_list中start_index对应的气体流速点，舍弃current_list和gasspeed_list中start_index前的电流点和气体流速点；
步骤S2、设定点焊判断阈值th_point及判断滑动窗ws，用于判断当前焊接状态，其中判断滑动窗ws大于点焊判断阈值th_point；
current_list不断接收电流点，当current_list中接收的电流点数大于th_point时，寻找到焊缝终止时的电流点，当焊缝终止时电流点的总个数小于判断滑动窗ws时，判断该焊缝为独立点焊缝；当current_list中接收的电流点数大于等于ws时，则判断该焊缝为长焊缝；
步骤S3、基于焊接过程中电流和气体流速的匹配关系，当发生独立点焊时，计算每个独立点焊缝的电流平肩部值current_shoulder和气流平肩部值gasspeed_shoulder并判断匹配关系，当连续若干个独立点焊缝中current_shoulder和gasspeed_shoulder均不匹配时，则判断焊接电流与气体流速不匹配，进行气体流速控制；
步骤S4、当发生长焊缝时，对current_list中所有电流点进行密度聚类；将聚为一类的电流点计算电流均值，作为current_shoulder；计算gasspeed_shoulder并基于焊接过程中电流和气体流速的匹配关系进行匹配；当current_shoulder与gasspeed_shoulder不匹配时，则进行气体流速控制。
进一步地，步骤S1中提取每次焊接动作的起始点具体步骤如下：
以电流数据为判断标准，首先判断current_list中接收的电流点数是否等于预设阈值th1，当电流点数等于th1时，判断current_list中最大电流值是否超过预设阈值th2；当最大电流值不超过th2时，代表无焊接电流，舍弃current_list中现有电流值以及gasspeed_list中的保护气流速值，继续接收新的电流和保护气流速；当最大电流值超过th2时，代表存在有效焊接电流，进一步判断：当前current_list中第一个值小于th2且最大电流值后所有的电流均大于th2时，则提取第一个大于th2的电流点作为焊接动作的起始点start_index，gasspeed_list中同一位置气体流速点也作为气体流速起始点；分别舍弃掉current_list和gasspeed_list中start_index之前的电流值和保护气流速值。
进一步地，所述步骤S2中寻找焊缝终止时的电流点方法包括：
判断current_list中最后两个电流点是否均小于预设阈值th2，若判断成立，则提取最后一个大于th2的电流点为焊接动作的终止点end_index，分别舍弃掉current_list和gasspeed_list中end_index之后的电流值和保护气流速值。
进一步地，所述步骤S3中计算每个独立点焊缝的电流平肩部值current_shoulder和气流平肩部值gasspeed_shoulder具体方法包括：
步骤S3.1、根据步骤S1-S2中所述方法寻找点焊缝起始点和终止点，确定独立点焊缝的焊接动作区间；
步骤S3.2、计算焊接动作区间中相邻两个电流点的一阶差分值；遍历一阶差分值，当一阶差分值小于预设阈值th3时，则提取该一阶差分值对应的两个电流点，最终获得第一次去除异常后的电流点集合；接着通过箱型图法对剩余电流点集合进行二次处理，进一步去除异常电流点；对最终剩余的所有电流点取均值，即为电流平肩部值current_shoulder；
以同样的方法计算gasspeed_list中相邻两个气流点的一阶差分值；遍历一阶差分值，当一阶差分值小于预设阈值th4时，则提取该一阶差分值对应的两个气流点；进一步通过箱型图法去除异常气流点；对最终剩余的所有气流点取均值，记为气流平肩部值gasspeed_shoulder。
步骤S3.3、基于焊接电流和气体流速的匹配关系，判断焊接动作区间中current_shoulder和gasspeed_shoulder是否满足匹配关系；设置报警阈值warning_count，当current_shoulder和gasspeed_shoulder不匹配时，warning_count开始计数；
每检测到一个电流终止点时，重复上述步骤S3.1-S3.3，之后清空current_list、gasspeed_list、current_shoulder和gasspeed_shoulder，开始下一段检测，直至warning_count累计超过预设阈值th5，此时判断焊接电流与气体流速不匹配，需要进行气体流速控制。
进一步地，所述步骤S4中具体判断方法如下：
步骤S4.1、采用dbscan算法对当前current_list中所有电流点进行密度聚类；通过设置相关参数min_samples和eps，使当前聚类结果最多可以聚为一类；当current_list中电流点可以聚为一类时，将该类所有电流点计算电流均值，作为current_shoulder，同时基于步骤S3中方法计算gasspeed_shoulder，并基于焊接电流和气体流速的匹配关系进行判断；当current_shoulder与gasspeed_shoulder匹配时，则无需进行气流控制，否则即需要控制气体流速；
步骤S4.2、当上述dbscan聚类结果中所有电流点均无法聚成一类时，同时剔除current_list和gasspeed_list中第一个值，并接收一个新值，重复步骤S4.1；
步骤S4.3、基于步骤S2中所述方法检测电流终止点；当找到电流终止点时，清空current_list、 gasspeed_list、current_shoulder和gasspeed_shoulder，代表本段焊缝结束，进入下一段焊缝的识别。
本发明采用的技术方案与现有技术方案相比，具有以下有益效果：
（1）通过采集焊接过程中的高频电流数据和保护气流速数据，基于此进行焊接状态识别，将传统焊缝区分为独立点焊缝和长焊缝，可以有针对性地提出气体流速控制策略，更加精细。
（2）针对独立点焊缝，本发明采取连续判断多个焊缝匹配情况的方法，避免频繁进行气流控制的问题。针对长焊缝，本发明则采用聚类方法计算电流和气流平肩部值，以此进行匹配，可以有效实现在较短时间内发现气流不匹配的问题，并尽快进行气流控制，解决气流不匹配可能导致的气体浪费、产品焊接质量瑕疵等问题。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的气体流速控制方法流程图。
实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。如图1所示，本发明提供了一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法，
步骤S1、实时采集焊接过程中的电流和保护气体流速数据，提取每次焊接动作的起始点；具体步骤如下：
步骤S1.1、分别设置用于寄存实时电流信息的列表current_list、用于寄存保护气流速信息的列表gasspeed_list，接收传感器测量的数据并传入current_list和gasspeed_list；设置电流平肩部值current_shoulder、气体流速平肩部值gasspeed_shoulder，初始current_shoulder和 gasspeed_shoulder为空值；
步骤S1.2、提取列表中代表焊接动作的起始点；本实施例中以电流数据为判断标准，具体判断方法如下：
首先判断current_list中接收的电流点数是否等于预设阈值th1，实施例中th1=4，当电流点数等于th1时，判断current_list中最大电流值是否超过预设阈值th2，实施例中th2=5A，当最大电流值不超过th2时，代表无焊接电流，舍弃current_list中现有电流值以及gasspeed_list中的保护气流速值，继续接收新的电流和保护气流速；当最大电流值超过th2时，代表存在有效焊接电流，进一步判断：当前current_list中第一个值小于th2且最大电流值后所有的电流均大于th2时，则提取第一个大于th2的电流点作为焊接动作的起始点start_index，gasspeed_list中同一位置气体流速点也作为气体流速起始点。分别舍弃掉current_list和gasspeed_list中start_index之前的电流值和保护气流速值。
步骤S2、设定点焊判断阈值th_point及判断滑动窗ws，用于判断当前焊接状态。其中判断滑动窗ws大于点焊判断阈值th_point。具体地，
current_list不断接收电流点，当current_list中接收的电流点数大于th_point时，寻找到焊缝终止时的电流点，当焊缝终止时电流点的总个数小于判断滑动窗ws时，判断该焊缝为独立点焊缝。当current_list中接收的电流点数大于等于ws时，则判断该焊缝为长焊缝。本实施例中设置ws=7。
上述寻找独立点焊缝的终止点方法具体如下：
判断current_list中最后两个电流点是否均小于预设阈值th2，若判断成立，则提取最后一个大于th2的电流点为焊接动作的终止点end_index，分别舍弃掉current_list和gasspeed_list中end_index之后的电流值和保护气流速值。
由于独立点焊缝焊接时间较短，判断气流控制的方法与连续长焊缝存在本质区别，因此本发明首先进行焊接状态识别，在此基础上，针对不同焊接方式提供不同的保护气流速控制策略。
步骤S3、针对独立点焊状态，提供如下气流控制策略：
步骤S3.1、根据步骤S1-S2中寻找到的点焊起始点和终止点，确定独立点焊缝的焊接动作区间。
步骤S3.2、计算焊接动作区间中相邻两个电流点的一阶差分值。遍历一阶差分值，当一阶差分值小于预设阈值th3时，则提取该一阶差分值对应的两个电流点，最终获得第一次去除异常后的电流点集合。本实施例中th3=10A。这一步目的在于去除电流点中波动明显的点。接着通过箱型图法对剩余电流点集合进行二次处理，进一步去除异常电流点。对最终剩余的所有电流点取均值，即为current_shoulder。
以同样的方法计算gasspeed_list中相邻两个气流点的一阶差分值。遍历一阶差分值，当一阶差分值小于预设阈值th4时，则提取该一阶差分值对应的两个气流点。本实施例中th4=1。进一步通过箱型图法去除异常气流点。对最终剩余的所有气流点取均值，记为gasspeed_shoulder。
步骤S3.3、基于焊接电流和气体流速的匹配关系，判断焊接动作区间中current_shoulder和gasspeed_shoulder是否满足匹配关系；设置报警阈值warning_count，当current_shoulder和gasspeed_shoulder不匹配时，warning_count开始计数。
每检测到一个电流终止点时，重复上述步骤S3.1-S3.3，之后清空current_list、gasspeed_list、current_shoulder和gasspeed_shoulder，开始下一段检测，直至warning_count累计超过预设阈值th5，此时判断焊接电流与气体流速不匹配，需要进行气体流速控制。本实施例中th5=3。
步骤S4、针对连续长焊缝状态，提供如下气流控制策略：
步骤S4.1、当current_list中接收的电流点数大于等于ws时，对当前current_list中所有电流点进行密度聚类。本实施例中采用dbscan算法进行聚类，目的在于提取平稳阶段的焊接电流点。通过设置相关参数min_samples和eps，实施例中eps=10，min_samples=4，即设定每7个电流点中至少4个聚成一类，因此聚类标签只有-1和0两种情况，其中标签为-1则代表未成功聚类，标签为0则代表聚成一类。将所有类别为0的电流点计算电流均值，作为current_shoulder。同时将gasspeed_list中所有气体流速点按照步骤S3.2所述方法计算gasspeed_shoulder。基于焊接电流和气体流速的匹配关系，判断焊接动作区间中current_shoulder和gasspeed_shoulder是否满足匹配关系。当current_shoulder与gasspeed_shoulder匹配时，则无需进行气流控制，否则即需要控制气体流速。
步骤S4.2、当上述dbscan聚类结果中所有电流点均无法聚成一类时，同时剔除current_list和gasspeed_list中第一个值，并接收一个新值，重复上述控制策略。
步骤S4.3、基于步骤S2中所述方法检测电流终止点。当找到电流终止点时，清空current_list、 gasspeed_list、current_shoulder和gasspeed_shoulder。代表本段焊缝结束，进入下一段焊缝的识别。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、实时采集焊接过程中的电流和保护气体流速数据，提取每次焊接动作的起始点；分别设置用于寄存实时电流信息的列表current_list、用于寄存保护气流速信息的列表gasspeed_list，接收传感器测量的数据并传入current_list和gasspeed_list；
提取current_list中焊接动作起始点start_index，同步提取对应gasspeed_list中start_index对应的气体流速点，舍弃current_list和gasspeed_list中start_index前的电流点和气体流速点；
步骤S2、设定点焊判断阈值th_point及判断滑动窗ws，用于判断当前焊接状态，其中判断滑动窗ws大于点焊判断阈值th_point；
current_list不断接收电流点，当current_list中接收的电流点数大于th_point时，寻找到焊缝终止时的电流点，当焊缝终止时电流点的总个数小于判断滑动窗ws时，判断该焊缝为独立点焊缝；当current_list中接收的电流点数大于等于ws时，则判断该焊缝为长焊缝；
步骤S3、基于焊接过程中电流和气体流速的匹配关系，当发生独立点焊时，计算每个独立点焊缝的电流平肩部值current_shoulder和气流平肩部值gasspeed_shoulder并判断匹配关系，当连续若干个独立点焊缝中current_shoulder和gasspeed_shoulder均不匹配时，则判断焊接电流与气体流速不匹配，进行气体流速控制；
步骤S4、当发生长焊缝时，对current_list中所有电流点进行密度聚类；将聚为一类的电流点计算电流均值，作为current_shoulder；计算gasspeed_shoulder并基于焊接过程中电流和气体流速的匹配关系进行匹配；当current_shoulder与gasspeed_shoulder不匹配时，则进行气体流速控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法，其特征在于，步骤S1中提取每次焊接动作的起始点具体步骤如下：
以电流数据为判断标准，首先判断current_list中接收的电流点数是否等于预设阈值th1，当电流点数等于th1时，判断current_list中最大电流值是否超过预设阈值th2；当最大电流值不超过th2时，代表无焊接电流，舍弃current_list中现有电流值以及gasspeed_list中的保护气流速值，继续接收新的电流和保护气流速；当最大电流值超过th2时，代表存在有效焊接电流，进一步判断：当前current_list中第一个值小于th2且最大电流值后所有的电流均大于th2时，则提取第一个大于th2的电流点作为焊接动作的起始点start_index，gasspeed_list中同一位置气体流速点也作为气体流速起始点；分别舍弃掉current_list和gasspeed_list中start_index之前的电流值和保护气流速值。
3.根据权利要求1所述的一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法，其特征在于，所述步骤S2中寻找焊缝终止时的电流点方法包括：
判断current_list中最后两个电流点是否均小于预设阈值th2，若判断成立，则提取最后一个大于th2的电流点为焊接动作的终止点end_index，分别舍弃掉current_list和gasspeed_list中end_index之后的电流值和保护气流速值。
4.根据权利要求1所述的一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法，其特征在于，所述步骤S3中计算每个独立点焊缝的电流平肩部值current_shoulder和气流平肩部值gasspeed_shoulder具体方法包括：
步骤S3.1、根据步骤S1-S2中所述方法寻找点焊缝起始点和终止点，确定独立点焊缝的焊接动作区间；
步骤S3.2、计算焊接动作区间中相邻两个电流点的一阶差分值；遍历一阶差分值，当一阶差分值小于预设阈值th3时，则提取该一阶差分值对应的两个电流点，最终获得第一次去除异常后的电流点集合；接着通过箱型图法对剩余电流点集合进行二次处理，进一步去除异常电流点；对最终剩余的所有电流点取均值，即为电流平肩部值current_shoulder；
以同样的方法计算gasspeed_list中相邻两个气流点的一阶差分值；遍历一阶差分值，当一阶差分值小于预设阈值th4时，则提取该一阶差分值对应的两个气流点；进一步通过箱型图法去除异常气流点；对最终剩余的所有气流点取均值，记为气流平肩部值gasspeed_shoulder；
步骤S3.3、基于焊接电流和气体流速的匹配关系，判断焊接动作区间中current_shoulder和gasspeed_shoulder是否满足匹配关系；设置报警阈值warning_count，当current_shoulder和gasspeed_shoulder不匹配时，warning_count开始计数；
每检测到一个电流终止点时，重复上述步骤S3.1-S3.3，之后清空current_list、gasspeed_list、current_shoulder和gasspeed_shoulder，开始下一段检测，直至warning_count累计超过预设阈值th5，此时判断焊接电流与气体流速不匹配，需要进行气体流速控制。
5.根据权利要求1所述的一种基于焊接状态识别的气体流速控制方法，其特征在于，所述步骤S4中具体判断方法如下：
步骤S4.1、采用dbscan算法对当前current_list中所有电流点进行密度聚类；通过设置相关参数min_samples和eps，使当前聚类结果最多可以聚为一类；当current_list中电流点可以聚为一类时，将该类所有电流点计算电流均值，作为current_shoulder，同时基于步骤S3中方法计算gasspeed_shoulder，并基于焊接电流和气体流速的匹配关系进行判断；当current_shoulder与gasspeed_shoulder匹配时，则无需进行气流控制，否则即需要控制气体流速；
步骤S4.2、当上述dbscan聚类结果中所有电流点均无法聚成一类时，同时剔除current_list和gasspeed_list中第一个值，并接收一个新值，重复步骤S4.1；
步骤S4.3、基于步骤S2中所述方法检测电流终止点；当找到电流终止点时，清空current_list、 gasspeed_list、current_shoulder和gasspeed_shoulder，代表本段焊缝结束，进入下一段焊缝的识别。
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