一种焊接过程稳态电流计算方法与流程

1.本发明属于智慧焊接技术领域，特别涉及一种焊接过程稳态电流计算方法。


背景技术：

2.工业焊接过程中，随着机器人焊接的大规模应用，传统焊接作业正朝着规模化、规范化方向发展。大批量焊接产品的生产离不开规范的焊接作业流程。针对不同工艺，需要制订相应的焊接工艺规程（wps）。实际焊接过程中，wps的执行情况直接关系着焊接作业的规范和最终产品的质量，是焊接作业必须遵循的依据。
3.机器人焊接过程中，由于频繁的起弧熄弧、以及大量的点焊场景，如果只是基于电流传感器简单捕捉每道工艺执行时的电流值并进行平均，势必会受到其中过低电流值的影响，造成计算的整体电流有效值偏低的情况，杜宇判断实际焊接焊缝时电流是否满足wps是不准确的。因此需要提供一种方法，去除起弧、熄弧及点焊情况下对电流有效值的影响，进而计算每道工艺真正平稳时的电流有效值，作为评估电流质量的依据。


技术实现要素：

4.发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种焊接过程稳态电流计算方法，在捕捉多个焊接动作的基础上，剔除连续点焊、起弧、熄弧时电流突变的情况，只计算电流平稳段的均值作为判断依据，进而提供更加准确的电流有效值，作为评估焊接电流质量的标准。
5.技术方案：一种焊接过程稳态电流计算方法，包括以下步骤：步骤s1、基于电流传感器实时采集焊机运行过程中的电流数据，捕捉每次焊接动作的开始电流点和结束电流点；步骤s2、过滤独立点焊和连续点焊情况，筛选长焊缝，并计算长焊缝的电流平稳值；步骤s3、将步骤s2中获取的长焊缝的电流平稳值进行聚类，基于聚类结果计算预设时间段内的电流均值；步骤s4、将每一类聚类结果的电流均值与焊接工艺规程wps中的电流范围进行比较，判断电流质量。
6.进一步地，所述步骤s1中捕捉焊接过程的开始电流点和结束电流点方法包括：步骤s1.1、提取所有电流大于阈值th1的电流点序列，剔除电流序列中的非起弧点及其他干扰点；步骤s1.2、将电流点序列中第一个电流点作为焊接动作的起始点，遍历剩余电流点序列，当前后两个电流点间存在空白电流点时，则认为当前焊接动作到此结束；将前一个电流点作为上一个焊接动作的结束点，后一个电流点则作为下一个焊接动作起始点；步骤s1.3、重复上述步骤，获得代表若干焊接动作的多个电流区间。
7.进一步地，所述步骤s2中筛选长焊缝方法包括：
步骤s2.1、遍历每个焊接动作区间，设置焊缝长度的预设阈值th2；提取焊缝长度大于th2的焊接动作区间，计算所述焊缝内所有电流点的一阶差分值，当一阶差分值小于预设阈值th3时，则代表所述焊缝相对平稳，保留对应的两个电流值；步骤s2.2、判断保留下的平稳段电流点个数；当平稳段电流点个数大于预设阈值th4时，则代表所述焊缝为平稳长焊缝，保留所有电流点；否则代表所述焊缝为点焊焊缝；步骤s2.3、将最终提取的平稳长焊缝去除异常值后，计算电流均值，即为电流平稳值。
8.进一步地，所述步骤s3中聚类方法如下：步骤s3.1、采用dbscan方法对各段焊缝的电流均值进行密度聚类；当焊缝电流点个数小于20时，直接计算焊缝电流均值的均值，不进行聚类；当焊缝电流点个数m满足20≤m≤120时，设置min_samples=15；当电流点个数120＜m＜250时，设置min_samples=20；当电流点个数m≥250时，设置min_samples=30；设置参数eps=5，进行聚类；步骤s3.2、当聚类标签全部为-1时，代表所有电流均值均无法进行聚为一类；此时通过箱型图法将所有电流均值进行异常值过滤，并计算均值，作为电流质量判断依据；当聚类标签不全为-1时，则剔除标签为-1的电流均值，对其余聚类结果按类计算电流均值的均值，当每类对应的均值结果低于预设阈值th5时，代表该类电流均值处于明显低位，不属于正常焊接电流。
9.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）本发明提供的焊接过程稳态电流计算方法，通过对实际焊接时的电流情况进行分析并过滤独立点焊和连续点焊情况，将筛选出的长焊缝作为稳态电流的计算依据，相比于传统捕捉电流并计算均值的方法而言对电流质量的判断更加精准，可以有效解决传统方法计算有效值偏低的情况。
10.（2）本发明通过筛选平稳长焊缝并计算其电流平稳值进而聚类，基于该聚类结果进一步计算一段时间内的店里平均值，以每类聚类结果的电流均值作为电流质量的判断依据，与焊接工艺规程中的电流范围进行比较，可以有效判断当前焊接电流是否满足wps要求，为判断焊接电流是否超限提供了直接依据。
附图说明
11.图1为本发明提供的焊接稳态电流计算方法流程图；图2为本发明实施例1中提供的存在连续点焊情况下焊接电流情况图；图3为本发明实施例1中采用传统方法计算出的电流有效值情况图；图4为本发明实施例1中采用本发明提供的方法获取的聚类结果图；图5位本发明实施例2中提供的实际焊接电流情况图；图6为本发明实施例2中采用传统方法计算出的电流有效值情况图；图7为本发明实施例2中采用本发明提供的方法获取的聚类结果图。
实施方式
12.下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
13.本发明提供了一种焊接过程稳态电流计算方法，具体步骤如图1所示：
步骤s1、通过电流传感器实时采集焊机运行过程中的电流数据，并判断每次焊接过程的开始电流点和结束电流点。
14.首先提取所有电流大于阈值th1的电流点序列，剔除电流序列中的非起弧点及其他干扰点。本实施例中th1=5a，判定所有电流值不大于5a的点均为非起弧点，进行剔除。接着将电流点序列中第一个电流点作为焊接动作的起始点，遍历剩余电流点序列，当前后两个电流点间存在空白电流点（即存在被剔除的电流点），则认为当前焊接动作到此结束，将前一个电流点作为上一个焊接动作的结束点，后一个电流点则作为下一个焊接动作起始点。重复上述操作，则可以获得代表若干焊接动作的多个电流区间。
15.步骤s2、过滤独立点焊和连续点焊，保留平稳长焊缝，并计算电流平稳值。
16.遍历每个焊接动作区间，设置焊缝长度的预设阈值th2。提取焊缝长度大于th2的焊接动作区间，计算该段焊缝内所有电流点的一阶差分值，当一阶差分值小于预设阈值th3时，则代表该段焊缝相对平稳，保留对应的两个电流值。本实施例中设置th2=5，即当一段焊缝内包含超过5个电流点时，则认为该焊缝为长焊缝。设置th3=10，计算相邻两个电流值的一阶差分，可以判断是否发生电流突变，筛选平稳段电流点。
17.进一步判断保留下的平稳段电流点个数，当平稳段电流点个数大于预设阈值th4时，则代表该段焊缝为平稳长焊缝，保留所有电流点，否则代表该段焊缝为点焊焊缝。将最终提取的平稳段长焊缝电流点去除异常值后，计算电流均值。
18.步骤s3、将步骤s2中获取的各段焊缝的电流均值进行聚类，基于聚类结果进一步计算该段时间内的电流平均值。
19.本实施例中采用dbscan方法对各段焊缝的电流均值进行密度聚类。设置参数eps=5。当电流点个数小于20时，直接计算所有焊缝电流均值的均值，不再进行聚类。当电流点个数20≤m≤120时，设置min_samples=15；当电流点个数120＜m＜250时，设置min_samples=20；当电流点个数m≥250时，设置min_samples=30。基于上述设置进行密度聚类，获得以下结果：当聚类标签全部为-1时，代表所有电流均值均无法进行聚为一类；此时通过箱型图法将所有电流均值进行异常值过滤，并计算均值，作为电流质量判断依据。
20.当聚类标签不全为-1时，则剔除标签为-1的电流均值，对其余聚类结果按类计算电流均值的均值，当每类对应的均值结果低于预设阈值th5时，代表该类电流均值处于明显低位，不属于正常焊接电流。本实施例中th5设置为50a。最终保留每类电流均值集合的均值，作为电流质量判断依据。
21.步骤s4、将每种聚类结果的电流均值与焊接工艺规程wps中的电流范围进行比较，判断平均电流是否位于合理wps范围内。
22.上述聚类结果中每一类计算出的电流均值的均值即代表一道工艺的平均电流，该工艺中每一个电流均值点即为一个长焊缝的平稳电流值。由此可以对比焊接工艺规程wps，进行电流质量判断依据。
23.在实际机器人焊接过程中，当某道工艺中存在多次连续点焊时，每秒采集的电流值中存在很多过低电流，整体计算电流有效值时就会导致有效值偏低，原本正常范围内的焊接电流值通过计算整体有效值反而会存在电流质量较低的误判过程。基于本发明提供的计算方法可以有效解决上述电流有效值判断不准的问题。下面提供两份具体实施例进行验
证。
实施例1
24.如图2所示，存在连续点焊情况，取电流大于5a的电流点，取均值作为电流有效值，如图3所示，计算结果为35a，基于本发明的聚类方法计算结果如图4所示，聚类结果包括30a和70a，其中30a为明显不合理电流，舍弃，则该段时间内的电流有效值应当为70a。
实施例2
25.如图5所示，直接取上述电流大于5a的电流点计算均值，结果如图6所示，为101.7a，基于本发明的聚类方法计算结果如图7所示，聚类结果为146.82a。可以明显看出，本发明提供的聚类结果更加符合实际焊接情况。计算出的焊接电流有效值更有价值，可以作为电流质量检测的依据。
26.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。

技术特征：
1.一种焊接过程稳态电流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、基于电流传感器实时采集焊机运行过程中的电流数据，捕捉每次焊接动作的开始电流点和结束电流点；步骤s2、过滤独立点焊和连续点焊情况，筛选长焊缝，并计算长焊缝的电流平稳值；步骤s3、将步骤s2中获取的长焊缝的电流平稳值进行聚类，基于聚类结果计算预设时间段内的电流均值；步骤s4、将每一类聚类结果的电流均值与焊接工艺规程wps中的电流范围进行比较，判断电流质量。2.根据权利要求1所述的一种焊接过程稳态电流计算方法，其特征在于，所述步骤s1中捕捉焊接过程的开始电流点和结束电流点方法包括：步骤s1.1、提取所有电流大于阈值th1的电流点序列，剔除电流序列中的非起弧点及其他干扰点；步骤s1.2、将电流点序列中第一个电流点作为焊接动作的起始点，遍历剩余电流点序列，当前后两个电流点间存在空白电流点时，则认为当前焊接动作到此结束；将前一个电流点作为上一个焊接动作的结束点，后一个电流点则作为下一个焊接动作起始点；步骤s1.3、重复上述步骤，获得代表若干焊接动作的多个电流区间。3.根据权利要求1所述的一种焊接过程稳态电流计算方法，其特征在于，所述步骤s2中筛选长焊缝方法包括：步骤s2.1、遍历每个焊接动作区间，设置焊缝长度的预设阈值th2；提取焊缝长度大于th2的焊接动作区间，计算所述焊缝内所有电流点的一阶差分值，当一阶差分值小于预设阈值th3时，则代表所述焊缝相对平稳，保留对应的两个电流值；步骤s2.2、判断保留下的平稳段电流点个数；当平稳段电流点个数大于预设阈值th4时，则代表所述焊缝为平稳长焊缝，保留所有电流点；否则代表所述焊缝为点焊焊缝；步骤s2.3、将最终提取的平稳长焊缝去除异常值后，计算电流均值，即为电流平稳值。4.根据权利要求1所述的一种焊接过程稳态电流计算方法，其特征在于，所述步骤s3中聚类方法如下：步骤s3.1、采用dbscan方法对各段焊缝的电流均值进行密度聚类；当焊缝电流点个数小于20时，直接计算焊缝电流均值的均值，不进行聚类；当焊缝电流点个数m满足20≤m≤120时，设置min_samples=15；当电流点个数120＜m＜250时，设置min_samples=20；当电流点个数m≥250时，设置min_samples=30；设置参数eps=5，进行聚类；步骤s3.2、当聚类标签全部为-1时，代表所有电流均值均无法进行聚为一类；此时通过箱型图法将所有电流均值进行异常值过滤，并计算均值，作为电流质量判断依据；当聚类标签不全为-1时，则剔除标签为-1的电流均值，对其余聚类结果按类计算电流均值的均值，当每类对应的均值结果低于预设阈值th5时，代表该类电流均值处于明显低位，不属于正常焊接电流。

技术总结
本发明公开了一种焊接过程稳态电流计算方法，首先基于电流传感器实时采集焊机运行过程中的电流数据，捕捉每次焊接动作的开始电流点和结束电流点；接着过滤独立点焊和连续点焊情况，筛选长焊缝，并计算长焊缝的电流平稳值；基于获取的长焊缝的电流平稳值进行聚类，基于聚类结果计算该段时间内的电流均值；最后将每一类聚类结果的电流均值与焊接工艺规程WPS中的电流范围进行比较，判断电流质量；本发明提供的方法过滤了一般焊接中的点焊情况，及起弧熄弧时电流不稳定的情况，相比于传统稳态电流计算更加精准，更能反映实际焊接时的电流状态，为WPS的对比提供更精准的比较依据。为WPS的对比提供更精准的比较依据。为WPS的对比提供更精准的比较依据。


技术研发人员：李波 田慧云
受保护的技术使用者：苏芯物联技术（南京）有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/7/22