具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1所示，一种短路过渡焊接的稳定性检测方法，包括将焊机置于焊接工位，焊接工位可以是焊接机器人或者焊工，进行短路过渡焊接时，启动对焊接过程的电压和电流的同步采集。将采集的数据发送到工控机进行存储和数据处理。若数据存在干扰信号或者杂波，则需要采用滑动均值滤波法等滤波方法先对波形进行过滤处理；工控机上的数据分析模块包括短路时间燃弧时间计算模块，微观波形特征提取模块和结果计算模块，微观波形特征提取模块包括斜率计算模块，峰值计算模块，焦耳热计算模块和二次开关时间动作模块。

数据分析模块执行以下步骤：

对电流电压的采样频率设置成25K/s，本文中不对采样频率做特殊规定，以下步骤是在采样频率25K/s基础上设置的，若采样频率发生改变，部分参数的选择也要做相应调整。

选择采样阈值时，方法是确定焊接短路过程的电压阈值，即程序判断电压低于阈值时判断焊接进入短路状态，一般短路电压都在0V～15V之间，故阈值的选择这个区间的数值。本发明的短路最高电压普遍在5V附近，即阈值可选择5V～15V之间的数，故本发明选择8V作为短路判断的阈值。第一斜率临界值和第二斜率的临界值选择的目的是确定电压下降点(短路开始点、燃弧结束点)，和电压上升点(短路结束点、燃弧结束点)，通过波形图可以看出，电压下降和上升的速率普遍大于5V/n，故临界斜率数值选择小于5V/n即可，由于波形可能会出现一些异常值，比如电压缓慢下降或者上升的过程，第一斜率临界值和第二斜率的临界值选择太小，对条件的判断容忍度太大，那么上述所说的异常变化也会被统计进去，故临界斜率的选择不得太小，选择1～5V/n范围内的值比较合适。本案选择2V/n。

根据电压判定燃弧区间和短路区间，依据是采样阈值和曲线斜率；低于8V的电压区间记为短路区间，高于8V的电压区间记为燃弧区间。短路开始点的判断方法是依次读取数据点，当数据点的电压低于阈值8V时，计算该点斜率是否低于第一斜率临界值，设定的斜率临界值为-2V/n，若两者条件都满足，那么记录该点为短路开始点；当数据点的幅值电压高于8V，且电压上升斜率大于第二斜率临界值(+2V/n)，那么记录该点为短路结束位置。同样的方法可以找到燃弧的开始和结束点：燃弧的斜率临界值与阈值和上述短路设置的大小一致，不同的就是燃弧开始点的斜率必须大于+2V/n，燃弧结束点的斜率必须小于-2V/n。相邻两次短路开始点之间的区域就是一次短路周期的曲线区间，找到了一个周期即可以对每一个周期的波形特征进行后续的特征提取，如图2、图3和图4所示。

对一个周期的电流的波形特征进行提取挖掘，如图5所示，如采用分析模块内置的signal.find_peaks函数对短路峰值电流1，燃弧峰值电流2，以及二次开关关断电流最低点3的值进行寻取。选择短路峰值电流值1/2的电流点作为短路电流第一段斜率4的计算点。短路峰值位置前三个点作为短路电流第二斜率5的计算点。燃弧峰值电流位置后三个点作为燃弧电流下降斜率6计算点。在二次开关关断电流最低点3之后且短路峰值电流值1/2的电流点作为燃弧电流上升斜率7计算点。短路电流拐点位置8的计算是截取短路电流第一段斜率4的计算点到短路峰值电流1位置之间的区域，如图6所示，对该区域进行求解二次导，再用signal.find_peaks函数找到波谷最低点，该点坐标即是拐点位置8的横坐标值如图7所示，即可求出拐点位置8电流值大小。二次开持续关断时间9的计算可采用燃弧峰值电流2的横坐标减短路峰值电流1的横坐标即可求得。

为了防止缩颈爆断，目前部分焊机加了二次开关，在即将缩颈完成时提前关断电流，使缩颈处的液桥能量降低减少液桥电磁爆断的概率(即二次开关关断电流最低点3是人为控制出来的)。由于该控制很重要，故对该控制的提前关断时间进行了抓取。如图8所示，提前关断时间为短路峰值电流到达短路结束点位置(电压迅速上升位置)的时间t，该时间t即为提前关断时间，即t＝短路结束时间横坐标-短路电流峰值横坐标；

燃弧过程是焊接热输入主要的供应阶段，它决定了焊接过程的冶金过程以及热循环，热扩散等物理量，对电弧燃烧形态，焊件热量的连续性有很大关联，所以该热输入值的稳定性也很重要，故对燃弧过程的焦耳热进行计算，公式为：

W＝I_{燃弧平均电流}×U_{燃弧平均电压}×t_燃弧时间

通过把焊接每一次过渡周期单独提取出来，并对每一个周期波形的特征进行计算，并将计算出来的各个特征数值放入相应的数组进行保存，即可对一次焊接过程所有短路周期的特征值进行统一处理。

保存好的特征数组包括：短路峰值电流数组、燃弧峰值电流数组、二次开关关断电流最低值数组、短路电流第一段斜率数组、短路电流第二段斜率数组、燃弧电流下降斜率数组、燃弧电流上升斜率数组、短路电流拐点数组、二次提前关断时间数组、短路时间数组、燃弧时间数组、二次开关持续关断时间数组以及焦耳热数组。对13个变量进行统一计算，由于这13个特征描绘出一个周期波形的整体样貌，故一次焊接波形的均匀性就由这13个特征数据离散度来反映，由于这些特征单位不同，数值差别大，故对这13个特征(v₁～v₁₃)进行变异系数计算(异变系数＝标准差/平均值)，并对13个特征的数值进行加权求和得到波形特征一致性，通过计算得出的波形特征一致性的值能够有效对波形的一致性进行量化判断，该值越小则同一次焊接过程各个过渡周期波形差别越小，即过渡一致性越好。

标准差是方差的算术平方根，方差是数值减平均数的平方和。标准差能反映一个数据集的离散程度。而变异系数＝标准差/平均值，变异系数可以抹平数据单位以及数据类型不同带来的影响，可以将不同类型数据放在同一纬度下比较或者操作。

在对短路和燃弧开始时间以及短路和燃弧结束时间计算时用到了采样阈值，采样阈值选取选择只要能保证阀值线(y＝阈值)能与电压迅速下跌段以及上升段相交即可，见图2阈值线y＝8所示。第一斜率临界值目的是找到电压下降段的点，选取的值是保证所有短路过程电压下降的斜率绝对值都能高于设定值，即，短路电压下降斜率<第一斜率临界值<0。第二斜率临界值目的是找到电压上升段的点，选取的值是保证所有短路过程电压上升的斜率都能高于设定值，即，0<第二斜率临界值<短路电压上升斜率。

在对短路电流第一段和第二段上升斜率以及燃弧电流下降斜率求解过程中分别用到了m₁，m₂，m₃，其中m₁是指短路电流第一段计算点位置，如m₁＝2时，短路第一段斜率计算位置为电流值在“短路峰值电流/2”处，即计算点阈值线为“y＝短路峰值电流/2”，m₁越大，阈值线越低，m₁越小，阈值线越高，当m₁＝1时，阈值线高度刚好相交于短路峰值点。m₂是确定短路第二段斜率的计算点位置，例如当m₂＝3时，第二段斜率＝(短路峰值-短路峰值前面第3点的电流值)/3，该值越大，短路前斜率的计算范围也就越大。m₃同m₂很类似，是计算燃弧峰值电流下降斜率，例如当m₃＝3时，第二段斜率＝(燃弧峰值后面第3点的电流值-燃弧峰值)/3，该值越大，燃弧峰值后面斜率的计算范围也就越大。

本发明提供的短路过渡焊接的稳定性检测方法对于采用13个波形特征、6个波形特征和8个波形特征均适用，均能解决短路焊接稳定性评定无法量化的问题，以下采用实验数据验证本发明的效果。

实验一：

表1包含所有特征的波形一致性测试样本数据

表1是所有特征求出的数据汇总，从表1可以看出1号样本的波形特征一致性的值为7.7567，而2号波形特征一致性的值只有1.3381，1号样本对应的电流电压图如图9中(a)和(b)所示，2号样本对应的电流图如图9中(c)和(d)所示，可以看出1号样本的电流波动和2号样本的电流波动相比，2号样本的过渡均匀性要良好许多，焊接过程也会稳定许多。实践证明1号样本和2号样本对应的焊接接头质量也有明显差异，1号样本明显质量较差，焊缝存在不连续的现象，2号样本焊缝连续，规整性良好。

实验二：

表2包含6个特征的波形一致性测试样本数据

表2记录了6个重要波形特征，从表2可以看出3号样本的波形特征一致性的值为2.6928，而4号波形特征一致性的值只有0.5362，3号样本对应的电流电压图如图10中(a)和(b)所示，4号样本对应的电流图如图10中(c)和(d)所示，可以看出3号样本的电流波动和4号样本的电流波动相比，4号样本的过渡均匀性要良好许多，焊接过程也会稳定许多。实践证明3号样本和4号样本对应的焊接接头质量也有明显差异，3号样本明显质量较差，焊缝存在不连续的现象，4号样本焊缝连续，规整性良好。

实验三：

表3包含8个特征的波形一致性测试样本数据

表3记录了6个重要波形特征基础上增加了二次开关关断点距离短路结束时间变异系数和焦耳热变异系数，从表3可以看出5号样本的波形特征一致性的值为3.8491，而6号波形特征一致性的值只有1.7724，5号样本对应的电流电压图如图11中(a)和(b)所示，6号样本对应的电流图如图11中(c)和(d)所示，可以看出5号样本的电流波动和6号样本的电流波动相比，6号样本的过渡均匀性要良好许多，焊接过程也会稳定许多。实践证明5号样本和6号样本对应的焊接接头质量也有明显差异，5号样本明显质量较差，焊缝存在不连续的现象，6号样本焊缝连续，规整性良好。其中5号样本采用的焊接电压为12.5V，6号样本采用的焊接电压为16.5V，可见5号样本的焊缝成型质量较差，而6号成型质量好。

实验四：

表4包含3个特征的波形一致性测试样本数据

表4只记录了3个重要波形特征，当采用3个特征时对波形数据的判断和描绘十分不充分，波形图如图12中(c)和(d)所示，可以看出7号样本的电流短路峰值电流较8号样本稳定，但由于变异系数并没有计算这个指标，导致两个样本数据结果十分接近，两者焊接最后成型是有所不同的，7号样本是90A电流焊接的，成型效果良好，而8号样本采用的是120A电流施焊，出现了烧穿的问题。由此可见，波形特征统计不完善会导致结果误差。在波形特征里面，前面提到的6个重要特征参数缺一不可，若只统计这6个中1～5个，统计出来的结果都会存在一定程度的误差。

由上述实验可知，本申请提供的短路过渡焊接的稳定性检测方法对于采用6个波形特征、8个波形特征和13个波形特征均适用，均能解决短路焊接稳定性评定无法量化的问题，能够对单个焊缝乃至焊机质量稳定性进行评定，为焊机用户提供一个科学的参考依据。

上述方法还可以用在其它具有周期波动统计方面，如脉冲焊接的脉冲一致性，工业机器人周期性运动一致性等方面。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。