MIG焊电弧声信号降噪技术研究

作     者：于忠伟 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘立君

授予年度：2010年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：电弧声 独立分量分析 小波变换 信号降噪 

摘      要：焊接电弧声作为声发射(AE)信号的一种形式,在伴随着焊接过程随机发生的同时,携带了大量的可以用来表征焊接质量的信息,因此是焊缝熔深和焊接质量在线监控有价值的、潜在的源信号。 焊接电弧声信号是一种随机的非平稳信号,极易受到干扰噪声的污染,这些噪声主要来源有:声音传感器噪声、焊接环境噪声(焊接电源机械振动声、施工人员语音噪声及焊件加工处理产生的机械噪声等)、焊接飞溅电弧声等。为了使电弧声能更好的表征焊缝熔池的状态,我们必须对这些干扰噪声进行必要的降噪处理。为此本文详尽地介绍了MIG焊电弧声降噪处理的相关技术,这其中主要包括电弧声降噪处理系统的软件设计和硬件电路的构建,以及应用独立分量分析(ICA)理论和小波(Wavelet)理论对电弧声信号进行盲源分离和降噪处理。 首先,借助于LabVIEW的强大音频处理功能,以及高级信号处理工具包,并应用普通的PC声卡和语音麦克风,建立起多(3通道)通道电弧声信号采集系统和小波阈值降噪处理系统。另外,还运用MATLAB仿真软件,编写了FastICA算法,用于焊接环境噪声的盲源分离。 其次,对焊接可能产生的噪声信号进行了分类,详细地剖析了每种噪声产生机理以及信号特征,并对噪声信号的抑制和处理方法,以及对电弧声的影响程度进行了分析。 最后,针对不同噪声的信号特征,选择合理的降噪方案,对实际的MIG焊电弧声进行降噪处理。即:在合理的选择、设计硬件电路,进行必要的电磁屏蔽、隔离、滤波等手段,最大限度地抑制焊接飞溅产生的同时,对电弧声信号进行实时采集;对多(2和3通道)通道采集的电弧声信号进行独立分量分析,分离出我们所感兴趣的电弧声信号,排除焊接环境噪声;对分离后的电弧声信号进行小波阈值去噪处理,剔除焊接飞溅电弧声信号,提纯电弧声信号。 通过对电弧声信号一系列的降噪处理,不论从信号的时域的波形、频域的功率谱分析以及信噪比(SNR)评价等方面,都得到了良好的降噪效果。