基于焊接电参数采集分析的焊接质量预测系统(7)
以CO2气体保护短路过渡焊为例，图3.1.2为一个焊接过程的电源电流情况，图3.1.3为电流波形的局部放大显示图，操作者可在任意时间段进行任意放大。这是一个静态的显示，使用了Graph波形显示控件，它将所有的数据一次性全部读取进去，很适用于焊后具体分析焊接过程各部分的情况。
图3.1.2 一个焊接过程的电源电流情况
图3.1.3 电流波形局部放大图
图3.1.2中并没有焊接引弧和熄弧阶段的波形，这是因为在程序设计时，为了消除系统对整个波形分析时引弧和熄弧信号对分析结果带来的影响，作者去除了完整波形的前2s和后3s的数据，故波形无引弧和熄弧的波形。图3.1.4即为去除引弧和熄弧数据的程序框图。
图3.1.4 去除完整波形引弧和熄弧数据程序框图
3.2 经典参数分析模块
经典参数分析意指不论焊接过程电参数为脉冲形式、短路形式还是恒压形式都必须要进行的分析，主要包括基础统计分析、电流/电压时序均方差分析、电流/电压概率密度分析、U-I相图和瞬时能量分析五个子模块。
3.2.1 基础统计分析模块
通过对焊接电流/电压信号的采集，对其进行统计分析获得一些参数，如电流/电压平均值、有效值、标准差等。这些数据可以用物理单位表示，容易理解，使用方便，且这些数据参数物理意义明确，在一定程度上能够反映焊接过程的特征信息。
图3.2.1为基础统计分析模块程序框图，输入电流电压信号，通过使用统计函数可以直接输出信号的平均值、标准差、最大值、总采样数，通过总采样数和采样频率的计算可得出统计时间。输入瞬时能量信号，同样可获得瞬时能量的平均值。图3.2.2为基础统计分析模块显示控件。
平均值是最基本的统计数据，是样本信号在整个时间坐标上的积分平均，反映随机信号变化的中心趋势，即稳定分量和直流分量。
标准差反映了焊接参数瞬时值围绕其平均值上下波动的分布情况，标准差越小，焊接过程越稳定。
图3.2.1 基础统计分析模块程序框图
图3.2.2 基础统计分析模块显示控件
3.2.2 电流/电压时序均方差分析模块
在基础统计分析模块中获得的标准差仅是一个最终的数值，不能看到整个焊接过程电流/电压数值的变化情况如何。标准差又称为均方差，其能反映信号的波形情况，如果知道每加入一个数据之后的均方差的值并逐步绘成一条曲线，就可以获得信号的实时波动情况，对焊接过程分析能起到很好的参考价值。
作者将反映各时刻均方差的曲线命名为时序均方差曲线，信号的平均值为x轴，随着信号趋近或远离平均值，均方差曲线也趋近或远离x轴。若整个焊接过程稳定，即信号波动性不大，则均方差的值也基本也不变，得出的时序均方差曲线应该是趋于水平的，如图3.2.3所示，从图中可以看出，电压信号的时序均方差曲线随着采样数的增加，趋于水平，电压信号波动性小，焊接过程比较稳定。
图 3.2.3 时序局方差分析模块显示控件
时序均方差曲线实现的原理用公式表示为：
式3.2.2被作者命名为时序平均值。
图3.2.4为时序均方差曲线实现的程序框图，电弧电压信号输入，首先通过数组大小函数计算出信号的个数，以此作为For循环的循环次数。对于第i次循环，运算的数为ai-1，整个运算分两步，第一步求出从a0~ai-1所有数据的平均值，算法见式3.2.2，计算出的平均值一方面进入移位寄存器，提供给下一次平均值的计算，另一方面参与均方差的运算，得出ac~ai-1所有数据的均方差，算法见式3.2.1，得到瞬时均方差。最后将整个过程的均方差瞬时值输出获得时序均方差曲线。