一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统的制作方法

本申请涉及智能传感器，具体涉及一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统。

背景技术：

1、电极棒焊接在特种冶金（如电渣重熔）、新能源汽车及高端材料加工领域应用关键。在电渣重熔中，电极棒与假电极的焊接质量直接影响钢锭品质，若对中精度不足，易产生不均匀缝隙，引发击穿甚至结晶器壁熔化漏水等严重事故。传统对中方式依赖人工目测与经验，存在精度低、一致性差及无法量化微米级偏差等缺陷。相比之下，自动对中技术通过传感器实时检测与闭环控制，实现微米级高精度对正与非接触式标准化作业，能有效降低焊接不良率与安全风险，是保障特种冶金与新能源制造质量的核心关键技术。

2、在电极棒焊接自动对中过程中，通常采用激光测径仪测量直径并经预处理后传输至plc控制系统。然而，焊前打磨会产生大量悬浮粉尘，且现场大功率电机、变频器等设备运行伴随高频电磁干扰，这些悬浮颗粒遮挡及电磁噪声会导致测量信号出现严重偏差，进而造成自动对中调整异常，降低了电极棒焊接过程中自动对中的精度。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请的目的在于提供一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，所采用的技术方案具体如下：

2、本申请提出了一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，所述系统包括干扰辨识模块、自适应滤波参数决策模块及对中执行模块：

3、所述干扰辨识模块，用于对电极棒的直径测量信号分段并进行时频域联合分析，构建时域特征值与频域特征值；其中，所述时域特征值基于信号波峰形态的随机性与不对称性特征构建，用于表征粉尘颗粒对光路的物理遮挡程度；所述频域特征值基于信号频谱能量的分布异常特征构建，用于表征高频电磁设备对测量信号的耦合干扰程度；

4、所述自适应滤波参数决策模块，用于融合所述时域特征值与频域特征值生成综合特征指标，并建立所述综合特征指标与滤波窗口尺寸之间的非线性映射关系，实现滤波强度的动态配适；

5、所述对中执行模块，用于基于经滤波处理后的直径测量信号计算偏心参数，驱动执行机构完成自动对中调整。

6、较佳地，时域特征值的构建逻辑如下：

7、提取每段直径测量信号中各波峰的局部形态特征序列，通过分析所有波峰的局部形态特征序列之间差异的混乱程度，以及波峰不对称度，以构建每段直径测量信号的时域特征值。

8、较佳地，所述局部形态特征序列由直径测量信号中波峰及其两侧邻域内所有幅值按时间顺序组成。

9、较佳地，波峰不对称度的量化过程为：

10、在各波峰的局部形态特征序列中，计算各波峰左侧幅值之和与右侧幅值之和的比值，记为幅值比值，将每段直径测量信号中所有波峰的幅值比值的标准差，作为每段直径测量信号的波峰不对称度。

11、较佳地，所述频域特征值的构建过程为：

12、对每段直径测量信号在频域中所有频率下的能量强度进行拟合，通过分析所有频率下能量强度对应拟合误差的离散程度，并结合每段直径测量信号中前一半频率总能量与后一半频率总能量的比值，构建每段直径测量信号的频域特征值。

13、较佳地，所述综合特征指标为时域特征值与频域特征值的和值。

14、较佳地，所述建立所述综合特征指标与滤波窗口尺寸之间的非线性映射关系的过程为：

15、优化滤波窗口长度的表达式为：；式中，表示预设乘性因子；表示综合特征指标的归一化值；round[ ]表示四舍五入函数。

16、较佳地，对直径测量信号进行滤波的过程为：

17、将每段直径测量信号作为滤波算法的输入，将对应的优化滤波窗口长度作为滤波算法中的滤波窗口参数，输出滤波后的直径测量信号。

18、较佳地，所述偏心参数的计算过程为：

19、基于滤波后的直径测量信号获取电极棒静止安装时的中心位置坐标（x,y）；

20、分别计算电极棒中心位置坐标x值与x轴测径仪对应x轴坐标值之间的偏差、y值与y轴测径仪对应y轴坐标值之间的偏差，对两个偏差取均方根，记为偏心距。

21、较佳地，所述驱动执行机构完成自动对中调整，包括：

22、将获取的偏心距、电极棒中心位置坐标对应的两个偏差及预设对中允许误差范围作为输入，通过plc控制终端进行自动对中控制。本申请具有如下有益效果：

23、（1）本申请通过采集与分段处理直径测量信号并进行时频域联合分析，构建基于波峰形态差异与不对称度的时域特征值以及基于频谱能量离散分布的频域特征值；该方法能够精准量化粉尘导致的物理遮挡及高频电磁设备的耦合干扰程度，有效区分无规律毛刺与特定频率噪声，为后续自适应滤波提供准确可靠的干扰强度评估依据，从而确保在复杂工业环境下获取高精度的测量数据；

24、（2）本申请通过融合时域与频域特征值生成综合特征指标，并建立其与滤波窗口尺寸的非线性映射关系，实现了滤波强度的动态配适；依据信号受干扰程度自动调整中值滤波窗口大小，在受干扰严重时采用大窗口彻底滤除噪声，在信号干净时采用小窗口精细保护细节，从而在复杂工况下有效平衡了噪声抑制与信号保真度，为后续高精度对中提供了高质量数据基础。

25、（3）本申请基于滤波后的直径测量信号精确计算偏心参数，并驱动执行机构实现自动对中调整；通过分析电极棒静止与动态扫描时的中心位置偏差获取偏差及偏心距，并结合预设允许误差范围利用plc进行闭环控制，根据偏移方向与大小精准调控假电极移动，直至偏心回落至允许范围内，从而有效克服制造与安装误差，提升了电极棒焊接过程中自动对中的精度。

1.一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，所述系统包括干扰辨识模块、自适应滤波参数决策模块及对中执行模块：

2.根据权利要求1所述的一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，时域特征值的构建逻辑如下：

3.根据权利要求2所述的一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，所述局部形态特征序列由直径测量信号中波峰及其两侧邻域内所有幅值按时间顺序组成。

4.根据权利要求3所述的一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，波峰不对称度的量化过程为：

5.根据权利要求1所述的一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，所述频域特征值的构建过程为：

6.根据权利要求1所述的一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，所述综合特征指标为时域特征值与频域特征值的和值。

7.根据权利要求1所述的一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，所述建立所述综合特征指标与滤波窗口尺寸之间的非线性映射关系的过程为：

8.根据权利要求7所述的一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，对直径测量信号进行滤波的过程为：

9.根据权利要求1所述的一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，所述偏心参数的计算过程为：

10.根据权利要求9所述的一种电极棒焊接过程中的自动对中调整系统，其特征在于，所述驱动执行机构完成自动对中调整，包括：