專利名稱：用于監(jiān)視工業(yè)過程的質(zhì)量的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)視工業(yè)工作過程的質(zhì)量的方法，其包括標(biāo)識(shí)工作過程的缺陷，缺陷的類型，包括以下步驟:
從工業(yè)工作過程獲取具有多個(gè)頻率分量的信號(hào)，
評(píng)估從工業(yè)工作過程獲取的具有多個(gè)頻率分量的所述信號(hào)以指示是否有所述缺陷和對(duì)具有多個(gè)頻率分量的所述信號(hào)執(zhí)行缺陷分析步驟，所述評(píng)估是在不將從工業(yè)工作過程獲取的具有多個(gè)頻率分量的所述信號(hào)與存儲(chǔ)的基準(zhǔn)信號(hào)相比較的情況下執(zhí)行的。
背景技術(shù)：
監(jiān)視工業(yè)過程中的缺陷由于其在工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量分析中的影響而正在呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)重要性。在線并自動(dòng)地獲得對(duì)工業(yè)過程質(zhì)量的評(píng)價(jià)的能力在經(jīng)濟(jì)方面和在加工速度方面的兩個(gè)方面都具有許多優(yōu)點(diǎn)。因此，系統(tǒng)的期望特性是:
一在線處理；
一準(zhǔn)確地識(shí)別主要生產(chǎn)缺陷的能力。當(dāng)前，識(shí)別工業(yè)過程的質(zhì)量并因此標(biāo)識(shí)任何缺陷的問題通過由專家執(zhí)行的離線檢查或者用自動(dòng)方法發(fā)生，自動(dòng)方法以不令人滿意且還對(duì)機(jī)器的不同設(shè)置敏感的方式通過傳感器來標(biāo)識(shí)前述缺陷中的僅某些。用于監(jiān)視工業(yè)過程質(zhì)量的方法和系統(tǒng)是已知的，例如它們應(yīng)用于激光焊接過程的在線監(jiān)視，特別是在金屬板焊接的情況下。監(jiān)視系統(tǒng)能夠評(píng)價(jià)被焊接區(qū)域中的孔隙的存在，或者在對(duì)頭焊接(butt-welded)薄金屬板的情況下,評(píng)價(jià)由于金屬板的疊加或分裂而引起的缺陷的存在。`此類系統(tǒng)在使用中使質(zhì)量監(jiān)視基于在過程期間獲得的信號(hào)與指示高質(zhì)量焊接的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定基準(zhǔn)信號(hào)之間的比較。通常采取在二和十之間的可變數(shù)量的此類基準(zhǔn)信號(hào)是從高質(zhì)量焊接的多個(gè)樣本開始預(yù)定的。這種行動(dòng)方式意味著能夠在基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)刻證實(shí)(certify)焊接質(zhì)量的有經(jīng)驗(yàn)操作員的存在，該方式伴隨時(shí)間浪費(fèi)，并且有時(shí)還伴隨著材料浪費(fèi)(其用來獲得要獲得基準(zhǔn)信號(hào)所需的樣本)。因此，給定類似的程序，其本身在時(shí)間和成本方面是難以負(fù)擔(dān)的，與基準(zhǔn)信號(hào)比較的后續(xù)程序能夠快速地、實(shí)時(shí)地且以低成本進(jìn)行操作將是必要的，這在當(dāng)前已知的系統(tǒng)中并未發(fā)生。本發(fā)明的目的是克服所有前述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視工業(yè)過程質(zhì)量的方法，其具有在前文中闡述的特性，并且此外其特征在于以下事實(shí)，即其還包括操作:
將具有多個(gè)頻率分量的所述至少一個(gè)信號(hào)分解為具有單個(gè)頻率分量的信號(hào)，
計(jì)算針對(duì)具有單個(gè)頻率分量的每個(gè)信號(hào)的信息量，
分析針對(duì)具有單個(gè)頻率分量的每個(gè)信號(hào)的信息量，以及如果最低單頻率分量下的信號(hào)的信息量的值不表示整個(gè)獲取信號(hào)的信息量的主要百分比，則具有多個(gè)頻率分量的所述獲取信號(hào)被評(píng)估為指示具有缺陷的工作過程，并且對(duì)具有多個(gè)頻率分量的所述信號(hào)執(zhí)行缺陷分析步驟。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過計(jì)算具有單個(gè)頻率分量的信號(hào)的方差來評(píng)估所述信息量。該方法優(yōu)選地應(yīng)用于獲取由過程發(fā)射的輻射作為從過程獲取的信號(hào)的激光工作過程。自然地，本發(fā)明還涉及用于監(jiān)視工業(yè)過程質(zhì)量的系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)了上述方法，以及可直接加載到數(shù)字計(jì)算機(jī)(諸如處理器)的存儲(chǔ)器中的相應(yīng)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，并且包括用以當(dāng)產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的軟件代碼部分。


根據(jù)純粹以說明性且非限制性示例的方式提供的參考附圖的以下描述，本發(fā)明的附加特性和優(yōu)點(diǎn)將變得容易明白，在附圖中:
一圖1是示出了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的系統(tǒng)的框 一圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的基本流程 一圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例的流程 一圖4示出了由根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟處理的信號(hào)；
一圖5和圖6表示分別指示有缺陷過程信號(hào)和具有由根據(jù)本發(fā)明的方法標(biāo)記的缺陷的有缺陷過程信號(hào)的圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解根據(jù)本發(fā)明的方法，在這里首先簡(jiǎn)要地介紹某些數(shù)學(xué)概念。本方法目標(biāo)在于將此類數(shù)學(xué)儀器應(yīng)用于用于監(jiān)視工業(yè)工作過程的質(zhì)量的方法，其包括標(biāo)識(shí)工作過程的缺陷以對(duì)由工作過程獲取的信號(hào)進(jìn)行缺陷分析。在以下出版物中可以找到此類數(shù)學(xué)概念的更完整描述:
——N.E.Huang>Z.Shen^PS.R.Long等人的empirical mode decompositionand the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time SeriesAnalysi5Proc.Royal Society, vol.454, pp.903-905，London, 1998 年，以及
——Tian-1i Huand, We1-xinRen^PMeng-lin Lou 的“orthogonal Hilbert - HuangTransform and its application in earthquake motion recordings analysis，,。中國(guó)北京第 14 屆 World Conference on Earthquake Engineering, 2008 年 10 月 12-17 日。相對(duì)于本發(fā)明的上下文，從以下考慮開始選擇Hilbert-Huang變換，即從過程獲取的信號(hào)X(t)通常是多分量非平穩(wěn)信號(hào)，即其頻率隨時(shí)間改變的信號(hào)。對(duì)于這些信號(hào)而言，瞬時(shí)頻率ω是重要特性:其為時(shí)變參數(shù)，該參數(shù)定義信號(hào)的譜峰值在其隨著時(shí)間變化時(shí)的位置。后者可以粗略地視為正弦波，其頻率隨時(shí)間而掃過。相反，平穩(wěn)信號(hào)是其頻率不隨時(shí)間改變的信號(hào)。在大多數(shù)情況下，不能通過傅立葉變換來分析從工作過程獲取的信號(hào)x(t)，因?yàn)榭梢詫⑷魏畏蔷€性失真波形視為諧波失真，其是在非線性系統(tǒng)上施加線性結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)人為后果。它們可以具有數(shù)學(xué)意義，但不是物理的。因此，在這里選擇它以通過瞬時(shí)頻率的方式來描述非線性系統(tǒng)。
Hilbert變換是計(jì)算瞬時(shí)頻率的最容易方式，由此,可以用下式來確定任何實(shí)值函數(shù)的復(fù)共軛y(t):
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視工業(yè)工作過程的質(zhì)量的方法，其包括標(biāo)識(shí)所述工作過程的缺陷，其類型，包括以下步驟: 從所述工業(yè)工作過程(10)獲取(100)具有多個(gè)頻率分量的信號(hào)(X (t))， 評(píng)估(200、300、400)從所述工業(yè)工作過程(10)獲取的具有多個(gè)頻率分量的所述信號(hào)(x(t))以指示是否有所述缺陷和對(duì)具有多個(gè)頻率分量的所述信號(hào)(x(t))執(zhí)行缺陷分析步驟(500)，所述評(píng)估是在不將從所述工業(yè)工作過程獲取的具有多個(gè)頻率分量的所述信號(hào)(x(t))與存儲(chǔ)的基準(zhǔn)信號(hào)相比較的情況下執(zhí)行的， 其特征在于其還包括操作: 將具有多個(gè)頻率分量的所述至少一個(gè)信號(hào)(x(t))分解(200)為具有單個(gè)頻率分量(IMF1...1MFn^1, OIMF1...0MFlri)的信號(hào)， 計(jì)算(300)針對(duì)具有單個(gè)頻率分量(MF1...MFlri，OIMF1...0MFlri)的每個(gè)信號(hào)的信息量(Var1...Varlri), 分析(400)針對(duì)具有單個(gè)頻率分量(MF1...MFlri，OIMF1...0MFlri)的每個(gè)信號(hào)的信息里(v&iV..Varrrl),以及 如果最低單個(gè)頻率分量(MFlri，OIMFlri)處的信號(hào)的信息量(Vaiv1)的值不表示整個(gè)獲取信號(hào)(x(t))的信息量的主百分比(K，Kl, K2)，則具有多個(gè)頻率分量的所述獲取信號(hào)(x(t))被評(píng)估為指示包括缺陷的工作過程，并且對(duì)具有多個(gè)頻率分量的所述信號(hào)(x(t))執(zhí)行缺陷分析步驟(500)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述分析(400)針對(duì)具有單個(gè)頻率分量(IMF1...1MFn^1, OIMF1...0MFlri)的每個(gè)信號(hào)的信息量(Var1...Varlri)包括如果所述最低單個(gè)頻率分量(頂Flri，OIMFlri)處的信號(hào)的信息量(Vaiv1)的值不表示所述整個(gè)獲取信號(hào)的信息量的給定主百分比(K1)，則將具有多個(gè)頻率分量的所獲取信號(hào)(x(t))評(píng)估為指示具有缺陷的工作過程，以及 如果所述最低單個(gè)頻率分量(IMFn+ OIMFlri)處的信號(hào)具有最高信息量值以及 其他頻率分量GMF1...1MFn_2, OIMF1...0IMFn_2)中單獨(dú)地沒有一個(gè)具有表示多于第二給定百分比(K2)、低于信息量的所述主百分比的值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于由具有單個(gè)頻率分量(IMF1...1MFlri,OIMF1...0IMFn^1)的所述信號(hào)的方差來表示所述信息量。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于由熵或由具有單個(gè)頻率分量(IMF1...1MFn^1, OIMF1...0IMFlri)的所述信號(hào)的自相關(guān)來表示所述信息量。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于將具有多個(gè)頻率分量的所述至少一個(gè)信號(hào)(X(t))分解(200)為具有單個(gè)頻率分量(IMF1...IMFn_1; OIMF1...0IMFlri)的信號(hào)包括執(zhí)行EMD (經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解)。
6.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述分解(200)具有多個(gè)頻率分量的所述至少一個(gè)信號(hào)(X(t))為具有單個(gè)頻率分量(IMF1...1MFn_1;OIMF1...0IMFn^1)的信號(hào)包括執(zhí)行正交化步驟(250)以計(jì)算正交化單個(gè)頻率分量(OIMF1...0MFn)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于包括計(jì)算(255)正交化單個(gè)頻率分量(OIMF1...0MFlri)組中的分量之間的正交性的指數(shù)(IOjk),并且控制(260)指數(shù)的絕對(duì)值的最大值低于給定值。
8.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述從所述工業(yè)工作過程(10)獲取(100)具有多個(gè)頻率分量的至少一個(gè)信號(hào)(X (t))包括感測(cè)(14)由所述工作過程生成的信號(hào)。
9.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述工業(yè)過程是激光焊接過程或激光切割過程。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于所述感測(cè)(14)由所述工作過程生成的信號(hào)包括通過溫度傳感器、特別是高溫計(jì)來感測(cè)溫度，或者通過光電傳感器、特別是光電二極管來感測(cè)輻射。
11.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于對(duì)具有多個(gè)頻率分量的所述信號(hào)(x(t))執(zhí)行的所述缺陷分析步驟(500)包括 執(zhí)行(510)所獲取信號(hào)(x(t))的Hilbert-Huang變換以在步驟520中獲得將以2D或3D圖像示出的Hilbert譜(HS)， 根據(jù)所述Hilbert譜(HS)來計(jì)算(530)其二階時(shí)間矩(B2 (t))及其標(biāo)準(zhǔn)偏差， 將超過其標(biāo)準(zhǔn)偏差(std_B2)的二階矩(B2(k))的樣本標(biāo)識(shí)并分類(540)為缺陷， 將其二階矩(B2 (k))超過其標(biāo)準(zhǔn)偏差(std_B2)的所獲取信號(hào)(x(k))的樣本標(biāo)記為缺陷(550)。
12.一種用于監(jiān)視工業(yè)過程的質(zhì)量的系統(tǒng)，包括: 用于測(cè)量一個(gè)或多個(gè)過·程參數(shù)的傳感器裝置(14)，以及 電子控制和處理單元(8，9 )，用于處理由所述傳感器裝置(14 )發(fā)射的信號(hào)， 其特征在于: 所述電子控制和處理單元(9)被配置成處理由所述傳感器裝置(14)發(fā)射的信號(hào)并執(zhí)行如權(quán)利要求1至11所述的用于監(jiān)視工業(yè)工程的質(zhì)量的方法。
13.一種可直接加載到電子計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中且包括軟件代碼部分以在產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的方法的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于監(jiān)視工業(yè)過程的質(zhì)量的方法及其系統(tǒng)。一種用于監(jiān)視工業(yè)工作過程質(zhì)量的方法，包括步驟從工業(yè)工作過程(10)獲取(100)具有多個(gè)頻率分量的至少一個(gè)信號(hào)(x(t))，該方法還包括操作將所述至少一個(gè)信號(hào)(x(t))分解(200)為具有單個(gè)頻率分量的信號(hào)，計(jì)算(300)針對(duì)具有單個(gè)頻率分量的每個(gè)信號(hào)的信息量，分析(400)針對(duì)具有單個(gè)頻率分量的每個(gè)信號(hào)的信息量，以及如果最低單個(gè)頻率分量處的信號(hào)的信息量的值不表示整個(gè)獲取信號(hào)(x(t))的信息量的主百分比，則將所述獲取信號(hào)(x(t))評(píng)估為指示具有缺陷的工作過程，并且對(duì)所述信號(hào)(x(t))執(zhí)行缺陷分析步驟(500)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK103246241SQ20121051071
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者G.丹格洛, G.帕斯奎塔茨 申請(qǐng)人:C.R.F. 阿西安尼顧問公司