[发明专利]焊接装配间隙和错边前馈的熔池监控系统及熔透监测方法

权利要求书

1.一种焊接装配间隙和错边前馈的熔池监控方法，其特征在于，其所使用的熔池监控系统包括工控机、焊接单元、视觉传感单元、数据采集与控制单元，所述视觉传感单元包括坡口轮廓扫描仪和工业相机，所述工业相机接有激光辅助光源，所述坡口轮廓扫描仪与所述数据采集与控制单元连接，所述工业相机与所述工控机连接，所述焊接单元、工控机分别都与所述数据采集与控制单元连接；

通过同步装置使所述激光辅助光源的激光触发实际与工业相机的采像时机同步；

所述激光辅助光源与工业相机调整到一定角度，使得激光可以压住弧光，让清晰的熔池图像进入工业相机；

具体的，所述熔池监控方法包括以下步骤：

步骤S1：通过视觉传感单元采集熔池图像，对熔池图像进行基于灰度值分布的筛选，保留弧光干扰弱的清晰图像；

步骤S2：对得到的清晰图像进行基于视觉注意机制的熔池感兴趣区域定位和熔池轮廓识别，并提取熔池特征；

步骤S3：结合焊接装配间隙和错边信息以及步骤S2得到的熔池特征，通过建立的焊接熔透预测模型，得到当前的熔透状态；

步骤S2中，所述基于视觉注意机制的熔池感兴趣区域定位的过程包括：

(1)计算图像每个像素的梯度大小和方向；

(2)将图像划分成小的细胞区域，统计每个细胞区域的方向梯度直方图；

(3)将若干个细胞区域组合成块，统计每个块的方向梯度直方图信息，将一幅图像分解为若干个特征向量；

(4)输入线性的支持向量机分类器来确定窗口中的区域是否是目标对象；

(5)通过训练好的支持向量机分类器识别熔池感兴趣区域；

步骤S2中，所述熔池轮廓识别的过程采用梯度提升决策树算法，具体包括：

根据训练样本初始化一个平均形状下一次经过迭代器迭代后的形状是：

其中，I表示输入的图像，表示第t次迭代后的轮廓点坐标，γ_t表示基于图像和轮廓点坐标的迭代器；初始位置在通过所有训练得到的树后，平均形状加上所有经过的叶子结点的形状改变值，得到最终的轮廓关键点位置，对提取出的熔池轮廓关键点位置坐标进行熔池轮廓曲线的多项式拟合，根据拟合出的结果得到熔池轮廓的几何信息。

2.根据权利要求1所述的焊接装配间隙和错边前馈的熔池监控方法，其特征在于，所述焊接单元包括焊机、送丝机、机器人、通讯模块，所述机器人和焊机分别都与所述通讯模块连接，所述送丝机与所述焊机连接。

3.根据权利要求2所述的焊接装配间隙和错边前馈的熔池监控方法，其特征在于，所述数据采集与控制单元包括PLC模块和高速采集卡，所述PLC模块分别与所述通讯模块、工控机连接，所述高速采集卡分别与所述通讯模块、坡口轮廓扫描仪、工控机连接。

4.根据权利要求1所述的焊接装配间隙和错边前馈的熔池监控方法，其特征在于，所述坡口轮廓扫描仪固定于焊接方向的正前方，用于采集焊件的间隙和错边信息，采集到的数据通过高速采集卡传入工控机进行处理和存储。

5.根据权利要求1所述的焊接装配间隙和错边前馈的熔池监控方法，其特征在于，所述对熔池图像进行基于灰度值分布的筛选的过程包括：

设置一个灰度阈值，遍历一幅熔池图像的每个像素点获取灰度值，计数灰度值超过灰度阈值的像素点，将总计数值大于等于设定值的熔池图像判定为弧光强度过高的不合格图像并丢弃，将小于设定值的熔池图像判定为弧光干扰弱的清晰图像并保留。

6.根据权利要求1所述的焊接装配间隙和错边前馈的熔池监控方法，其特征在于，所述焊接熔透预测模型基于LightGBM模型，其输入参数包括焊接电流、电压、送丝速度、提取的熔池特征以及焊接装配间隙和错边信息，其输出参数包括焊接背面熔宽。