[发明专利]一种电弧焊增材制造的余高定量预测方法

权利要求书

1.一种电弧焊增材制造的余高定量预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：构建CMT增材余高预测系统：以熔池视觉传感系统、定位系统和三维系统为基础构建CMT增材余高预测系统，熔池视觉传感系统采集CMT基值时刻第1ms的熔池图像，由于采样间隔时间短、采样样本量大，使用定位系统确定所采熔池图像在焊缝上的位置，由于当前熔敷层对下一层熔敷层有重熔过程，使用三维系统测量焊缝当前高度，同一采样点上的相邻两层高度差即为余高；

步骤二：将预处理后的熔池图像输入到余高预测网络中，得到预测的余高信息，利用熔池视觉信息对电弧增材制造过程中各熔覆层的余高增量进行监控。

2.根据权利要求1所述的电弧焊增材制造的余高定量预测方法，其特征在于：所述步骤一中的CMT增材余高预测系统还搭配有焊接系统和三维扫描仪，所述焊接系统包括焊接电源、送丝器、机器人和冷却系统；所述定位系统包括彩色CCD相机、激光器和黑白CCD相机；

激光器射出中心波长为450nm的激光在焊丝上沿部分，用于辅助定位，将采集到的熔池图像与焊缝实际位置相对应；黑白CCD相机，用以捕捉激光点。

3.根据权利要求1所述的电弧焊增材制造的余高定量预测方法，其特征在于：所述步骤二中的预处理后的熔池图像具体过程为：在数据采集过程中，结合CMT焊接电流特性，由FPGA系统发出两路同步信号，控制彩色CCD相机和黑白CCD相机在CMT基值时刻第1ms采集图像，获取到的低电弧光干扰下的熔池图像及激光点图像；由于重熔区的影响，为了精准测量每一层的余高增量，在每一层焊接结束以后，用三维扫描仪扫描当前层的高度，使用Matlab工具箱拟合焊缝位置与高度的变化关系，同一采样点相邻两层相同焊缝位置的高度差即为当前焊缝位置的余高增量，这样，就能将熔池图像、焊缝位置以及相对应的余高增量统一起来，作为余高预测网络的数据集；

余高预测网络的输入为增材熔池图像原图以及最后一层的全连接层。

4.根据权利要求3所述的电弧焊增材制造的余高定量预测方法，其特征在于：所述CMT增材余高预测系统给与采集到的熔池图像一个余高实际值，用来调试余高预测网络，FPGA系统控制彩色CCD相机在CMT基值时刻第1ms采集熔池图像，随后将图像输入到余高预测网络中，输出的值即为当前时刻的熔覆层余高，这样就实现了增材焊接时的余高预测。

5.根据权利要求4所述的电弧焊增材制造的余高定量预测方法，其特征在于：所述余高预测网络的采用的基础网络的ResNet运行过程为：

第一步，设ResNet网络中某残差块的输入为X_k，输出结果为X_k+1，此时可以得到：

X_k+1＝X_k+F(X_k,w_k) (1)

F(X_k,w_k)＝w_kσ(w_k-1X_k-1) (2)

其中σ是激活函数，ResNet网络采用非线性激活函数ReLU，计算公式为：

第二步，设ResNet网络的损失函数为L，那么根据链式求导法则并结合上式可知：

在公式(4)中可知，可以在反向传播阶段时，更新每一层网络权重并将梯度信息传回到任意网络层的X_k中，同时由于大于0恒成立，因此解决了网络训练过程中由于网络的反向传播太小甚至为0造成的梯度消失现象。