[发明专利]一种转速智能控制的摩擦搅拌焊接系统

权利要求书

1.一种转速智能控制的摩擦搅拌焊接系统，包括摩擦搅拌焊接头、焊接控制器、高光谱相机（5）、图像采集控制器、光谱分析模块、图像分析模块和上位机，其特征在于：

用于单一成分金属的工件（4）的焊接或者两种金属成分组成的合金的工件（4）的焊接；

焊接控制器连接摩擦搅拌焊接头，用于控制摩擦搅拌焊接头的转速和移动速度；

高光谱相机（5）安装在摩擦搅拌焊接头的四周，用于对焊接位置的四周进行实时拍摄高光谱图像；图像采集控制器连接高光谱相机（5），用于控制高光谱相机（5）进行拍摄，并将采集的高光谱图像发送给上位机；光谱分析模块连接图像采集控制器，用于直接从采集的高光谱图像中抽离出光谱数据进行光谱分析，并将光谱分析结果发送给上位机；

图像分析模块连接上位机，用于从上位机获取高光谱图像，并进行焊接质量分析，并将焊接质量分析结果发送给上位机；

上位机收集光谱分析模块的光谱分析结果，分析结果包括焊接区域的金属成分以及实时温度，然后上位机根据焊接区域的金属成分计算出金属成分对应的特征波段；上位机将高光谱图像进行特征波段的抽离，提取出特征波段的高光谱图像，并将其发送给图像分析模块，图像分析模块根据上位机发送的图像以及上位机发送的实时温度输入焊接质量分析模型，然后获得转速调整参数和移动速度调整参数并发送给上位机；

上位机将转速调整参数和移动速度调整参数发送给焊接控制器，焊接控制器控制摩擦搅拌焊接头按照转速调整参数和移动速度调整参数调节焊接参数进行焊接。

2.根据权利要求1所述的转速智能控制的摩擦搅拌焊接系统，其特征在于：

摩擦搅拌焊接头包括刀柄（1）、轴芯（2）和轴肩（3）；轴芯（2）和轴肩（3）固定连接且转动连接至刀柄（1）上，轴芯（2）和轴肩（3）高速转动从而对工件（4）接触位置形成高温进行焊接；高光谱相机（5）设置在刀柄（1）上；高光谱相机（5）的个数为三个或三个以上，均匀布置在摩擦搅拌焊接头的四周，对摩擦搅拌焊接头的焊接位置形成环绕布置；

高光谱相机（5）的拍摄范围覆盖摩擦搅拌焊接头焊接位置的360°视角，从而使得高光谱相机（5）的拍摄图像可以相互拼接形成一个完整的环形图像；多个高光谱相机（5）的拍摄图像在图像采集控制器内进行拼接形成环形图像。

3.根据权利要求2所述的转速智能控制的摩擦搅拌焊接系统，其特征在于：

图像采集控制器内预先设置有每个高光谱相机（5）的截取范围，当各个高光谱相机（5）采集的图像发送到图像采集控制器内后，图像采集控制器将高光谱相机（5）的图像进行截取，之后将截取的图像进行拼接，形成一个完整的高光谱图像，并发送给上位机和光谱分析模块。

4.根据权利要求2所述的转速智能控制的摩擦搅拌焊接系统，其特征在于：

光谱分析模块将图像采集控制器发送的高光谱图像进行光谱维的堆积，即将高光谱图像的全部像素位置的光谱数据进行叠加，得到叠加的光谱数据，然后将光谱数据输入温度判别模型和成分判别模型；

由于高速转动的摩擦搅拌焊接头和工件（4）接触位置的金属实现了融化，不同金属融化后发出的光不同，从而可以通过光谱分析的方式将金属的成分进行区分；将光谱数据输入成分判别模型就可以得到金属的成分；

将光谱数据中红外光的部分输入温度判别模型，就可以获得金属的实时温度。

5.根据权利要求1所述的转速智能控制的摩擦搅拌焊接系统，其特征在于：

上位机内预先存储有每种金属成分对应的特征波段数据，上位机从光谱分析模块获得了工件（4）的成分和实时温度；从而根据工件（4）的成分对应出特征波段，然后将图像采集控制器发送来的高光谱图像进行特征波段的提取，即仅保留特征波段的高光谱图像，从而实现数据的压缩；

上位机将特征波段的高光谱图像发送给图像分析模块，去除的其他波段的干扰，特征波段的高光谱图像更加清晰；图像分析模块将特征波段的高光谱图像进行二值化分析，然后分析是否存在沟槽、毛刺或起皮的缺陷；同时图像分析模块从上位机获取焊接区域的实时温度；

图像分析模块根据沟槽、毛刺或起皮的缺陷检测结果以及实时温度输出转速调整参数和移动速度调整参数。

6.根据权利要求5所述的转速智能控制的摩擦搅拌焊接系统，其特征在于：

图像分析模块的输出包括△r和△s；其中△r为转速调整参数，正值为增加，负值为降低；△s为移动速度调整参数，正值为增加，负值为降低；

如果存在沟槽则增加转速，降低移动速度；如果存在毛刺则降低移动速度；如果存在起皮则降低转速，提高移动速度；

实时温度如果低于阈值温度则提高转速，实时温度如果高于阈值温度则降低转速；

具体的转速调整参数和移动速度调整参数的值由沟槽、毛刺或起皮缺陷的严重程度和实时温度与阈值的差值确定。