[发明专利]一种焊接焊缝的形貌预测、虚拟仿真方法及系统

说明书

本发明公开了一种焊接焊缝的形貌预测、虚拟仿真方法及系统，本发明方法包括采集气体保护焊的工艺参数并标准化；将标准化后的工艺参数输入焊缝形貌预测神经网络模型得到焊缝的熔宽和熔深；本发明焊接焊缝的形貌虚拟仿真方法包括根据焊道的几何结构参数、熔宽Y_w和熔深Y_d生成焊道截面形貌的虚拟仿真模型图和焊道表面形貌的虚拟仿真模型图，根据熔宽Y_w和熔深Y_d生成的拟合曲线来表示焊道的顶部轮廓曲线，采用沿焊接方向堆叠的椭圆表示熔池单元。本发明能够实现对气体保护焊焊缝形貌的准确预测，基于焊接焊缝的形貌预测的结果来实现动态的焊缝形貌虚拟仿真。

技术领域

本发明涉及CO₂气体保护焊焊缝形貌的虚拟仿真技术，具体涉及一种焊接焊缝的形貌预测、虚拟仿真方法及系统。

背景技术

当前，以数字化、网络化、智能化为核心的工业技术变革正在兴起，全球的工业体系、发展模式和竞争格局出现了重大转折。目前，制造业对人才的需求越来越大，而焊接技术人才一直处于供不应求的状态。对于焊接技术性专业人才的培养往往需要大量的时间和资金的投入，但是由于现有传统的焊接作业环境恶劣，危害人体健康，劳动强度大，导致焊接人才越来越少，焊接人才培养成本也越来越高。为了节约成本，改善制造环境，解决现实生活中的各种焊接问题，以数字化、网络化、智能化为基础的焊接虚拟仿真技术应运而生，并成为焊接实训领域的研究热点。焊接虚拟仿真技术与焊接实训相结合的训练模式在焊接人才培养方面具有广阔应用前景和市场价值。然而，现有虚拟焊接系统的开发对焊接熔池形态仿真的研究皆以焊后静态仿真为主，缺乏实时的动态交互，无法实现焊缝成形动态仿真建模。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，本发明提供一种焊接焊缝的形貌预测方法，旨在实现对气体保护焊焊缝形貌的准确预测，为焊缝形貌虚拟仿真提供数据基础；本发明还提供一种焊接焊缝的形貌虚拟仿真方法，用于基于焊接焊缝的形貌预测的结果来实现动态的焊缝形貌虚拟仿真，此外本发明还进一步提供上述方法对应的系统及介质。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种焊接焊缝的形貌预测方法，包括：

S101，采集气体保护焊的工艺参数，包括焊接电压、焊枪线速度、气体流量和焊枪行走角；

S102，将工艺参数进行标准化；

S103，将标准化后的工艺参数输入焊缝形貌预测模型得到焊缝的熔宽和熔深。

可选地，步骤S103中的焊缝形貌预测模型包括分别用于预测熔宽和熔深的两个多层感知机神经网络模型，所述多层感知机神经网络模型包括输入层、隐层和输出层，输入层用于输入各个标准化后的工艺参数，隐层的函数表达式为：

，

上式中，h_j为隐层的输出，ω_ij为输入层神经元i到隐层神经元j的连接权重，b_j为隐层神经元j的偏置，x_i为输入层神经元i输入的工艺参数，n为输入层神经元的数量；隐层神经元采用sigmoid函数作为激励函数进行训练与测试，输出层的函数表达式为：

，