[发明专利]一种基于双波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性检测方法

权利要求书

1.一种基于双波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性检测方法，其特征在于：包括：

1)设置焊接温度场测量系统，该系统包括计算机，安装在焊枪上的分光镜、两片红外波段滤光片和两个红外相机，系统中各部件对应功能为：

所述分光镜用于将入射光线分成两路相同的输出；

所述红外波段滤光片用于选择特定红外波段的光通过；

所述红外相机用于焊件在所述特定红外波段下的成像；

所述计算机用于对红外相机输出的图像进行处理，计算得到焊接温度场；

2)通过焊接温度场测量系统完成熔池周围瞬态焊接温度场测量后，在熔池周围的焊接热影响区随机选取一块感兴趣区域，将该感兴趣区域分成4块小区域，然后对这4块小区域分别进行HOG特征提取，获得每块小区域的HOG特征向量，最后将所有小区域的HOG特征向量串联在一起得到最终感兴趣区域温度场的HOG特征向量；

3)以提取得到的感兴趣区域温度场的HOG特征向量作为输入，GMAW焊接熔透性作为输出，基于人工神经网络建立GMAW焊接熔透性检测模型，用于未熔透、熔透、过熔透、焊漏四种熔透状态的在线检测。

2.如权利要求1所述的基于双波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性检测方法，其特征在于：焊接温度场的计算推导过程为：

将两个红外相机的曝光时间和增益设置成相同，两个红外相机输出图像的灰度值分别为N(λ₁,T)和N(λ₂,T)，其比值为：

式中，λ₁、λ₂分别为两红外波段滤光片的中心波长，δλ₁、δλ₂分别为两红外波段滤光片的带宽，η(λ)为两红外相机的光谱响应率，τ(λ)为红外相机中透镜的光谱透过率，γ(λ)为两红外波段滤光片的光谱透过率，L(λ,T)为温度为T的焊件在波长λ下的光谱辐射亮度；

根据积分中值定理，式(1)可写成：

根据普朗克辐射定律，可得到：

式中，ε(λ,T)为焊件的光谱发射率，无量纲，C₂为第二辐射常数；

令：

式(3)就可以写成：

设ε(λ₁,T)≈ε(λ₂,T)，式(5)就可以写成：

式中，K值由焊接温度场测量系统的本身决定，通过标定实验得到。

3.如权利要求1所述的基于双波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性检测方法，其特征在于：感兴趣区域中HOG特征提取的具体过程为：

(1)计算出感兴趣区域温度场图像每个像素点的梯度，图像中像素点(x,y)的梯度为：

G_x(x,y)＝H(x+1,y)-H(x-1,y)(7)

G_y(x,y)＝H(x,y+1)-H(x,y-1)(8)

式中，G_x(x,y)、G_y(x,y)、H(x,y)分别为图像中像素点(x,y)处的水平方向梯度、垂直方向梯度以及像素值；

由此可以计算得到像素点(x,y)处的梯度幅值和方向，分别为：

(2)将梯度方向的间距设置为30°，而后统计感兴趣区域温度场的梯度方向直方图；

(3)使用矢量分解的方法进行梯度方向直方图的统计，得到感兴趣区域温度场的HOG特征向量，具体的统计方法为：

设相邻两个梯度方向角分别为θ₁和θ₂，θ₁＜θ₂，在进行梯度方向直方图统计时，如果θ₁＜θ＜θ₂，使用矢量分解的方法对相邻两个梯度方向直方图进行投票，设像素点在θ方向上的梯度幅值为G，分解到θ₁方向上的幅值为G₁，分解到θ₂方向上的幅值为G₂，则有：

可以解出：

式(12)就是改进后的梯度方向直方图统计计算公式。