[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

说明书

本发明公开了一种基于双波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性检测方法，首先基于双波段成像设计了一套焊接温度场测量系统；然后在熔池周围的焊接热影响区随机选取一块感兴趣区域（Region of Interest,ROI），提出了一种HOG算法对ROI温度场的分布特征进行提取；最后使用人工神经网络建立了GMAW焊接熔透性检测模型。本发明为GMAW焊接熔透性的在线检测提供了一种新的方法，对进一步提高电弧增材制造质量具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种基于双波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性检测方法。

背景技术

近年来，电弧增材制造技术发展迅速，在航空航天、能源动力、智能制造等领域得到了广泛应用，传统的电弧增材制造质量诊断都是通过焊前工艺实验或者焊后检测，存在检测效率低、检测准确率不高等问题，难以满足现代制造业对生产加工效率的要求，因此实现电弧增材制造质量的在线高精度监测成为焊接领域的研究热点，对推动电弧增材制造技术的发展具有重要意义。

在电弧增材制造过程中，打底焊的熔透性在很大程度上决定了焊接质量，因此实现打底焊熔透性的在线监测就显得尤为重要。目前焊接熔透性的检测方法主要有熔池视觉传感法、电弧声检测法等。对于熔池视觉传感法，由于熔池的视觉特征和焊接熔透性密切相关，目前国内外很多学者通过提取熔池的二维视觉特征来检测焊接熔透性，然而伴随焊接过程会产生强烈的电弧光，这为高信噪比熔池图像的采集带来了很大挑战，目前普遍都是采用在相机镜头前面加装减光片和滤光片的手段，减小电弧光对熔池图像采集的影响，这种手段一般需要进行大量的调试实验，并且在有些情况下也不能达到很好的效果。对于电弧声检测法，相比于采集熔池图像，采集电弧声音相对要容易，目前很多学者尝试提取电弧声音的多种典型特征用于焊接熔透性的在线检测，然而电弧声音信号很容易受到工业背景噪声的干扰，因此这些研究成果还只能初步停留在实验阶段，难以应用到实际监测环境。

温度也是焊接过程中的一个重要信息，焊接温度场的分布及变化与焊接成形质量密切相关，通过辐射测温手段在线测量出焊接温度场的分布，后续使用图像处理算法提取出其重要特征，继而建立其与焊接成形质量的关系，也是实现焊接成形质量的在线监测的重要手段。

发明内容

本发明一种基于双波段成像和梯度方向直方图(Histograms of OrientedGradients,HOG)的熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding,GMAW)熔透性检测方法，首先基于双波段成像设计了一套焊接温度场测量系统；然后在熔池周围的焊接热影响区随机选取一块感兴趣区域(Region of Interest,ROI)，提出了一种HOG算法对ROI温度场的分布特征进行提取；最后使用人工神经网络建立了GMAW焊接熔透性检测模型。本发明为GMAW焊接熔透性的在线检测提供了一种新的方法，对进一步提高电弧增材制造质量具有重要意义。

本发明所采用的技术方案有：

一种基于双波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性检测方法，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(Region of Interest,ROI)，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；