[發(fā)明專利]基于熔池圖像和深度殘差網(wǎng)絡(luò)的增材余高預(yù)測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011200767.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN112017186A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸駿;趙壯;韓靜;張毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京知譜光電科技有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06N3/04;G06K9/62;B23K9/16;B23K9/04;B33Y50/00
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張學(xué)彪

本發(fā)明涉及基于熔池圖像和深度殘差網(wǎng)絡(luò)的增材余高預(yù)測(cè)方法，屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的調(diào)控，其方法包括以下步驟，1.搭建監(jiān)測(cè)設(shè)備，2.圖像處理，3.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)難度簡(jiǎn)化，4.整合局部信息，5.提升網(wǎng)絡(luò)性能，6.預(yù)測(cè)計(jì)算。本發(fā)明基于熔池圖像和深度殘差網(wǎng)絡(luò)精確的預(yù)測(cè)增材余高，增材時(shí)熔覆層余高的變化一定程度上反映熔深的變化，通過監(jiān)測(cè)余高實(shí)現(xiàn)增材制造過程的質(zhì)量管控，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焊縫未來余高發(fā)展趨勢(shì)，便于實(shí)時(shí)調(diào)控焊接質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于熔池圖像和深度殘差網(wǎng)絡(luò)的增材余高預(yù)測(cè)方法，屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

一般的焊接過程是以焊接熔深和良好的熔透性為重點(diǎn)，但由于熔敷層重熔區(qū)的影響，很難監(jiān)測(cè)增材過程時(shí)的熔深。而增材時(shí)熔覆層余高的變化一定程度上反映了熔深的變化，因此通過監(jiān)測(cè)余高從而實(shí)現(xiàn)增材制造過程的質(zhì)量管控。事實(shí)上，零件的堆積是由一系列單層單道堆積而成的，因此這些單層單道的成形尺寸和質(zhì)量直接決定了堆積零件的成形質(zhì)量。而焊接過程是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過程，在這個(gè)過程中，包括熔池的形態(tài)、溫度場(chǎng)的分布、物質(zhì)光譜的強(qiáng)弱，也在不斷地發(fā)生變化。因此，監(jiān)測(cè)這些物理量的變化來反映當(dāng)前焊接的狀況，就顯得尤為重要。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)的興起，深度學(xué)習(xí)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，其中也包括焊接領(lǐng)域。一種基于深度殘差的網(wǎng)絡(luò)，利用熔池視覺信息對(duì)電弧增材制造過程中各熔覆層的余高增量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。將熔池視覺信息圖作為輸入值，對(duì)其做卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算估算出熔覆層的余高，同時(shí)通過歸一化均方誤差，即Mean Squared Error，縮寫為MSE，損失函數(shù)計(jì)算歸一化的相對(duì)誤差，以便可以對(duì)所有樣本均等訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供基于熔池圖像和深度殘差網(wǎng)絡(luò)的增材余高預(yù)測(cè)方法，其具體技術(shù)方案如下：

基于熔池圖像和深度殘差網(wǎng)絡(luò)的增材余高預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟一：搭建監(jiān)測(cè)設(shè)備：搭建焊接裝置和視覺傳感裝置，焊接裝置和視覺傳感裝置均安裝在焊接機(jī)器人上，所述焊接裝置包括焊接電源、送絲器和冷卻系統(tǒng)；所述視覺傳感裝置設(shè)置有彩色CDD相機(jī)；

步驟二：圖像處理：通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)熔池圖像的深層特征，建立熔池圖像與每一層余高的關(guān)系；

步驟三：網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)難度簡(jiǎn)化：網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)采用殘差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，殘差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將輸入信息直接繞道傳到輸出，使網(wǎng)絡(luò)不直接擬合原來的映射，從而擬合殘差映射；

步驟四：整合局部信息：獲取利用殘差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)輸出的特征圖并進(jìn)行池化，進(jìn)行第一個(gè)全連接來整合前面池化層中具有類別區(qū)分性的局部信息；

步驟五：提升網(wǎng)絡(luò)性能：全連接層的每個(gè)神經(jīng)元的激勵(lì)函數(shù)采用ReLU函數(shù)，最后一層的全連接輸出值傳遞出來即是余高；

步驟六：預(yù)測(cè)計(jì)算：利用均方誤差，預(yù)測(cè)具體數(shù)值，其計(jì)算公式為：

（1）

式中是預(yù)測(cè)值，是真實(shí)值，n是樣本數(shù)。

進(jìn)一步的，所述殘差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用殘差塊作為基本組成單元，殘差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過殘差塊的基本結(jié)構(gòu)提取圖像特征。

進(jìn)一步的，所述熔池圖像的特征提取部分的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為Resnet-34。

進(jìn)一步的，所述熔池圖像大小選取為640*350并縮放至200*100。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明基于熔池圖像和深度殘差網(wǎng)絡(luò)精確的預(yù)測(cè)增材余高，增材時(shí)熔覆層余高的變化一定程度上反映熔深的變化，通過監(jiān)測(cè)余高實(shí)現(xiàn)增材制造過程的質(zhì)量管控，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焊縫未來余高發(fā)展趨勢(shì)，便于實(shí)時(shí)調(diào)控焊接質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的熔池圖像監(jiān)測(cè)設(shè)備圖，