[發明專利]一種基于同軸監測的真空激光焊接焊縫缺陷識別方法

在審

• 申請號: 202011400726.6
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112548321A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 李俐群;陶汪;宮建鋒;孟圣昊;付吉遠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K26/03
• 分類號: B23K26/03;B23K26/12;B23K26/70
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種基于同軸監測的真空激光焊接焊縫缺陷識別方法，涉及一種真空激光焊接焊縫缺陷識別方法。本發明是要解決現有的真空環境下激光焊接熔池和表面特征信息監測受到真空倉體積限制的技術問題。本發明為在真空艙內的實時焊接表面熔池動態監測系統，該系統以高動態的工業CMOS相機為主要傳感設備，集成了濾光系統、計算機等設備，基于熔池的同軸監測，圖像特征信息的提取、缺陷識別與判斷，為今后實現在工業中的應用提供基礎的開發平臺。

技術領域

本發明涉及一種真空激光焊接焊縫缺陷識別方法。

背景技術

真空激光焊接方法經過30余年的發展呈現出巨大的技術優勢并具有廣闊的市場發展前景。總結國內外研究現狀可知該方法最顯著的特點有三：熔深大、羽輝小、質量高。同時真空激光焊接方法適用于多種工程常用材料，尤其對銅合金、鈦合金以及鎳基高溫合金等難焊材料有著極佳的焊接效果。

為了保證真空環境其通常需要在真空艙內進行焊接，不僅限制了工件尺寸，同時對焊接過程中熔池及表面特征信息的動態變化檢測造成了很大限制。而焊接過程中熔池的穩定性與焊接質量密切聯系。因此，開發基于熔池圖像視覺傳感的真空激光焊接過程的檢測技術，已成為保證焊接接頭質量的關鍵。

焊接過程的各類監測方式中，基于光信號的視覺傳感檢測區域更大，所獲得的圖像信息更為直觀豐富，信息量更大，受到了國內外研究人員的重視。激光焊接視覺監測方式可根據光信號的采集角度分為同軸采集和旁軸采集。由于真空倉內體積有限，旁軸采集圖像極易受到空間大小的限制，與旁軸采集相比，同軸采集由于直接從熔池正上方采集圖像，獲取熔池形狀、大小等信息更加全面準確。由于獲取的是熔池及匙孔的俯視圖像，所以沒有發生變形，有利于采集圖像之后進行的圖像處理和特征信息的提取。同時同軸監測系統結構緊湊，安裝更為容易，占用的空間小，使得其具有很高的工業應用性。

發明內容

本發明是要解決現有的真空環境下激光焊接熔池和表面特征信息監測受到真空倉體積限制的技術問題，而提供一種基于同軸監測的真空激光焊接焊縫缺陷識別方法。

本發明的基于同軸監測的真空激光焊接焊縫缺陷識別方法是按以下步驟進行的：

將兩個待焊接母材放置在真空倉內，接頭形式為對接，啟動激光頭進行焊接，焊接過程中熔池的動態圖像沿著光線傳輸到相機的鏡頭中，相機的數據輸出端與計算機的輸入端連接；所述的熔池的動態圖像傳輸的光線與激光同軸；計算機通過圖像采集模塊、低通高斯濾波模塊和輪廓提取模塊將相機拍攝到的熔池圖像提取特征信息數值，得到用于缺陷識別的特征信息為熔池寬度、熔池面積、匙孔寬度和匙孔面積，通過前向神經網絡對動態焊接過程的缺陷準確識別；

通過前向神經網絡的判斷焊接過程缺陷的方法如下：設置輸出節點，根據四種對應的焊接狀態，選擇使用一個四維向量的形式進行表述，首選確定四種典型焊接狀態：穩定、下榻、焊偏和過程不穩定的理想輸出量，經過正向的信息傳遞后，利用梯度下降法求權值變化以及誤差的反向傳播，且基于Labview軟件進行系統的編程，通過Labview自帶的數據庫中直接調用BP算法函數，將以上四種特征值結合權重和閾值進行BP算法運算后輸出實際輸出值，并與理想輸出值比對；經過BP算法后輸出的實際輸出值不會一直是理想值，判斷準則即將向量中分量最大的那個視為最貼近對應焊接狀態的值，焊接狀態即該輸出量對應的焊接狀態；通過選取合適的樣本數據實現監測系統的在線識別功能；

通過前向神經網絡學習模式的方法如下：采集焊接過程中的焊接狀態數據；使用最速下降法，通過反向傳播來不斷調整網絡的權值和閾值，使網絡的誤差平方和最小，達到最小后的權值和閾值就可以反過來根據實時采集的數據進行精確判斷焊接缺陷。

本發明的工作原理：由于焊接區域的動態范圍很大，區域中心的強等離子體發光會使得圖像傳感器的芯片產生曝光過度的問題，影響圖像質量。因此本發明所選的工業相機需要具有更大的動態響應范圍，，濾光片4和減光片5設置的作用是濾掉等離子體波長范圍的光波，使相機處于一個干擾光對于熔池輻射較弱的較窄的波段獲取熔池圖像；