[發明專利]一種鎖孔TIG焊焊接質量實時檢測的嵌入式裝置及方法

有效

• 申請號: 202110891305.6
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113751920B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 石永華;陳熙引;王子順
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K31/12
• 分類號: B23K31/12;B23K9/095;B23K9/32;B23K9/167
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 詹麗紅

本發明公開了一種鎖孔TIG焊焊接質量實時檢測的嵌入式裝置及方法，包括CMOS相機、AI核心板、無線模塊、焊接電流傳感模塊、焊接電壓傳感模塊、爬行機器人控制器以及深熔鎖孔TIG焊電源。通過試焊標定確定標定曝光序列，設置CMOS相機多曝光模式，通過多曝光融合技術對焊區監測。利用AI核心板，使用CNN技術分割鎖孔和熔池，并提取尺寸和Hu不變矩形態特征，結合焊接電流和電壓的特征作為輸入，再用構建的BP神經網絡實時識別熔透狀態。通過無線模塊將圖像、焊接狀態和預警信息上傳到遠程服務器。本發明適用于中厚板曲面長焊縫的鎖孔TIG焊焊接，該嵌入式裝置可安裝在爬行機器人上，實現焊接質量實時識別和遠程監測。

技術領域

本發明涉及焊接監控和圖像處理技術領域，具體涉及一種鎖孔TIG焊焊接質量實時檢測的嵌入式裝置及方法。

背景技術

近年來，隨著先進制造技術的發展和國內市場環境的不斷完善，在制造業中占有極其重要地位的重型機械行業得到了迅猛發展，對中厚金屬板材(4.5mm～25mm)的應用需求越來越大。目前，中厚板焊接結構廣泛應用于造船、大型橋梁、石油化工、鍋爐容器、重型機械等工業部門。但這些大型焊件存在大量的大曲面長焊縫的，大多只能采用手工多層多道焊，其輔助工序較多，焊縫質量穩定性差，一次焊接合格率低，返工量大，生產效率低，且工人勞動強度大，生產作業環境惡劣。當前的焊接制造工藝難以應對復雜曲面長焊縫制約了我國中厚板焊接生產制造效率的提高。

鎖孔深熔TIG焊是一種在焊接過程中利用鎖孔(keyhole)效應實現大熔深的新型高效焊接方法，可以實現不開坡口一道焊透、單面焊雙面成型并且雙面焊縫成形好，焊接質量高，且鎖孔TIG焊比較穩定，沒有飛濺主要的缺陷為未熔透或過熔透，在中厚板材的焊接場景中有著很大的應用前景。

但中厚板曲面長焊縫由于行程長，加上加工裝配和加工變形，呈現不規則且隨機的狀態。現在成熟的工控計算機+機器人的方式只能滿足一般生產線的制造要求，但由于其厚重的體積，難以攜帶，從而難以實現在曲面長焊縫移動過程中進行焊接質量實時識別和遠程監控。

發明專利CN 109719368 B公開了一種機器人焊接過程多信息采集監控系統及方法，利用帶有無線網卡的主控計算機，固定式工業機器人實現焊接的實時識別和遠程監控，該方式適用于一般生產線上的焊接應用。難以應用在需要移動或爬行的曲面長焊縫上的焊接質量實時識別和遠程監控。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種鎖孔TIG焊焊接質量實時檢測的嵌入式裝置及方法，適用于鎖孔TIG焊在中厚板曲面長焊縫的實時焊接質量識別和遠程監控。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于鎖孔TIG焊焊接質量實時檢測的嵌入式裝置的焊接質量實時檢測方法，所述嵌入式裝置包括：

CMOS相機1，與AI核心板2相連，用于實時采集鎖孔TIG焊的焊接場景圖像，傳輸圖像數據給AI核心板2；

AI核心板2，與嵌入式裝置其他組成部件進行數據通訊，并集成鎖孔TIG焊焊接質量實時檢測軟件包；

LVDS液晶觸摸屏3,與AI核心板2相連，用于本地焊接圖像實時顯示輸出，以及使用觸摸功能實現包括曝光時間在內的應用界面的參數設定輸入；

鼠標4,與AI核心板2相連，用于輔助應用軟件點擊框選和輸入參數；

無線模塊5，與AI核心板2相連，用于傳輸圖像數據、焊接狀態和預警信息到遠程服務器；

電源模塊6，與AI核心板2相連，將輸入電壓和/或電流轉換成多種電壓為嵌入式裝置各個組成部件供電；

焊接電流傳感模塊7，與AI核心板2相連，用于機器人焊接動態過程的焊接電流實時采集和傳輸，使用霍爾電流傳感器，通過RS232串口與AI核心板2通訊；