[發(fā)明專利]一種基于雙波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211729234.0
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN116038072A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王克鴻;余榮偉;王波;彭勇;黃勇;周明
• 申請（專利權(quán)）人: 佛山國防科技工業(yè)技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣中心;廣東華研智能科技有限公司
• 主分類號: B23K9/095
• 分類號: B23K9/095;B23K9/173
• 代理公司: 南京新慧恒誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32424
• 代理人: 徐彪

1.一種基于雙波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性檢測方法，其特征在于：包括：

1)設(shè)置焊接溫度場測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括計算機，安裝在焊槍上的分光鏡、兩片紅外波段濾光片和兩個紅外相機，系統(tǒng)中各部件對應(yīng)功能為：

所述分光鏡用于將入射光線分成兩路相同的輸出；

所述紅外波段濾光片用于選擇特定紅外波段的光通過；

所述紅外相機用于焊件在所述特定紅外波段下的成像；

所述計算機用于對紅外相機輸出的圖像進行處理，計算得到焊接溫度場；

2)通過焊接溫度場測量系統(tǒng)完成熔池周圍瞬態(tài)焊接溫度場測量后，在熔池周圍的焊接熱影響區(qū)隨機選取一塊感興趣區(qū)域，將該感興趣區(qū)域分成4塊小區(qū)域，然后對這4塊小區(qū)域分別進行HOG特征提取，獲得每塊小區(qū)域的HOG特征向量，最后將所有小區(qū)域的HOG特征向量串聯(lián)在一起得到最終感興趣區(qū)域溫度場的HOG特征向量；

3)以提取得到的感興趣區(qū)域溫度場的HOG特征向量作為輸入，GMAW焊接熔透性作為輸出，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立GMAW焊接熔透性檢測模型，用于未熔透、熔透、過熔透、焊漏四種熔透狀態(tài)的在線檢測。

2.如權(quán)利要求1所述的基于雙波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性檢測方法，其特征在于：焊接溫度場的計算推導(dǎo)過程為：

將兩個紅外相機的曝光時間和增益設(shè)置成相同，兩個紅外相機輸出圖像的灰度值分別為N(λ₁,T)和N(λ₂,T)，其比值為：

式中，λ₁、λ₂分別為兩紅外波段濾光片的中心波長，δλ₁、δλ₂分別為兩紅外波段濾光片的帶寬，η(λ)為兩紅外相機的光譜響應(yīng)率，τ(λ)為紅外相機中透鏡的光譜透過率，γ(λ)為兩紅外波段濾光片的光譜透過率，L(λ,T)為溫度為T的焊件在波長λ下的光譜輻射亮度；

根據(jù)積分中值定理，式(1)可寫成：

根據(jù)普朗克輻射定律，可得到：

式中，ε(λ,T)為焊件的光譜發(fā)射率，無量綱，C₂為第二輻射常數(shù)；

令：

式(3)就可以寫成：

設(shè)ε(λ₁,T)≈ε(λ₂,T)，式(5)就可以寫成：

式中，K值由焊接溫度場測量系統(tǒng)的本身決定，通過標(biāo)定實驗得到。

3.如權(quán)利要求1所述的基于雙波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性檢測方法，其特征在于：感興趣區(qū)域中HOG特征提取的具體過程為：

(1)計算出感興趣區(qū)域溫度場圖像每個像素點的梯度，圖像中像素點(x,y)的梯度為：

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)分別為圖像中像素點(x,y)處的水平方向梯度、垂直方向梯度以及像素值；

由此可以計算得到像素點(x,y)處的梯度幅值和方向，分別為：

(2)將梯度方向的間距設(shè)置為30°，而后統(tǒng)計感興趣區(qū)域溫度場的梯度方向直方圖；

(3)使用矢量分解的方法進行梯度方向直方圖的統(tǒng)計，得到感興趣區(qū)域溫度場的HOG特征向量，具體的統(tǒng)計方法為：

設(shè)相鄰兩個梯度方向角分別為θ₁和θ₂，θ₁＜θ₂，在進行梯度方向直方圖統(tǒng)計時，如果θ₁＜θ＜θ₂，使用矢量分解的方法對相鄰兩個梯度方向直方圖進行投票，設(shè)像素點在θ方向上的梯度幅值為G，分解到θ₁方向上的幅值為G₁，分解到θ₂方向上的幅值為G₂，則有：

可以解出：

式(12)就是改進后的梯度方向直方圖統(tǒng)計計算公式。