[發明專利]一種基于雙波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性檢測方法

在審

• 申請號: 202211729234.0
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN116038072A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 王克鴻;余榮偉;王波;彭勇;黃勇;周明
• 申請（專利權）人: 佛山國防科技工業技術成果產業化應用推廣中心;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權代理有限公司 32424
• 代理人: 徐彪

本發明公開了一種基于雙波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性檢測方法，首先基于雙波段成像設計了一套焊接溫度場測量系統；然后在熔池周圍的焊接熱影響區隨機選取一塊感興趣區域（Region?of?Interest,ROI），提出了一種HOG算法對ROI溫度場的分布特征進行提取；最后使用人工神經網絡建立了GMAW焊接熔透性檢測模型。本發明為GMAW焊接熔透性的在線檢測提供了一種新的方法，對進一步提高電弧增材制造質量具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種基于雙波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性檢測方法。

背景技術

近年來，電弧增材制造技術發展迅速，在航空航天、能源動力、智能制造等領域得到了廣泛應用，傳統的電弧增材制造質量診斷都是通過焊前工藝實驗或者焊后檢測，存在檢測效率低、檢測準確率不高等問題，難以滿足現代制造業對生產加工效率的要求，因此實現電弧增材制造質量的在線高精度監測成為焊接領域的研究熱點，對推動電弧增材制造技術的發展具有重要意義。

在電弧增材制造過程中，打底焊的熔透性在很大程度上決定了焊接質量，因此實現打底焊熔透性的在線監測就顯得尤為重要。目前焊接熔透性的檢測方法主要有熔池視覺傳感法、電弧聲檢測法等。對于熔池視覺傳感法，由于熔池的視覺特征和焊接熔透性密切相關，目前國內外很多學者通過提取熔池的二維視覺特征來檢測焊接熔透性，然而伴隨焊接過程會產生強烈的電弧光，這為高信噪比熔池圖像的采集帶來了很大挑戰，目前普遍都是采用在相機鏡頭前面加裝減光片和濾光片的手段，減小電弧光對熔池圖像采集的影響，這種手段一般需要進行大量的調試實驗，并且在有些情況下也不能達到很好的效果。對于電弧聲檢測法，相比于采集熔池圖像，采集電弧聲音相對要容易，目前很多學者嘗試提取電弧聲音的多種典型特征用于焊接熔透性的在線檢測，然而電弧聲音信號很容易受到工業背景噪聲的干擾，因此這些研究成果還只能初步停留在實驗階段，難以應用到實際監測環境。

溫度也是焊接過程中的一個重要信息，焊接溫度場的分布及變化與焊接成形質量密切相關，通過輻射測溫手段在線測量出焊接溫度場的分布，后續使用圖像處理算法提取出其重要特征，繼而建立其與焊接成形質量的關系，也是實現焊接成形質量的在線監測的重要手段。

發明內容

本發明一種基于雙波段成像和梯度方向直方圖(Histograms?of?OrientedGradients,HOG)的熔化極氣體保護焊(Gas?Metal?Arc?Welding,GMAW)熔透性檢測方法，首先基于雙波段成像設計了一套焊接溫度場測量系統；然后在熔池周圍的焊接熱影響區隨機選取一塊感興趣區域(Region?of?Interest,ROI)，提出了一種HOG算法對ROI溫度場的分布特征進行提取；最后使用人工神經網絡建立了GMAW焊接熔透性檢測模型。本發明為GMAW焊接熔透性的在線檢測提供了一種新的方法，對進一步提高電弧增材制造質量具有重要意義。

本發明所采用的技術方案有：

一種基于雙波段成像和HOG的GMAW焊接熔透性檢測方法，包括：

1)設置焊接溫度場測量系統，該系統包括計算機，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，系統中各部件對應功能為：

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完成熔池周圍瞬態焊接溫度場測量后，在熔池周圍的焊接熱影響區隨機選取一塊感興趣區域(Region?of?Interest,ROI)，將該感興趣區域分成4塊小區域，然后對這4塊小區域分別進行HOG特征提取，獲得每塊小區域的HOG特征向量，最后將所有小區域的HOG特征向量串聯在一起得到最終感興趣區域溫度場的HOG特征向量；