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文檔簡介
1、穿孔等離子弧焊接(keyhole plasma arc welding,K-PAW)工藝能夠?qū)χ泻癜宀婚_坡口、一次焊透,在工業(yè)領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。由于等離子弧作用于熔池形成一個貫穿工件厚度的小孔,小孔的穩(wěn)定性對工藝參數(shù)的變化較為敏感。實時檢測穿孔狀態(tài)是對K-PAW焊接過程有效控制的先決條件。已有小孔狀態(tài)間接檢測方法以及從工件背面對小孔與熔池信息進行視覺檢測的方法,均存在各自的缺點。
本研究采用視覺傳感方法從工件正面拍攝熔池、等離
2、子弧與小孔入口的圖像,提取出不同工藝條件下的正面熔池與小孔入口的動態(tài)變化信息,基于深度學(xué)習(xí)算法,從獲取的正面熔池圖像出發(fā),預(yù)測熔池的穿孔狀態(tài)與熔透情況,為等離子弧焊接穿孔狀態(tài)的實時預(yù)測與控制奠定了基礎(chǔ)。
構(gòu)建了PAW正面熔池視覺檢測系統(tǒng),設(shè)計復(fù)合濾光系統(tǒng)以克服強弧光等干擾,沿焊接方向拍攝熔池,獲取了清晰的熔池尾部圖像。對熔池圖像特點進行分析,提出了基于多經(jīng)驗參數(shù)約束的邊緣檢測算法;利用熔池圖像的曲線特點、經(jīng)驗圖像邊緣信息、前3
3、幅熔池圖像邊緣信息、弧光最小外接曲線等多種經(jīng)驗參數(shù)對圖像邊緣進行約束,搜索獲得熔池邊緣信息。結(jié)果表明,該算法與傳統(tǒng)的搜索方法相比,具有較強的魯棒性和適應(yīng)性。
為獲取完整的正面熔池圖像,從工件的側(cè)面(垂直于焊接方向)對正面熔池進行拍攝,設(shè)計特制的減光片對不同的熔池區(qū)域進行不同的減光,并采用合適的濾波器解決了強弧光干擾、電弧與熔池輻射強度反差大等問題,分辨出熔池與電弧邊界,獲得完整的正面熔池圖像。開發(fā)經(jīng)驗參數(shù)約束的Canny算子對
4、熔池邊緣進行提取。設(shè)定的5個經(jīng)驗參數(shù)約束能夠有效避免噪聲干擾,獲得不同工藝條件下熔池的幾何尺寸。
建立雙CCD攝像機同步檢測系統(tǒng),同時拍攝出正面熔池和小孔入口的圖像,建立圖像配準公式,將不同角度拍攝的圖像轉(zhuǎn)換到同一個物理坐標系中,使得熔池圖像和小孔入口圖像融為一體。通過邊緣信息的提取,獲得了實際的熔池與小孔入口尺寸。在焊接工藝參數(shù)變化時,小孔入口的尺寸變化幅度明顯大于正面熔池。
基于正面熔池檢測與背面小孔檢測CCD,
5、構(gòu)成同步檢測系統(tǒng),獲得了對正面熔池與背面小孔出口的清晰圖像。設(shè)計恒流焊接試驗與受控脈沖焊接試驗,對不同焊接條件下的電弧、熔池和小孔關(guān)系進行分析,發(fā)現(xiàn)熔池中包含的特征信息與小孔狀態(tài)聯(lián)系密切,在穿孔狀態(tài)、小孔閉合狀態(tài)、小孔形成與長大的過程中,熔池中反射電弧表現(xiàn)出不同的形態(tài),可以與熔池特征信息一起作為判斷小孔是否穿透的依據(jù)。
由于正面熔池的特征信息與穿孔/熔透情況之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系,其關(guān)鍵特征的提取是進行穿孔狀態(tài)預(yù)測的先決條件
6、。采用深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,自動提取熔池圖像中的特征信息;直接使用熔池圖像作為模型的輸入,進行充分訓(xùn)練之后進行穿孔狀態(tài)及熔透的預(yù)測。
通過工藝實驗建立訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫,獲得約12000幅正面熔池和背面小孔圖像的數(shù)據(jù)對,其中訓(xùn)練數(shù)據(jù)約10000條,驗證數(shù)據(jù)約1000條,測試數(shù)據(jù)約1000條。建立包括5層卷積,3層全連接的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對模型參數(shù)和分類方法進行微調(diào),利用等離子弧焊接正面熔池和穿孔圖像目標訓(xùn)練集和反向傳播對其進行繼
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