CN114871620A - 一种厚板焊接质量监测与控制系统及其焊接方法 - Google Patents

一种厚板焊接质量监测与控制系统及其焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种厚板焊接质量监测与控制系统及其焊接方法，通过对焊接过程的质量监测控制，实现对厚板高质量焊接。其中系统包括焊接子系统、焊接质量监测子系统和计算机控制子系统；焊接质量监测子系统实时监测焊接过程；计算机控制子系统包括特征分析模块、焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；特征分析模块提取的熔池特征值和焊接电信号特征值并判断焊接缺陷种类；焊接工艺专家系统模块内储存有焊接工艺数据库和焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库；焊接前，焊接工艺专家系统模块规划焊接路径和每道焊缝的焊接工艺参数；焊接质量控制模块控制焊接子系统进行焊接并对焊缝进行评级判断，确定是否需要停止焊接或调整焊接工艺参数。

Description

一种厚板焊接质量监测与控制系统及其焊接方法
技术领域
本发明涉及智能化焊接技术领域，特别涉及一种厚板焊接质量监测与控制系统及其焊接方法。
背景技术
厚板焊接广泛的应用于发电设备、石油化工和轨道交通中。在通常情况下，厚板结构需要采用多层多道焊接，焊接质量受到很多因素的影响，焊接工艺的复杂性和不稳定性将会导致缺陷的产生，而市场对焊接构件的精度和速度提出了更高的要求，目前大部分的厚板焊接的流程为手工焊或机器人焊接完成后进行射线探伤的方法对焊缝质量进行检测，将不符合焊接质量要求的焊层打磨去除重新进行焊接，对焊接过程的质量变化监测缺乏时效性，存在焊接效率低下，产生质量问题时成本高，人工劳动强度大等问题。在焊接过程中，熔池和匙孔包含丰富的焊接质量信息，熔池的状态特征反映了焊接质量；在焊接完成后，焊缝表面常常会反映出咬边、气孔、表面裂纹等缺陷。而市场上常见的针对熔池和焊缝的视觉监测常常需要焊工人工观察，多为焊接工人依靠自己的知识进行调整工艺，具有较大的局限性。因此监测易受焊工主观因素影响较大，一般工人由于受技术水平、疲劳程度等原因无法实现目前的焊接要求，另外焊接过程中产生的火花、飞溅、烟雾等都影响着工人的健康。对智能化焊接技术的研究就变得更为迫切，对焊接质量的监测及控制技术提出了新的要求。因此传统的焊接质量检测方法不能满足智能化焊接的需要。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种厚板焊接质量监测与控制系统，通过该系统进行厚板焊接，能够实现焊接过程中焊接缺陷识别与焊接过程的焊接参数的动态调控，实现焊接质量诊断及焊接质量控制，能够有效控制机器人自动化焊接厚板多层多道焊层间温度，避免裂纹、气孔、未熔合、夹渣等焊接缺陷，实现厚板焊接的智能制造。
本发明实现其发明目的首先提供了一种厚板焊接质量监测与控制系统，所述系统包括焊接子系统、焊接质量监测子系统和计算机控制子系统；
所述焊接子系统包括焊机、焊枪、送丝机构、焊接工作台和控制焊枪位置的焊接机器人；
所述焊接质量监测子系统用于实时监测焊接过程并把监测数据传输给计算机控制子系统，焊接质量监测子系统包括实时采集熔池图像的熔池监测模块、实时监测焊接电信号的电信号监测模块、监测焊枪高度的焊枪高度监测模块和监测焊缝温度的焊缝温度监测模块；
所述计算机控制子系统包括特征分析模块、焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；
所述特征分析模块内储存有焊接缺陷识别模型，特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取，并将提取的熔池特征值和焊接电信号特征值输入焊接缺陷识别模型，判断焊接缺陷种类，传输给焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；所述熔池特征值包括熔池的宽度，熔池的长度，熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点，所述焊接电信号特征值包括焊接电流与焊接电压的近似熵、模糊熵、样本熵；
所述焊接工艺专家系统模块内储存有各种焊接对象最优焊接工艺参数的焊接工艺数据库和焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库；焊接前，焊接工艺专家系统模块根据焊接对象信息和焊接工艺数据库规划焊接路径和每道焊缝的焊接工艺参数；所述每道焊缝的焊接工艺参数包括打底焊、填充焊、盖面焊的焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、气流量、焊枪高度、焊缝层间温度；
所述焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块规划的每道焊缝的焊接工艺参数及焊接路径控制焊接子系统进行焊接；每焊接完一道焊缝后，焊接质量控制模块均依据接收到的每道焊缝中焊接缺陷的种类和数量，计算焊缝中每种焊接缺陷的缺陷率，然后根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断，确定是否需要停止焊接或调整焊接工艺参数：
如评级判断结果确定无需调整焊接工艺参数，以焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要调整焊接工艺参数，焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库对焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数进行调整，以调整后的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要停止焊接，则停止焊接并报警。
上述某一个焊接缺陷的缺陷率是指在一条焊缝中，采集所有熔池特征值及焊接电信号特征值的样本中，被焊接质量控制模块评为该焊接缺陷的数量占所有样本的比例。
进一步，本发明系统所述厚板焊接质量监测与控制系统用于厚度为25～100mm厚板的填丝电弧焊和填丝激光电弧复合焊。
进一步，本发明系统所述熔池监测模块包括CMOS相机、相机镜头和滤光片，所述电信号监测模块包括电流传感器、电压传感器和数据采集卡，所述焊缝温度监测模块为红外传感器，所述焊枪高度监测模块为激光传感器。
进一步，本发明系统所述特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像进行预处理及特征值提取的具体方法是：对熔池图像依次进行ROI提取，图像分割、二值化、图像合并、提取熔池轮廓，绘制熔池轮廓，提取熔池的特征值，包括熔池的宽度，熔池的长度，熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点，完成对熔池图像的预处理及特征值提取。
进一步，本发明系统所述特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的焊接电信号进行预处理及特征值提取的具体方法是：对焊接电信号进行小波变换预处理，提取焊接电信号的特征值，包括电流与电压的近似熵、模糊熵、样本熵，完成对焊接电信号的预处理及特征值提取。
进一步，本发明系统所述焊接缺陷识别模型为通过预实验训练得到的多分类SVM模型，所述多分类SVM模型的核函数为高斯核函数。
进一步，本发明系统所述焊接质量控制模块对焊缝进行评级判断的评级策略所包含的焊接缺陷有夹杂缺陷、气孔缺陷、未熔合缺陷、焊偏缺陷；所述焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库包括焊丝偏移量与焊偏缺陷率的回归方程、焊接电流与夹杂缺陷率的回归方程、焊接速度与未熔合缺陷率的回归方程、气流量与气孔缺陷率的回归方程。
所述回归方程通过做单因素变量预实验建立，单因素变量预实验的焊接速度步长0.1mm/s、气流量步长为0.1L/min、焊丝偏移量步长为0.1mm，焊接电流步长1A。
回归方程的构建方法是：1、根据预测目标确定自变量因变量；2、绘制散点图，确认回归模型类型；y＝anxn+…+a1x1+a0x0；3、估计模型参数，建立回归模型，使用多重线性回归近似拟合非线性回归；4、寻找最好的阶数，从第二阶开始尝试到第20阶，在模型得分接近的情况下，尽量选择阶数低的模型；5、对回归模型进行检验，确认模型，完成回归方程构建。
焊偏缺陷的产生主要是由于焊丝对中性差所造成的，因此通过做焊丝偏移量的单因素变量实验确定焊丝偏移量对焊偏缺陷率的关系。在焊接前对母材的坡口进行清理，去除油脂、毛刺，保持母材干净的情况下，夹杂缺陷的产生主要受到焊接电流的影响，导致熔池搅动不足，产生夹杂缺陷，因此通过焊接电流的单因素变量实验确定焊接电流与夹杂缺陷率的关系。未熔合缺陷产生主要是由于焊接速度过快导致焊缝金属未与母材金属充分熔合，因此通过做焊接速度的单因素变量实验确定焊接速度与未熔合缺陷率的关系。气孔缺陷的产生是由于保护气体对焊接过程高温金属的保护不足所造成的，因此通过做气流量的单因素变量实验确定气流量与气孔缺陷率的关系。
更进一步，本发明系统所述焊接质量控制模块依据接收到的每道焊缝中焊接缺陷存在的种类及缺陷率对焊缝进行评级判断的判断标准是：如果同时满足焊缝中夹杂缺陷率小于0.5％、未熔合缺陷率小于0.5％、气孔缺陷率小于0.5％、焊偏缺陷率小于0.5％，则评定焊缝等级为A级，无需调整下一道焊缝的焊接工艺参数；如果同时满足焊缝中夹杂缺陷率小于3％、未熔合缺陷率小于3％、气孔缺陷率小于2％、焊偏缺陷率小于2％，且焊缝等级不符合A级要求，则评定焊缝等级为B级，需要调整下一道焊缝的焊接工艺参数；如果焊缝等级不符合A、B级，则评定焊缝等级为C级，停止焊接并报警。
上述夹杂缺陷率是指在一条焊缝中，采集所有熔池特征值及焊接电信号特征值的样本中，被焊接质量控制模块评为夹杂缺陷的数量占所有样本的比例。上述气孔缺陷率是指在一条焊缝中，采集所有熔池特征值及焊接电信号特征值的样本中，被焊接质量控制模块评为气孔缺陷的数量占所有样本的比例。上述未熔合缺陷率是指在一条焊缝中，采集所有熔池特征值及焊接电信号特征值的样本中，被焊接质量控制模块评为未熔合缺陷的数量占所有样本的比例。上述焊偏缺陷率是指在一条焊缝中，采集所有熔池特征值及焊接电信号特征值的样本中，被焊接质量控制模块评为焊偏缺陷的数量占所有样本的比例。
更进一步，如果焊缝等级为B级，调整下一道焊缝的焊接工艺参数的具体方法是：
如果焊偏缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的焊丝偏移量，否则，根据焊丝偏移量与焊偏缺陷率的回归方程计算当前焊偏缺陷率对应的焊丝偏移量l当前和焊偏缺陷率为0的焊丝偏移量l0，计算二者差值Δl＝l当前-l0，焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊丝偏移量至l-Δl，其中l为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊丝偏移量；
如果夹杂缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的焊接电流，否则，根据焊接电流与夹杂缺陷率的回归方程计算当前夹杂缺陷率的焊接电流A当前和夹杂缺陷率为0的焊接电流A0，计算二者差值ΔA＝A当前-A0，焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊接电流至A-ΔA，其中A为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊接电流；
如果未熔合缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的焊接速度，否则，根据焊接速度与未熔合缺陷率的回归方程计算当前未熔合缺陷率的焊接速度
Figure BDA0003661334930000044
和未熔合缺陷率为0的焊接速度
Figure BDA0003661334930000042
计算二者差值
Figure BDA0003661334930000043
焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊接速度至Vweld-ΔVweld，其中Vweld为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊接速度；
如果气孔缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的气流量，否则，根据气流量与气孔缺陷率的回归方程计算当前气孔缺陷率的气流量L当前和气孔缺陷率为0的气流量L0，计算二者差值ΔL＝ L当前-L0，焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的气流量至L-ΔL，其中L为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的气流量。
本发明实现其发明目的还提供了一种上述厚板焊接质量监测与控制系统的焊接方法，所述方法步骤如下：
S1、启动所述厚板焊接质量监测与控制系统，固定焊接工件于焊接工作台上，将焊接对象信息输入计算机控制子系统的焊接工艺专家系统模块中，焊接工艺专家系统模块根据焊接对象信息和焊接工艺数据库规划每道焊缝的焊接工艺参数和焊接路径；
S2、焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块规划的第一道焊缝的焊接工艺参数控制焊接子系统开始焊接；
S3、焊接过程中，焊接质量监测子系统的熔池监测模块、电信号监测模块、焊枪高度监测模块、焊缝温度监测模块分别实时监测焊接过程的熔池图像、焊接电信号、焊枪高度和焊缝温度并把监测数据传输给计算机控制子系统；
S4、计算机控制子系统的特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取，并将提取的熔池特征值和焊接电信号特征值输入焊接缺陷识别模型，判断焊接缺陷种类，传输给焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；；
S5、焊接完一道焊缝后，焊接质量控制模块依据接收到的焊缝中焊接缺陷的种类和数量，计算焊缝中每种焊接缺陷的缺陷率，然后根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断，确定是否需要停止焊接或调整焊接工艺参数：
如评级判断结果确定无需调整焊接工艺参数，以焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要调整焊接工艺参数，焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库对焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数进行调整，以调整后的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要停止焊接，则停止焊接并报警；
S6、焊接质量控制模块控制焊接子系统的焊枪移动至下一道焊缝焊接的起始点，根据焊接工艺专家系统模块规划的焊接工艺参数调整焊枪高度；根据焊缝温度监测模块监测的焊缝温度控制下一道焊缝的焊接开始时间，当焊缝温度下降至焊接工艺专家系统模块规划的焊缝层间温度时，焊接质量控制模块根据步骤S5确定的焊接工艺参数控制焊接子系统进行下一道焊缝的焊接；
S7、重复步骤S3-S6，直至焊接完成。
焊接完成后，将本次焊接工件的所有焊接工艺参数储存进计算机控制子系统，不断更新优化焊接工艺数据库和焊接缺陷识别模型，提高厚板焊接的效率，使得厚板焊件的质量控制稳定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明焊接工艺专家系统模块内储存有焊接工艺数据库，焊接前可根据焊接工艺数据库和焊接对象信息规划焊接路径和每道焊缝的焊接工艺参数，可保证焊接质量，提高焊接效率。
二、本发明特征分析模块内储存有焊接缺陷识别模型，焊接过程中，焊接质量监测子系统实时监测焊接过程的熔池图像、焊接电信号，然后通过特征分析模块对熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取，利用熔池特征值和焊接电信号特征值，实现焊接缺陷种类的在线精准识别，判断整道焊缝的焊接缺陷率。
三、本发明焊接质量控制模块在每一道焊缝完成后，以焊接缺陷率为指标对焊缝质量进行评价，根据评价结果确定是否需要调整下一道焊缝的焊接工艺参数，如果需要调整，利用焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库对下一道焊缝的焊接工艺参数进行调整，克服焊接过程中的焊接质量复杂变化，不易控制的缺点，实现稳定平稳地完成厚板焊接。
四、焊接过程中，本发明焊接质量监测子系统实时监测焊接过程的焊缝温度，通过焊缝温度控制下一道焊缝焊接的开始，解决了厚板多层多道焊的焊接过程焊缝层间的热积累高，难以实现自动化控制的弊端，避免焊缝层间温度过高导致的裂纹、热影响区晶粒粗大等问题。
五、焊接过程中，本发明焊接质量监测子系统实时监测焊接过程的焊枪高度，保证焊枪高度与焊接工艺专家系统模块规划的每道焊缝的焊枪一致，进一步保证焊接质量稳定。
总之，本发明的监测与控制系统解决了厚板焊接焊焊缝质量较差，人工检测与控制难度大，焊缝质量受人为因素干扰，造成返修严重影响生产进度的缺点，实现焊接过程缺陷智能识别与焊接质量的智能控制。
下面通过具体实施方式及附图对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例厚板焊接质量监测与控制系统的焊枪部分的结构示意图。
图中，1为熔池检测模块，2为焊缝温度监测模块，3为焊枪高度监测模块，4为焊接子系统的焊枪。
图2为本发明实施例特征分析模块对熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取的流程示意图。
图3为本发明实施例焊接缺陷识别模型训练过程示意图。
图4为本发明实施例采用厚板焊接质量监测与控制系统焊接后的焊缝截面图。
具体实施方式
实施例
一种厚板焊接质量监测与控制系统，所述系统包括焊接子系统、焊接质量监测子系统和计算机控制子系统；
所述焊接子系统包括焊机、焊枪、送丝机构、焊接工作台和控制焊枪位置的焊接机器人；
所述焊接质量监测子系统用于实时监测焊接过程并把监测数据传输给计算机控制子系统，焊接质量监测子系统包括实时采集熔池图像的熔池监测模块、实时监测焊接电信号的电信号监测模块、监测焊枪高度的焊枪高度监测模块和监测焊缝温度的焊缝温度监测模块；
所述计算机控制子系统包括特征分析模块、焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；
所述特征分析模块内储存有焊接缺陷识别模型，特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取，并将提取的熔池特征值和焊接电信号特征值输入焊接缺陷识别模型，判断焊接缺陷种类，传输给焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；所述熔池特征值包括熔池的宽度，熔池的长度，熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点，所述焊接电信号特征值包括焊接电流与焊接电压的近似熵、模糊熵、样本熵；
所述焊接工艺专家系统模块内储存有各种焊接对象最优焊接工艺参数的焊接工艺数据库和焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库；焊接前，焊接工艺专家系统模块根据焊接对象信息和焊接工艺数据库规划焊接路径和每道焊缝的焊接工艺参数；所述每道焊缝的焊接工艺参数包括打底焊、填充焊、盖面焊的焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、气流量、焊枪高度、焊缝层间温度；
所述焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块规划的每道焊缝的焊接工艺参数及焊接路径控制焊接子系统进行焊接；每焊接完一道焊缝后，焊接质量控制模块均依据接收到的每道焊缝中焊接缺陷的种类和数量，计算焊缝中每种焊接缺陷的缺陷率，然后根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断，确定是否需要停止焊接或调整焊接工艺参数：
如评级判断结果确定无需调整焊接工艺参数，以焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要调整焊接工艺参数，焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库对焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数进行调整，以调整后的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要停止焊接，则停止焊接并报警。
本例所述厚板焊接质量监测与控制系统用于厚度为25～100mm厚板的填丝电弧焊和填丝激光电弧复合焊。
本例所述熔池监测模块包括CMOS相机、相机镜头和滤光片，所述电信号监测模块包括电流传感器、电压传感器和数据采集卡，所述焊缝温度监测模块为红外传感器，所述焊枪高度监测模块为激光传感器。图1为本例厚板焊接质量监测与控制系统的焊枪部分的结构示意图。图中，1为熔池检测模块，2为焊缝温度监测模块，3为焊枪高度监测模块，4为焊接子系统的焊枪。
本例所述特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像进行预处理及特征值提取的具体方法是：对熔池图像依次进行ROI提取，图像分割、二值化，、图像合并、提取熔池轮廓，绘制熔池轮廓，提取熔池的特征值，包括熔池的宽度，熔池的长度，熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点，完成对熔池图像的预处理及特征值提取。
本例所述特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的焊接电信号进行预处理及特征值提取的具体方法是：对焊接电信号进行小波变换预处理，提取焊接电信号的特征值，包括电流与电压的近似熵、模糊熵、样本熵，完成对焊接电信号的预处理及特征值提取。本例中计算熵值的相似容限为r＝0.2 ×SD，数据长度N＝1000。
图2是本例特征分析模块对熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取的流程示意图。
本例所述焊接缺陷识别模型为通过预实验训练得到的多分类SVM模型，所述多分类SVM模型的核函数为高斯核函数。
本例焊接缺陷识别模型通过如下方法建立：
1、准备建立焊接缺陷模型所需预实验焊件，预实验焊件包括有夹杂、气孔、未熔合、焊偏缺陷的焊件和正常无缺陷焊件；
2、进行单因素变量实验，熔池监测模块采集熔池图像(采集频率为50帧)，电信号监测模块采集焊接过程的电流电压信息(采集频率为10kHz)，特征分析模块对熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取；所述熔池特征值包括熔池的宽度，熔池的长度，熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点，所述焊接电信号特征值包括焊接电流与焊接电压的近似熵、模糊熵、样本熵；
3、进行焊接缺陷识别模型训练
(1)准备样本集：焊接熔池图像采集频率设置为50Hz，实际电压值及电流值的采集频率设置为 10kHz，在焊接过程中，将熔池图像及焊接过程电信号进行预处理及特征值提取，每5张熔池图片特征值的均值作为一个样本(即熔池的宽度、熔池的长度、熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点)，每1 000个实际输出电压及电流数据计算出熵值作为一个样本(即电压近似熵、电压模糊熵、电压样本熵、电流近似熵、电流模糊熵、电流样本熵)，因此每0.1s的焊接数据作为一个样本(包括 10个特征值)，将样本依照焊缝形貌与焊缝探伤结果划分为夹杂、气孔、未熔合、焊偏和正常五类标签，最后将所有样本组合成一个样本集；
(2)样本集划分：对样本集中特征值数据进行归一化处理，将不同类型的特征数值大小变为一致，消除不同特征值数据之间的数量值差异，按照预设的比例将标注后的样本集划分为训练集、测试集；
Figure BDA0003661334930000091
其中，x原始为一个样本里的值，min为一个样本里的最小值，max为一个样本里的最大值。
(3)核函数的选取:常用的核函数分为线性核函数、多项式核函数、高斯核函数、Sigmoid核函数，焊接过程是一个非线性过程，因此获取的熔池图像特征值数据及电信号特征值数据为线性不可分，这就需要利用到核函数将数据集映射到高维空间，这样数据在高维空间中就线性可分。而高斯核函数常用于解决这类问题，因此选用高斯核函数作为多分类SVM模型的核函数。
(4)多分类SVM模型参数优化：采用n折交叉验证，将样本集划分为n份，将n-1份样本作为训练集，将1份样本作为测试集，设置参数C(惩罚系数)和g(gamma值)的选区范围，进行穷举，依据准确率的大小确定最佳参数C(惩罚系数)和g(gamma值)的值。采用3折、5折和10 折交叉验证，选取惩罚系数C最小的参数组合作为最佳参数；
(5)多分类SVM模型建立:用得到的惩罚系数c与gamma值g对整个样本训练集进行训练得到多分类SVM模型；
(6)使用样本测试集对训练好的焊接缺陷识别模型进行测试，生成多分类SVM模型(焊接缺陷识别模型)。
图3为本例焊接缺陷识别模型训练过程示意图。
本例所述焊接质量控制模块对焊缝进行评级判断的评级策略所包含的焊接缺陷有夹杂缺陷、气孔缺陷、未熔合缺陷、焊偏缺陷；所述焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库包括焊丝偏移量与焊偏缺陷率的回归方程、焊接电流与夹杂缺陷率的回归方程、焊接速度与未熔合缺陷率的回归方程、气流量与气孔缺陷率的回归方程。
本例所述焊接质量控制模块依据接收到的每道焊缝中焊接缺陷存在的种类及缺陷率对焊缝进行评级判断的判断标准是：如果同时满足焊缝中夹杂缺陷率小于0.5％、未熔合缺陷率小于0.5％、气孔缺陷率小于0.5％、焊偏缺陷率小于0.5％，则评定焊缝等级为A级，无需调整下一道焊缝的焊接工艺参数；如果同时满足焊缝中夹杂缺陷率小于3％、未熔合缺陷率小于3％、气孔缺陷率小于2％、焊偏缺陷率小于2％，且焊缝等级不符合A级要求，则评定焊缝等级为B级，需要调整下一道焊缝的焊接工艺参数；如果焊缝等级不符合A、B级，则评定焊缝等级为C级，停止焊接并报警。
如果焊缝等级为B级，调整下一道焊缝的焊接工艺参数的具体方法是：
如果焊偏缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的焊丝偏移量，否则，根据焊丝偏移量与焊偏缺陷率的回归方程计算当前焊偏缺陷率对应的焊丝偏移量l当前和焊偏缺陷率为0的焊丝偏移量l0，计算二者差值Δl＝l当前-l0，焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊丝偏移量至l-Δl，其中l为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊丝偏移量；
如果夹杂缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的焊接电流，否则，根据焊接电流与夹杂缺陷率的回归方程计算当前夹杂缺陷率的焊接电流A当前和夹杂缺陷率为0的焊接电流A0，计算二者差值ΔA＝A当前-A0，焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊接电流至A-ΔA，其中A为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊接电流；
如果未熔合缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的焊接速度，否则，根据焊接速度与未熔合缺陷率的回归方程计算当前未熔合缺陷率的焊接速度
Figure BDA0003661334930000101
和未熔合缺陷率为0的焊接速度
Figure BDA0003661334930000102
计算二者差值
Figure BDA0003661334930000103
焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊接速度至Vweld-ΔVweld，其中Vweld为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊接速度；
如果气孔缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的气流量，否则，根据气流量与气孔缺陷率的回归方程计算当前气孔缺陷率的气流量L当前和气孔缺陷率为0的气流量L0，计算二者差值ΔL＝ L当前-L0，焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的气流量至L-ΔL，其中L为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的气流量。
一种上述的厚板焊接质量监测与控制系统的焊接方法，步骤如下：
S1、启动所述厚板焊接质量监测与控制系统，固定焊接工件于焊接工作台上，将焊接对象信息输入计算机控制子系统的焊接工艺专家系统模块中，焊接工艺专家系统模块根据焊接对象信息和焊接工艺数据库规划每道焊缝的焊接工艺参数和焊接路径；
S2、焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块规划的第一道焊缝的焊接工艺参数控制焊接子系统开始焊接；
S3、焊接过程中，焊接质量监测子系统的熔池监测模块、电信号监测模块、焊枪高度监测模块、焊缝温度监测模块分别实时监测焊接过程的熔池图像、焊接电信号、焊枪高度和焊缝温度并把监测数据传输给计算机控制子系统；
S4、计算机控制子系统的特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取，并将提取的熔池特征值和焊接电信号特征值输入焊接缺陷识别模型，判断焊接缺陷种类，传输给焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；；
S5、焊接完一道焊缝后，焊接质量控制模块依据接收到的焊缝中焊接缺陷的种类和数量，计算焊缝中每种焊接缺陷的缺陷率，然后根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断，确定是否需要停止焊接或调整焊接工艺参数：
如评级判断结果确定无需调整焊接工艺参数，以焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要调整焊接工艺参数，焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库对焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数进行调整，以调整后的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要停止焊接，则停止焊接并报警；
S6、焊接质量控制模块控制焊接子系统的焊枪移动至下一道焊缝焊接的起始点，根据焊接工艺专家系统模块规划的焊接工艺参数调整焊枪高度；根据焊缝温度监测模块监测的焊缝温度控制下一道焊缝的焊接开始时间，当焊缝温度下降至焊接工艺专家系统模块规划的焊缝层间温度时，焊接质量控制模块根据步骤S5确定的焊接工艺参数控制焊接子系统进行下一道焊缝的焊接；
S7、重复步骤S3-S6，直至焊接完成。
采用本例厚板焊接质量监测与控制系统及焊接方法对母材为Q235B，板厚为30mm的厚板进行焊接，焊接工艺专家系统模块根据焊接对象信息和焊接工艺数据库规划的每道焊缝的焊接工艺参数如下：
焊道层 焊接电流 焊接电压 焊接速度 送丝速度 气流量 焊枪高度 焊缝层间温度
打底焊第一层 180A～200A 17V～19V 5mm·s<sup>-1</sup> 7m·min<sup>-1</sup> 25L·min<sup>-1</sup> 2mm
填充焊第二层 250A～270A 24V～30V 4mm·s<sup>-1</sup> 8m·min<sup>-1</sup> 25L·min<sup>-1</sup> 2mm 300℃
填充焊第三层 250A～270A 24V～30V 4mm·s<sup>-1</sup> 8m·min<sup>-1</sup> 25L·min<sup>-1</sup> 2mm 300℃
填充焊第四层 250A～270A 24V～30V 4mm·s<sup>-1</sup> 8m·min<sup>-1</sup> 25L·min<sup>-1</sup> 2mm 300℃
填充焊第五层 250A～270A 24V～30V 4mm·s<sup>-1</sup> 8m·min<sup>-1</sup> 25L·min<sup>-1</sup> 2mm 300℃
填充焊第六层 250A～270A 24V～30V 4mm·s<sup>-1</sup> 8m·min<sup>-1</sup> 25L·min<sup>-1</sup> 2mm 300℃
填充焊第七层 250A～270A 24V～30V 4mm·s<sup>-1</sup> 8m·min<sup>-1</sup> 25L·min<sup>-1</sup> 2mm 300℃
填充焊第八层 250A～270A 24V～30V 4mm·s<sup>-1</sup> 8m·min<sup>-1</sup> 25L·min<sup>-1</sup> 2mm 300℃
盖面焊第九层 220A～240A 19V～23V 5mm·s<sup>-1</sup> 7m·min<sup>-1</sup> 25L·min<sup>-1</sup> 2mm 300℃
焊接中厚板焊接质量监测与控制系统根据每道焊缝的缺陷情况对焊接工艺参数进行调整，图4为本例焊接后的焊缝截面图，从图中可以看出焊缝成型良好。

Claims (10)

1.一种厚板焊接质量监测与控制系统，其特征在于，所述系统包括焊接子系统、焊接质量监测子系统和计算机控制子系统；
所述焊接子系统包括焊机、焊枪、送丝机构、焊接工作台和控制焊枪位置的焊接机器人；
所述焊接质量监测子系统用于实时监测焊接过程并把监测数据传输给计算机控制子系统，焊接质量监测子系统包括实时采集熔池图像的熔池监测模块、实时监测焊接电信号的电信号监测模块、监测焊枪高度的焊枪高度检测模块和监测焊缝温度的焊缝温度监测模块；
所述计算机控制子系统包括特征分析模块、焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；
所述特征分析模块内储存有焊接缺陷识别模型，特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取，并将提取的熔池特征值和焊接电信号特征值输入焊接缺陷识别模型，判断焊接缺陷种类，传输给焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；所述熔池特征值包括熔池的宽度，熔池的长度，熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点，所述焊接电信号特征值包括焊接电流与焊接电压的近似熵、模糊熵、样本熵；
所述焊接工艺专家系统模块内储存有各种焊接对象最优焊接工艺参数的焊接工艺数据库和焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库；焊接前，焊接工艺专家系统模块根据焊接对象信息和焊接工艺数据库规划焊接路径和每道焊缝的焊接工艺参数；所述每道焊缝的焊接工艺参数包括打底焊、填充焊、盖面焊的焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、气流量、焊枪高度、焊缝层间温度；
所述焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块规划的每道焊缝的焊接工艺参数及焊接路径控制焊接子系统进行焊接；每焊接完一道焊缝后，焊接质量控制模块均依据接收到的每道焊缝中焊接缺陷的种类和数量，计算焊缝中每种焊接缺陷的缺陷率，然后根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断，确定是否需要停止焊接或调整焊接工艺参数：
如评级判断结果确定无需调整焊接工艺参数，以焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要调整焊接工艺参数，焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库对焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数进行调整，以调整后的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要停止焊接，则停止焊接并报警。
2.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统，其特征在于：所述厚板焊接质量监测与控制系统用于厚度为25～100mm厚板的填丝电弧焊和填丝激光电弧复合焊。
3.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统，其特征在于：所述熔池监测模块包括CMOS相机、相机镜头和滤光片，所述电信号监测模块包括电流传感器、电压传感器和数据采集卡，所述焊缝温度监测模块为红外传感器，所述焊枪高度监测模块为激光传感器。
4.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统，其特征在于：所述特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像进行预处理及特征值提取的具体方法是：对熔池图像依次进行ROI提取，图像分割、二值化、图像合并、提取熔池轮廓，绘制熔池轮廓，提取熔池的特征值，包括熔池的宽度，熔池的长度，熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点，完成对熔池图像的预处理及特征值提取。
5.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统，其特征在于：所述特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的焊接电信号进行预处理及特征值提取的具体方法是：对焊接电信号进行小波变换预处理，提取焊接电信号的特征值，包括电流与电压的近似熵、模糊熵、样本熵，完成对焊接电信号的预处理及特征值提取。
6.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统，其特征在于：所述焊接缺陷识别模型为通过预实验训练得到的多分类SVM模型，所述多分类SVM模型的核函数为高斯核函数。
7.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统，其特征在于：所述焊接质量控制模块对焊缝进行评级判断的评级策略所包含的焊接缺陷有夹杂缺陷、气孔缺陷、未熔合缺陷、焊偏缺陷；所述焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库包括焊丝偏移量与焊偏缺陷率的回归方程、焊接电流与夹杂缺陷率的回归方程、焊接速度与未熔合缺陷率的回归方程、气流量与气孔缺陷率的回归方程。
8.根据权利要求1或7所述的厚板焊接质量监测与控制系统，其特征在于：所述焊接质量控制模块根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断的判断标准是：如果同时满足焊缝中夹杂缺陷率小于0.5％、未熔合缺陷率小于0.5％、气孔缺陷率小于0.5％、焊偏缺陷率小于0.5％，则评定焊缝等级为A级，无需调整下一道焊缝的焊接工艺参数；如果同时满足焊缝中夹杂缺陷率小于3％、未熔合缺陷率小于3％、气孔缺陷率小于2％、焊偏缺陷率小于2％，且焊缝等级不符合A级要求，则评定焊缝等级为B级，需要调整下一道焊缝的焊接工艺参数；如果焊缝等级不符合A、B级，则评定焊缝等级为C级，停止焊接并报警。
9.根据权利要求7所述的厚板焊接质量监测与控制系统，其特征在于：如果焊缝等级为B级，调整下一道焊缝的焊接工艺参数的具体方法是：
如果焊偏缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的焊丝偏移量，否则，根据焊丝偏移量与焊偏缺陷率的回归方程计算当前焊偏缺陷率对应的焊丝偏移量l当前和焊偏缺陷率为0的焊丝偏移量l0，计算二者差值Δl＝l当前-l0，焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊丝偏移量至l-Δl，其中l为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊丝偏移量；
如果夹杂缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的焊接电流，否则，根据焊接电流与夹杂缺陷率的回归方程计算当前夹杂缺陷率的焊接电流A当前和夹杂缺陷率为0的焊接电流A0，计算二者差值ΔA＝A当前-A0，焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊接电流至A-ΔA，其中A为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊接电流；
如果未熔合缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的焊接速度，否则，根据焊接速度与未熔合缺陷率的回归方程计算当前未熔合缺陷率的焊接速度
Figure FDA0003661334920000031
和未熔合缺陷率为0的焊接速度
Figure FDA0003661334920000032
计算二者差值
Figure FDA0003661334920000033
焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊接速度至Vweld-ΔVweld，其中Vweld为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊接速度；
如果气孔缺陷率小于0.5％，则不调整下一道焊缝焊接的气流量，否则，根据气流量与气孔缺陷率的回归方程计算当前气孔缺陷率的气流量L当前和气孔缺陷率为0的气流量L0，计算二者差值ΔL＝L当前-L0，焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的气流量至L-ΔL，其中L为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的气流量。
10.一种权利要求1-9任一所述的厚板焊接质量监测与控制系统的焊接方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
S1、启动所述厚板焊接质量监测与控制系统，固定焊接工件于焊接工作台上，将焊接对象信息输入计算机控制子系统的焊接工艺专家系统模块中，焊接工艺专家系统模块根据焊接对象信息和焊接工艺数据库规划每道焊缝的焊接工艺参数和焊接路径；
S2、焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块规划的第一道焊缝的焊接工艺参数控制焊接子系统开始焊接；
S3、焊接过程中，焊接质量监测子系统的熔池监测模块、电信号监测模块、焊枪高度监测模块、焊缝温度监测模块分别实时监测焊接过程的熔池图像、焊接电信号、焊枪高度和焊缝温度并把监测数据传输给计算机控制子系统；
S4、计算机控制子系统的特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取，并将提取的熔池特征值和焊接电信号特征值输入焊接缺陷识别模型，判断焊接缺陷种类，传输给焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块；；
S5、焊接完一道焊缝后，焊接质量控制模块依据接收到的焊缝中焊接缺陷的种类和数量，计算焊缝中每种焊接缺陷的缺陷率，然后根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断，确定是否需要停止焊接或调整焊接工艺参数：
如评级判断结果确定无需调整焊接工艺参数，以焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要调整焊接工艺参数，焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库对焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数进行调整，以调整后的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数；
如评级判断结果确定需要停止焊接，则停止焊接并报警；
S6、焊接质量控制模块控制焊接子系统的焊枪移动至下一道焊缝焊接的起始点，根据焊接工艺专家系统模块规划的焊接工艺参数调整焊枪高度；根据焊缝温度监测模块监测的焊缝温度控制下一道焊缝的焊接开始时间，当焊缝温度下降至焊接工艺专家系统模块规划的焊缝层间温度时，焊接质量控制模块根据步骤S5确定的焊接工艺参数控制焊接子系统进行下一道焊缝的焊接；
S7、重复步骤S3-S6，直至焊接完成。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116511652A (zh) * 2023-06-30 2023-08-01 江苏永大化工设备有限公司 一种气体保护焊接工艺参数优化系统及方法
CN117020361A (zh) * 2023-08-30 2023-11-10 鹤山市福维德智能设备有限公司 一种机械制造自动检测装置及检测方法
CN117340495A (zh) * 2023-12-05 2024-01-05 山东力乐包装股份有限公司 一种基于人工智能的设备质量控制系统
CN117798460A (zh) * 2024-03-01 2024-04-02 广州华凯车辆装备有限公司 一种超高强钢与高强钢焊接结构焊接系统及其应用方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4613743A (en) * 1984-12-03 1986-09-23 General Electric Company Arc welding adaptive process control system
CN103182582A (zh) * 2013-04-03 2013-07-03 广州市精源电子设备有限公司 微电弧点焊电源及微电弧点焊方法
CN105855743A (zh) * 2016-05-04 2016-08-17 华中科技大学 一种焊接熔池动态过程在线监测系统及方法
CN105965127A (zh) * 2016-03-29 2016-09-28 唐山松下产业机器有限公司 一种自动焊接装置及其控制方法
CN106001849A (zh) * 2016-06-24 2016-10-12 中车南京浦镇车辆有限公司 一种城际轨道列车转向架的环境自适应焊接系统及焊接方法
CN106777876A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 湘潭大学 一种用于机器人的旋转电弧焊缝跟踪系统信息处理方法
CN108608099A (zh) * 2018-06-20 2018-10-02 济南大学 一种瓦楞板焊接机器人的焊枪校正方法
CN113182684A (zh) * 2021-03-25 2021-07-30 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 双光束激光填丝焊接方法及装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4613743A (en) * 1984-12-03 1986-09-23 General Electric Company Arc welding adaptive process control system
CN103182582A (zh) * 2013-04-03 2013-07-03 广州市精源电子设备有限公司 微电弧点焊电源及微电弧点焊方法
CN105965127A (zh) * 2016-03-29 2016-09-28 唐山松下产业机器有限公司 一种自动焊接装置及其控制方法
CN105855743A (zh) * 2016-05-04 2016-08-17 华中科技大学 一种焊接熔池动态过程在线监测系统及方法
CN106001849A (zh) * 2016-06-24 2016-10-12 中车南京浦镇车辆有限公司 一种城际轨道列车转向架的环境自适应焊接系统及焊接方法
CN106777876A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 湘潭大学 一种用于机器人的旋转电弧焊缝跟踪系统信息处理方法
CN108608099A (zh) * 2018-06-20 2018-10-02 济南大学 一种瓦楞板焊接机器人的焊枪校正方法
CN113182684A (zh) * 2021-03-25 2021-07-30 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 双光束激光填丝焊接方法及装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116511652A (zh) * 2023-06-30 2023-08-01 江苏永大化工设备有限公司 一种气体保护焊接工艺参数优化系统及方法
CN116511652B (zh) * 2023-06-30 2023-09-08 江苏永大化工设备有限公司 一种气体保护焊接工艺参数优化系统及方法
CN117020361A (zh) * 2023-08-30 2023-11-10 鹤山市福维德智能设备有限公司 一种机械制造自动检测装置及检测方法
CN117020361B (zh) * 2023-08-30 2024-02-09 鹤山市福维德智能设备有限公司 一种机械制造自动检测装置及检测方法
CN117340495A (zh) * 2023-12-05 2024-01-05 山东力乐包装股份有限公司 一种基于人工智能的设备质量控制系统
CN117798460A (zh) * 2024-03-01 2024-04-02 广州华凯车辆装备有限公司 一种超高强钢与高强钢焊接结构焊接系统及其应用方法

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