本发明专利技术提出了一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法，包括步骤1、建立关系模型、获取典型焊缝表面缺陷的图像；步骤2、利用传感器实时获取当前坡口的错边量和坡口间隙，焊道的特征尺寸以及当前焊道表面的图像和当前焊道的尺寸；步骤3、对焊接工艺参数进行动态调节，实现GTAW焊缝成形的自适应控制；并动态重建出焊道整体的表面缺陷分布图和尺寸分布图。本发明专利技术解决了焊接生产中由于工件加工精度、装配误差、焊接热变形等引起的焊缝成形质量问题，并实现焊缝宏观尺寸、焊缝不连续性以及焊缝表面缺陷的检测，提高焊接缺陷的可追溯性和可探测性。
【技术实现步骤摘要】
一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法
本专利技术属于焊接自动化与高效化焊接
，特别是涉及一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法。
技术介绍
受工件加工精度、装配误差、焊接热变形等因素的影响，在实际焊接过程中，坡口的实际尺寸往往与设计尺寸存在一定的差异。在这种情况下，若仍以恒定的焊接路径及焊接工艺规范进行焊接，势必会带来焊缝成形不良的问题，且很容易产生焊接缺陷。在生产中，为了保证焊接产品的质量，有必要规避并监测这些问题。目前，一般由焊接操作者对焊接过程进行观察，根据自身的生产经验来对焊接工艺参数进行实时调整来实现焊缝成形的控制，并通过焊后人工外观目视检测来判别焊缝的表面缺陷。但这种途径对人的经验与操作技术具有较大的依赖性，也增加了焊接操作者的劳动强度。若能够在焊接过程中对焊缝成形进行自适应控制，并对焊缝的外观质量进行在线的检测，将有利于焊接自动化水平的进一步提高，并获得更加稳定的焊接产品质量。
技术实现思路
本专利技术目的是针对目前焊缝成形控制和焊后缺陷检测自动化和柔性化程度较低的问题，提出了一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法。从根本上解决了焊接生产中由于工件加工精度、装配误差、焊接热变形等引起的焊缝成形质量问题，并实现焊缝宏观尺寸、焊缝不连续性以及焊缝表面缺陷的检测，提高焊接缺陷的可追溯性和可探测性。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，通过工艺试验，建立错边量、坡口间隙、焊缝底部特征尺寸和焊接工艺参数之间的关系模型，并获取典型焊缝表面缺陷的图像，根据典型焊缝表面缺陷的图像特征设计图像识别算法；步骤2，在打底焊过程中，利用焊枪前部的结构光传感器实时获取当前坡口的错边量和坡口间隙；在填充焊过程中，利用焊枪前部的结构光传感器实时获取前序焊道的特征尺寸；利用焊枪后部的视觉传感器获取当前焊道表面的图像，利用焊枪后部的结构光传感器获取当前焊道的尺寸；步骤3，利用步骤1中所述关系模型，根据步骤2中实时获得的错边量、坡口间隙和前序焊道的特征尺寸对焊接工艺参数进行动态调节，实现GTAW焊缝成形的自适应控制；根据步骤2中获得的焊道表面的图像，利用图像识别算法识别表面缺陷的类型和尺寸，并综合焊接过程中已采集到的焊道表面图像与焊道尺寸，动态重建出焊道整体的表面缺陷分布图和尺寸分布图。进一步地，步骤1中所述的关系模型具体为错边量、坡口间隙、焊缝底部特征尺寸、焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度及送丝角度之间的关系模型；所述焊缝底部特征尺寸对于打底焊道来说指的是钝边厚度、底部圆弧半径和坡口角度；对于填充和盖面焊道来说指的是焊缝宽度和焊缝表面曲率。进一步地，步骤1中所述的典型焊缝表面缺陷具体为表面气孔、表面裂纹、咬边、焊缝成形不良和焊瘤。进一步地，步骤2中当前坡口的错边量和坡口间隙是基于线结构光测量原理，再结合图像处理方法得到。进一步地，步骤2中所述的前序焊道的特征尺寸指的是焊缝宽度和焊缝表面曲率。进一步地，所述动态调节的参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度和送丝角度。进一步地，步骤3中所述的自适应控制具体指根据错边量、坡口间隙、坡口角度、底部圆弧半径和前序焊道特征尺寸的实时变化，对包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度和送丝角度在内的焊接工艺参数进行实时调整以达到稳定而优良的焊缝成形。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：(1)本专利技术所提出的方法并不局限于特定的材料，坡口形式和板厚，适应性强。本专利技术对焊缝成形的实时控制是基于工艺试验，对于高度非线性和强时变特征的焊接过程来说具有较高的可靠性。本专利技术在制定自适应控制策略时还考虑了多层多道焊时前序焊缝的特征尺寸，对于厚板的多层多道焊时的焊缝成形控制同样适用。(2)本专利技术在对焊缝成形进行自适应控制时还对焊缝表面缺陷和焊道尺寸进行实时识别与记录，在焊接过程中就完成了部分焊后质量检测的工作，提高了焊接生产的效率，使焊接质量具有更好的可追溯性。附图说明图1是本专利技术硬件系统构成的三维示意图；图2是变截面平板GTAW自适应控制对接试验件形状及组对方式图；图3是变截面平板GTAW自适应控制对接试验件焊缝成形图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本专利技术提出一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，通过工艺试验，建立错边量、坡口间隙、焊缝底部特征尺寸和焊接工艺参数之间的关系模型，并获取典型焊缝表面缺陷的图像，根据典型焊缝表面缺陷的图像特征设计图像识别算法；步骤1中所述的关系模型具体为错边量、坡口间隙、焊缝底部特征尺寸、焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度及送丝角度之间的关系模型；所述焊缝底部特征尺寸对于打底焊道来说指的是钝边厚度、底部圆弧半径和坡口角度；对于填充和盖面焊道来说指的是焊缝宽度和焊缝表面曲率。但根据坡口形式的不同，不仅限于此范围。步骤1中所述的典型焊缝表面缺陷具体为表面气孔、表面裂纹、咬边、焊缝成形不良和焊瘤。步骤2，在打底焊过程中，利用焊枪前部的结构光传感器实时获取当前坡口的错边量和坡口间隙；在填充焊过程中，利用焊枪前部的结构光传感器实时获取前序焊道的特征尺寸；利用焊枪后部的视觉传感器获取当前焊道表面的图像，利用焊枪后部的结构光传感器获取当前焊道的尺寸；步骤2中当前坡口的错边量和坡口间隙是基于线结构光测量原理，再结合图像处理方法得到。步骤2中所述的前序焊道的特征尺寸指的是焊缝宽度和焊缝表面曲率。但根据坡口形式的不同，不仅限于此范围。步骤3，利用步骤1中所述关系模型，根据步骤2中实时获得的错边量、坡口间隙和前序焊道的特征尺寸对焊接工艺参数进行动态调节，实现GTAW焊缝成形的自适应控制；根据步骤2中获得的焊道表面的图像，利用图像识别算法识别表面缺陷的类型和尺寸，并综合焊接过程中已采集到的焊道表面图像与焊道尺寸，动态重建出焊道整体的表面缺陷分布图和尺寸分布图。步骤3中对焊接工艺参数进行动态调节，其依据是步骤1中所获得的错边量，坡口间隙，焊缝底部特征尺寸和焊接工艺参数之间的关系模型；获取给定错边量，坡口间隙，焊缝底部特征尺寸时对应焊接工艺参数的计算方法包括带入数学表达式计算、专家数据库查询和人工神经元网络预测。所述动态调节的参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度和送丝角度。步骤3中所述的自适应控制具体指根据错边量、坡口间隙、坡口角度、底部圆弧半径和前序焊道特征尺寸的实时变化，对包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度和送丝角度在内的焊接工艺参数进行实时调整以达到稳定而优良的焊缝成形。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n步骤1，通过工艺试验，建立错边量、坡口间隙、焊缝底部特征尺寸和焊接工艺参数之间的关系模型，并获取典型焊缝表面缺陷的图像，根据典型焊缝表面缺陷的图像特征设计图像识别算法；/n步骤2，在打底焊过程中，利用焊枪前部的结构光传感器实时获取当前坡口的错边量和坡口间隙；在填充焊过程中，利用焊枪前部的结构光传感器实时获取前序焊道的特征尺寸；利用焊枪后部的视觉传感器获取当前焊道表面的图像，利用焊枪后部的结构光传感器获取当前焊道的尺寸；/n步骤3，利用步骤1中所述关系模型，根据步骤2中实时获得的错边量、坡口间隙和前序焊道的特征尺寸对焊接工艺参数进行动态调节，实现GTAW焊缝成形的自适应控制；根据步骤2中获得的焊道表面的图像，利用图像识别算法识别表面缺陷的类型和尺寸，并综合焊接过程中已采集到的焊道表面图像与焊道尺寸，动态重建出焊道整体的表面缺陷分布图和尺寸分布图。/n
【技术特征摘要】
1.一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，通过工艺试验，建立错边量、坡口间隙、焊缝底部特征尺寸和焊接工艺参数之间的关系模型，并获取典型焊缝表面缺陷的图像，根据典型焊缝表面缺陷的图像特征设计图像识别算法；
步骤2，在打底焊过程中，利用焊枪前部的结构光传感器实时获取当前坡口的错边量和坡口间隙；在填充焊过程中，利用焊枪前部的结构光传感器实时获取前序焊道的特征尺寸；利用焊枪后部的视觉传感器获取当前焊道表面的图像，利用焊枪后部的结构光传感器获取当前焊道的尺寸；
步骤3，利用步骤1中所述关系模型，根据步骤2中实时获得的错边量、坡口间隙和前序焊道的特征尺寸对焊接工艺参数进行动态调节，实现GTAW焊缝成形的自适应控制；根据步骤2中获得的焊道表面的图像，利用图像识别算法识别表面缺陷的类型和尺寸，并综合焊接过程中已采集到的焊道表面图像与焊道尺寸，动态重建出焊道整体的表面缺陷分布图和尺寸分布图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述的关系模型具体为错边量、坡口间隙、焊缝底部特征尺寸、焊接电流、焊接电压、焊...
【专利技术属性】
技术研发人员：林三宝，蔡笑宇，董博伦，杨卫鹏，张勤练，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，西安航天发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23
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