一种基于贝叶斯网络的厚板T形接头焊接位置自主决策方法技术

本发明专利技术借助焊接经验与焊脚要求的视觉转换特征，提出了一种基于贝叶斯网络模型的厚板T形接头起始/焊时焊接位置的自主决策方法。首先根据视觉传感检测待焊焊缝轮廓的特征信息，将焊脚要求转换为视觉描述特征，并将焊缝填充状态判定为打底、填充和盖面焊接三个阶段；其次利用实时检测的焊缝轮廓特征点、焊缝填充判定的状态建立贝叶斯网络模型；最后结合估计后验重要抽样推理算法，基于最大后验概率准则实施焊接位置实时决策，从识别的焊缝轮廓特征点中选择后验概率最大的作为焊接位置。所述方法目的在于通过该算法模型，实现腹板板厚超过30mm的T形接头多道焊接过程中初始、焊时焊接位置的自主决策，提高焊接效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于贝叶斯网络的厚板T形接头焊接位置自主决策方法
本专利技术涉及一种基于贝叶斯网络的厚板T形接头焊接位置自主决策方法，属于基于视觉传感器的自动化焊接

技术介绍
多层多道电弧焊焊接位置的实时自主决策是影响厚板焊接效率的主要技术之一。目前，厚板焊接仍多采用多层多道电弧焊。多层多道自动化焊接中，需要连续多次从待焊区域的焊缝轮廓中选择某个位置作为下一焊缝的起焊及跟踪中的焊接位置，该选择过程即为焊接位置决策过程。由于不同的焊接位置会产生不同的焊接效果，因此有效的焊接位置决策方法不仅能提高焊接效率，而且关乎焊接质量。由于多道焊接中焊接位置的有效决策需要依据相关焊接知识、当前坡口检测信息等，所以研究与之相关的技术、算法流程等实施焊接位置自主决策过程具有很大的挑战。当前相关研究多停留在焊接位置检测、基于仿真环境的焊缝规划及基于视觉传感的焊缝初步规划与在线修正等，对于实时决策合适的焊接位置，尚无研究涉及。因此，综合考虑厚板焊接的工况特殊性，在工程上设计一种在满足接头焊接质量的同时，可以提高焊接效率的方法很有必要。
技术实现思路
本专利技术针对上述厚板T形接头焊接位置的实时决策方法存在的不足，提供了一种基于贝叶斯网络的厚板T形接头焊接位置自主决策方法，利用该模型实现多道焊接起始/焊时焊接位置的实时自主决策，力求实现满足接头焊接质量的同时，提高焊接效率。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于贝叶斯网络的厚板T形接头焊接位置自主决策方法，包括：步骤一、根据视觉传感检测待焊焊缝轮廓的特征信息，将焊脚要求转换为视觉描述特征，并将焊缝填充状态判定为打底、填充和盖面焊接三个阶段。步骤二、利用实时检测的焊缝轮廓特征点、焊缝填充判定状态建立贝叶斯网络模型，结合焊接位置的经验知识与实时识别的特征点坐标信息，计算各子节点的条件概率。步骤三、利用估计后验重要抽样推理算法获得各焊缝轮廓特征点节点的后验概率，并基于最大后验概率规则选择相应特征点作为本次采样的焊接位置。进一步地，所述步骤一中根据视觉传感检测待焊焊缝轮廓的特征信息，具体步骤如下：第一步：根据基于结构光的视觉传感采集的焊缝图像，将识别的焊缝轮廓细化为在垂直方向上有且只有一个焊缝数据点，采用公式(1)计算斜率：其中x()、y()表示数据点的坐标；n表示每次计算涉及的数据点的数目，j表示数据点脚标，i表示与j相邻的数据点的脚标。第二步：采用一维平滑滤波器进一步抑制斜率扰动。第三步：采用高达50次的多项式对斜率数据进行非线性分段拟合：f(x)＝a1x50+a2x49+…a50(2)其中系数a1,a2,…a50通过拟合的数据点的坐标确定。第四步：首先将拟合结果代替原始斜率数据进行突变性检测。其次采用式(3)获取斜率单调区间及其所在位置，并根据各单调区间的斜率变化率标记各区间的长度，从大到小对其进行排序。第五步：最后引入观察结果监督特征点的数目N，选取排序的前N个单调区间确定特征点的位置，由确定的单调区间确定特征点的位置。进一步地，所述步骤一中将焊脚要求转换为视觉描述特征，具体步骤如下：第一步：根据接头焊脚要求尺寸K1和K2确定焊脚表面与腹板之间的夹角β；第二步：识别焊缝轮廓特征点，从识别的特征点中确定腹板破口上边界点A，然后分别直线拟合腹板所在数据与底板所在数据，获得两个直线方程，确定其交点B；第三步：在图像中过A点作直线，使得该直线与已拟合腹板数据获得的直线之间的夹角为β，且该直线与已拟合底板数据获得的直线的交点为D。进一步地，所述步骤一中将焊缝填充状态判定为打底、填充和盖面焊接三个阶段，具体步骤如下：第一步：判定与是否成立，式中表示最右侧的特征点的纵坐标，表示第i个特征点的纵坐标，当最右侧特征点在图像中的最下面，且最右侧特征点与其他特征点在竖直方向上的距离相差大于等于20pixel时，当前焊接状态为打底焊接。第二步：当焊缝轮廓识别出的最右端的特征点在点D的左边时，且焊接处于非打底焊时，当前焊接处于填充焊阶段。第三步：当前焊接状态判定既不是打底焊阶段，也不是填充焊阶段，那么当前焊接状态判定为盖面焊阶段。进一步地，所述焊接位置自主决策的贝叶斯网络与各子节点的条件概率计算，具体方法如下：第一步：所述贝叶斯网络的父节点为“焊接状态”，第一层子节点为所有识别的其他特征点与最右侧特征点的水平距离，第二层子节点为所有识别的其他特征点与最右侧特征点在竖直方向的距离，第三层子节点为识别的其他特征点，最后一层为最右侧特征点。第二步：指定X表示父节点变量“焊接状态”，其有“填充焊”和“盖面焊”两个状态；指定Yi(i＝1,2,…)表示节点“水平距离i”，有两个状态“满足”和“不满足”；指定Wj(j＝1,2,…)表示节点“垂直距离j”，也有两个状态“满足”与“不满足”；指定Zk(k＝1,2,…)代表“特征点k”节点，有“选择”和“不选择”两个状态；指定O表示“最右侧特征点”节点，也有“选择”和“不选择”两个状态。第三步：子节点的条件概率定义如下：用表示节点Yk处的条件概率表示节点Wk处的条件概率表示节点Zk处的条件概率，且用π(Zk)表示节点Zk处的父节点，π(O)表示节点O处的父节点，dij表示O处的条件概率。第四步：计算模型中的“水平距离l”和“垂直距离l”，该两个变量分别指的是其他特征点与最右侧特征点的水平距离(Hl＝xrm-xl)和垂直距离(Vl＝yrm-yl)，xrm和yrm分别是最右侧特征点在图像中的坐标。第五步：在水平、垂直方向上分别设置距离阈值H0与V0，当其他特征点与最右侧特征点在水平、垂直方向上的距离均大于H0与V0时，该特征点才参与焊接位置决策中。第六步：在填充焊阶段：其中，x≥3与k∈(0,1)，取值不唯一。试验验证x＝5，k＝0.7满足决策要求。第七步：在盖面焊阶段：其中，且第八步：定义且则同样，定义且于是其中运算符号∨表示逻辑运算或运算。进一步地，所述基于最大后验概率准则实施焊接位置实时决策的具体步骤如下：第一步：确定父节点的实时证据，即确定当前焊接所处阶段。第二步：利用估计后验重要抽样推理算法获得各焊缝轮廓特征点节点的后验概率。第三步：选择后验概率最大的特征点作为本次采样的焊接位置。本专利技术有益效果：本专利技术提出了一种基于贝叶斯网络模型的厚板T形接头焊接位置自主决策方法，是一种创新性的可靠算法，该方法首先利用激光视觉传感，建立了厚板T形接头多道焊焊接阶段的自动判定方法。随后提出了T形接头多道焊焊接位置决策的贝叶斯网络模型，验证了该模型实施焊接位置自主决策的有效性，为后续改善其它典型接头焊接位置自主决策的实施打下了基础。附图说明图1为本专利技术所提供的基于贝叶斯网络模型的厚板T形接头焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于贝叶斯网络的厚板T形接头焊接位置自主决策方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一、根据视觉传感检测待焊焊缝轮廓的特征信息，将焊脚要求转换为视觉描述特征，并将焊缝填充状态判定为打底、填充和盖面焊接三个阶段；/n步骤二、利用实时检测的焊缝轮廓特征点、焊缝填充判定状态建立贝叶斯网络模型，结合焊接位置的经验知识与实时识别的特征点坐标信息，计算各子节点的条件概率；/n步骤三、利用估计后验重要抽样推理算法获得各焊缝轮廓特征点节点的后验概率，并基于最大后验概率规则选择相应特征点作为本次采样的焊接位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于贝叶斯网络的厚板T形接头焊接位置自主决策方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据视觉传感检测待焊焊缝轮廓的特征信息，将焊脚要求转换为视觉描述特征，并将焊缝填充状态判定为打底、填充和盖面焊接三个阶段；
步骤二、利用实时检测的焊缝轮廓特征点、焊缝填充判定状态建立贝叶斯网络模型，结合焊接位置的经验知识与实时识别的特征点坐标信息，计算各子节点的条件概率；
步骤三、利用估计后验重要抽样推理算法获得各焊缝轮廓特征点节点的后验概率，并基于最大后验概率规则选择相应特征点作为本次采样的焊接位置。


2.根据权利要求1所述厚板T形接头焊接位置自主决策方法，其特征在于：所述步骤一中根据视觉传感检测待焊焊缝轮廓的特征信息，具体步骤如下：
第一步：根据基于结构光的视觉传感采集的焊缝图像，将识别的焊缝轮廓细化为在垂直方向上有且只有一个焊缝数据点，采用公式(1)计算斜率：



其中x()、y()表示数据点的坐标；n表示每次计算涉及的数据点的数目，j表示数据点脚标，i表示与j相邻的数据点的脚标；
第二步：采用一维平滑滤波器进一步抑制斜率扰动；
第三步：采用高达50次的多项式对斜率数据进行非线性分段拟合：
f(x)＝a1x50+a2x49+…a50(2)
其中系数a1,a2,…a50通过拟合的数据点的坐标确定；
第四步：首先将拟合结果代替原始斜率数据进行突变性检测，其次采用式(3)获取斜率单调区间及其所在位置，并根据各单调区间的斜率变化率标记各区间的长度，从大到小对其进行排序；



第五步：最后引入观察结果监督特征点的数目N，选取排序的前N个单调区间确定特征点的位置，由确定的单调区间确定特征点的位置。


3.根据权利要求1所述厚板T形接头焊接位置自主决策方法，其特征在于：所述步骤一中将焊脚要求转换为视觉描述特征，具体步骤如下：
第一步：根据接头焊脚要求尺寸K1和K2确定焊脚表面与腹板之间的夹角β；
第二步：识别焊缝轮廓特征点，从识别的特征点中确定腹板破口上边界点A，然后分别直线拟合腹板所在数据与底板所在数据，获得两个直线方程，确定其交点B；
第三步：在图像中过A点作直线，使得该直线与已拟合腹板数据获得的直线之间的夹角为β，且该直线与已拟合底板数据获得的直线的交点为D。


4.根据权利要求3所述厚板T形接头焊接位置自主决策方法，其特征在于：所述步骤一中将焊缝填充状态判定为打底、填充和盖面焊接三个阶段，具体步骤如下：
第一步：判定是否成立，式中表示最右侧的特征点的纵坐标，表示第i个特征点的纵坐标，当最右侧特征点在图像中的最下面，且最右侧特征点与其他特征点在竖...

【专利技术属性】
技术研发人员：何银水，李岱泽，余卓骅，马国红，余乐盛，袁海涛，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36