一种搅拌摩擦焊的缺陷检测系统、方法、电子设备和介质技术方案

本申请公开了一种搅拌摩擦焊的缺陷检测系统、方法、电子设备和介质，用于提高搅拌摩擦焊的缺陷检测的效率。本申请缺陷检测方法包括：将待焊接工件放置在承接平台上，设置搅拌摩擦焊接模块、发光元件和采集相机的初始位置；启动并控制搅拌摩擦焊接模块、发光元件和采集相机依次沿着焊接路径运动；控制发光元件发出照射光，并控制采集相机获取实时检测图像；在实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线；以焊缝边缘拟合线为共同边，生成搜索框；将第一和第二缺陷搜索框进行切分，生成正方形方框；对正方形方框进行灰度分析，生成灰度分析结果；确定渐变方框的中心点，并进行分析；第一和第二缺陷搜索框内存在不规则线状中心点阵时，确定存在毛刺的缺陷。确定存在毛刺的缺陷。确定存在毛刺的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊的缺陷检测系统、方法、电子设备和介质


[0001]本申请实施例涉及搅拌摩擦焊领域，尤其涉及一种搅拌摩擦焊的缺陷检测系统、方法、电子设备和介质。

技术介绍

[0002]随着现代工业的不断发展，在船舶制造、交通运输、航空航天、海洋工程、石油化工等领域的构件成形制造，必然离不开同种材料或异种材料之间的可靠连接。焊接作为一种重要的连接方式，焊缝成形质量决定了构件使役安全性和可靠性。
[0003]搅拌摩擦焊接(Friction stir welding简称FSW)是1991年英国焊接研究所专利技术的一项固相连接技术，其具有焊接热输入低、焊接过程无污染、接头质量优异、操作简单等优点，广泛应用于铝合金、镁合金、铜合金等材料的连接。与传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊接温度低于固相线，材料不发生熔化，能够有效避免由于材料熔化而导致的接头缺陷(如气孔、热裂纹、夹渣等)。此外，还具有接头残余应力低、焊后工件变形小、接头微观组织细密、无合金元素烧损、接头强度高等优势。被称为“21世纪最具革命性的连接技术”。
[0004]其次，这项技术与原有焊接工艺相比原理简单，控制参数少，降低了焊接过程的人为因素影响，提高了安全条件和焊接质量，广泛用于航天制造业、船舶制造业、核能工业等领域，国内外对搅拌摩擦焊接技术的研究非常重视，研究主要集中在搅拌头与工件摩擦产热模型、搅拌摩擦焊接过程模拟及预测、焊缝形成与热塑金属的迁移、搅拌摩擦焊作用力影响、焊缝中缺陷形成的机制和搅拌摩擦焊接引发的残余应力与变形等方向。
[0005]搅拌摩擦焊接过程中，由于需要严格的根据工件的材料设置搅拌针的温度、搅拌针的转速、搅拌针的下压程度、轴肩的转速、轴肩的下压程度和轴肩的温度，这对于检测和控制都带来了极大的考验。如果在运行过程中，这些参数无法准确控制，则会造成待焊接的工件上存在众多的缺陷，例如飞边、匙孔、表面下凹、毛刺和犁沟等缺陷，除了匙孔属于非参数缺陷外，其他的缺陷主要都是由于在焊接过程中的参数发生了不匹配导致的。现有的技术中，待焊接工件的焊接参数不合适，会导致焊缝表面纹路比较粗糙（正常情况下应为比较均匀的鱼鳞纹路），有毛刺感，称之为毛刺缺陷。
[0006]毛刺形成原因有多种，一是待焊接工件的材料粘度过大，焊接时与轴肩发生粘连，当搅拌针和轴肩在熔融的工件中旋转时，导致材质飞溅，再由于粘连形成毛刺；二是待焊接工件在焊接前表面未处理干净，导致焊接过程中与杂质与轴肩发生粘连，材质飞溅过程中，再由于粘连形成毛刺；三是由于搅拌针和轴肩的温度过高，导致在焊接过程中待焊接工件的热输入过大，熔融程度过高形成毛刺。
[0007]上述三种毛刺缺陷的形成原因中，待焊接工件的材质粘度过大，我们可以选择特定材质的搅拌针和轴肩，降低待焊接工件的粘连，并且在焊接前清理好待焊接工件的表面，减少杂质的融入。但是对于搅拌针和轴肩的温度过高，则需要严格的检测控制技术。目前，毛刺的缺陷检测方法主要是通过人工实时监控焊缝的状态，在焊接过程中，及时处理掉焊接废料的同时，通过人工判断是否产生了毛刺的缺陷，在由人工调节搅拌针和轴肩的温度，
这样的缺陷检测方式极大程度的降低了搅拌摩擦焊的缺陷检测的效率。

技术实现思路

[0008]本申请公开了一种搅拌摩擦焊的缺陷检测系统、方法、电子设备和介质，用于提高搅拌摩擦焊的缺陷检测的效率。
[0009]本申请第一方面提供了一种搅拌摩擦焊的缺陷检测方法，包括：将待焊接工件放置在承接平台上，根据预设的焊接路径设置搅拌摩擦焊接模块、发光元件和采集相机的初始位置，发光元件的长度大于搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径；启动搅拌摩擦焊接模块，并控制搅拌摩擦焊接模块、发光元件和采集相机依次沿着焊接路径运动；当采集相机移动到预设点位时，控制发光元件发出垂直于待焊接工件的照射光，并控制采集相机对已焊接的一段区域进行拍摄，获取实时检测图像；根据搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和焊接路径在实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线；以焊缝边缘拟合线为共同边，在焊缝边缘拟合线的两侧等距离的生成搜索框，焊缝边缘拟合线用于将实时检测图像上的待焊接工件区域划分成焊缝区域和非焊缝区域，焊缝区域侧的搜索框为第一缺陷搜索框，非焊缝区域侧的搜索框为第二缺陷搜索框；将第一缺陷搜索框和第二缺陷搜索框进行切分，生成M*M个像素点的正方形方框，M为大于1的整数；对每一个正方形方框进行灰度分析，生成灰度分析结果；根据灰度分析结果确定第一缺陷搜索框和第二缺陷搜索框中的渐变方框的中心点，并进行中心点坐标的分析，渐变方框为存在像素灰度渐变情况的正方形方框；当第一缺陷搜索框和第二缺陷搜索框内均存在不规则的线状中心点阵时，则确定待焊接工件出现了毛刺的缺陷。
[0010]可选地，焊接路径为直线；根据搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和焊接路径在实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线，包括：根据搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和焊接路径在实时检测图像上生成直线焊缝边缘；在初始焊缝边缘上生成等距离的矩形框，将矩形框进行切分，生成N*N个像素点的正方形方框，矩形框内包括焊缝区域和非焊缝区域，N为大于1的奇数；对每一个正方形方框进行灰度分析，确定渐变方框的中心点，并根据中心点的坐标从所有矩形框中筛选离散程度低于预设值的无缺陷矩形框；根据每一个无缺陷矩形框的中心点在实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线。
[0011]可选地，焊接路径为弧线；根据搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和焊接路径在实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线，包括：根据搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和焊接路径在实时检测图像上生成弧线焊缝边缘；
在弧线焊缝边缘上生成等距离的矩形框，将矩形框进行切分，生成J*J个像素点的正方形方框，矩形框内包括焊缝区域和非焊缝区域，J为大于1的奇数；对矩形框内每一个正方形方框进行灰度均值计算，确定存在灰度梯度变化的正方形方框，并根据存在灰度梯度变化的正方形方框的中心点坐标进行曲线拟合，生成初始弧线；根据初始弧线筛除离群的极值点，并通过剩余的中心点坐标进行曲线拟合，生成焊缝边缘拟合线。
[0012]可选地，发光元件的两侧分别设置有照射板，照射板与发光元件之间存在夹角；在根据搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和焊接路径在实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线之后，缺陷检测方法还包括：点亮照射板，控制采集相机对已焊接的一段区域进行拍摄，获取深度检测图像；在深度检测图像上标记出焊缝边缘拟合线；根据焊缝边缘拟合线在深度检测图像上生成一个深度搜索区域，焊缝边缘拟合线为深度搜索区域的中心线，焊缝边缘拟合线将深度搜索区域分成焊缝内区域和焊缝外区域；将深度搜索区域进行切分，生成L*L个像素点的正方形方框，对每一个正方形方框进行灰度分析，L为大于1的整数；确定焊缝内区域中距离焊缝边缘拟合线最大的渐变方框的第一距离和焊缝外区域中距离焊缝边缘拟合线最大的渐变方框的第二距离；当第一距离加上第二距离的总距离大于预设距离时，确定待焊接工件出现了表面下凹的缺陷。
[0013]可选地，在控制发光元件发出垂直于待焊接工件的照射光，并控制采集相机对已焊接的一段区域进行拍摄，获取实时检测图像之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊的缺陷检测方法，其特征在于，包括：将待焊接工件放置在承接平台上，根据预设的焊接路径设置搅拌摩擦焊接模块、发光元件和采集相机的初始位置，所述发光元件的长度大于所述搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径；启动所述搅拌摩擦焊接模块，并控制所述搅拌摩擦焊接模块、所述发光元件和所述采集相机依次沿着所述焊接路径运动；当所述采集相机移动到预设点位时，控制所述发光元件发出垂直于所述待焊接工件的照射光，并控制所述采集相机对已焊接的一段区域进行拍摄，获取实时检测图像；根据所述搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和所述焊接路径在所述实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线；以所述焊缝边缘拟合线为共同边，在所述焊缝边缘拟合线的两侧等距离的生成搜索框，所述焊缝边缘拟合线用于将所述实时检测图像上的待焊接工件区域划分成焊缝区域和非焊缝区域，所述焊缝区域侧的搜索框为第一缺陷搜索框，所述非焊缝区域侧的搜索框为第二缺陷搜索框；将所述第一缺陷搜索框和所述第二缺陷搜索框进行切分，生成M*M个像素点的正方形方框，M为大于1的整数；对每一个正方形方框进行灰度分析，生成灰度分析结果；根据所述灰度分析结果确定所述第一缺陷搜索框和所述第二缺陷搜索框中的渐变方框的中心点，并进行中心点的坐标分析，所述渐变方框为存在像素灰度渐变情况的正方形方框；当所述第一缺陷搜索框和所述第二缺陷搜索框内均存在不规则的线状中心点阵时，则确定所述待焊接工件出现了毛刺的缺陷。2.根据权利要求1所述的缺陷检测方法，其特征在于，焊接路径为直线；所述根据所述搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和所述焊接路径在所述实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线，包括：根据所述搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和所述焊接路径在所述实时检测图像上生成直线焊缝边缘；在所述初始焊缝边缘上生成等距离的矩形框，将所述矩形框进行切分，生成N*N个像素点的正方形方框，所述矩形框内包括焊缝区域和非焊缝区域，N为大于1的奇数；对每一个正方形方框进行灰度分析，确定渐变方框的中心点，并根据中心点的坐标从所有矩形框中筛选离散程度低于预设值的无缺陷矩形框；根据每一个无缺陷矩形框的中心点在所述实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线。3.根据权利要求1所述的缺陷检测方法，其特征在于，焊接路径为弧线；所述根据所述搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和所述焊接路径在所述实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线，包括：根据所述搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和所述焊接路径在所述实时检测图像上生成弧线焊缝边缘；在所述弧线焊缝边缘上生成等距离的矩形框，将所述矩形框进行切分，生成J*J个像素点的正方形方框，所述矩形框内包括焊缝区域和非焊缝区域，J为大于1的奇数；
对矩形框内每一个正方形方框进行灰度均值计算，确定存在灰度梯度变化的正方形方框，并根据存在灰度梯度变化的正方形方框的中心点坐标进行曲线拟合，生成初始弧线；根据所述初始弧线筛除离群的极值点，并通过剩余的中心点坐标进行曲线拟合，生成焊缝边缘拟合线。4.根据权利要求1所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述发光元件的两侧分别设置有照射板，所述照射板与所述发光元件之间存在夹角；在根据所述搅拌摩擦焊接模块的轴肩直径和所述焊接路径在所述实时检测图像上生成焊缝边缘拟合线之后，所述缺陷检测方法还包括：点亮照射板，控制所述采集相机对已焊接的一段区域进行拍摄，获取深度检测图像；在所述深度检测图像上标记出所述焊缝边缘拟合线；根据所述焊缝边缘拟合线在所述深度检测图像上生成一个深度搜索区域，所述焊缝边缘拟合线为所述深度搜索区域的中心线，所述焊缝边缘拟合线将所述深度搜索区域分成焊缝内区域和焊缝外区域；将深度搜索区域进行切分，生成L*L个像素点的正方形方框，对每一个正方形方框进行灰度分析，L为大于1的整数；确定所述焊缝内区域中距离所述焊缝边缘拟合线最大的渐变方框的第一距离和所述焊缝外区域中距离所述焊缝边缘拟合线最大的渐变方框的第二距离；当所述第一距离加上所述第二距离的总距离大于预设距离时，确定所述待焊接工件出现了表面下凹的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王银柏，徐武松，朱国强，钱春峰，
申请(专利权)人：张家港思复安全科技有限公司，
类型：发明
国别省市：