[发明专利]一种GTAW焊缝成形的自适应控制与自动视觉检测方法

说明书

本发明提出了一种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。

技术领域

本发明属于焊接自动化与高效化焊接技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。