[发明专利]一种基于实例分割的熔覆池形貌识别及闭环控制方法

说明书

本发明公开了一种基于实例分割的熔覆池形貌识别及闭环控制方法，包括如下步骤：初始化弧焊增材制造输出功率及输出功率变化量；采集弧焊增材制造熔覆池彩色图像；更新弧焊增材制造输出功率；分割出熔覆池彩色图像中的熔覆池，同时生成熔覆池的实例掩码和候选框的像素坐标，完成熔覆池的实例分割；用候选框的像素坐标表示长轴和熔宽像素数大小，计算熔宽像素数变化量，并将生成的输出功率变化量进行反馈；判断当前熔覆池彩色图像是否为最后一帧。本发明方法实时性好、识别精度高，在有熔滴覆盖熔覆池边缘时，也能实现精准检测与识别，验证了算法的有效性和鲁棒性，实现低成本高效率的检测熔覆池形貌，为弧焊增材制造实时评价提供了可靠依据。

技术领域

本发明属于弧焊增材制造与机器视觉的技术领域，具体涉及一种基于实例分割的熔覆池形貌识别及闭环控制方法。

背景技术

弧焊增材制造是以电弧为热源、以金属焊丝为材料，通过对目标的三维CAD模型转化为STL模型为基础，按照一定的厚度和方向对模型进行分层切片，并对生成的轮廓进行路径规划，按照逐层累积的方式完成材料的填充，最终快速生成实体工件。而在逐层累积的过程中，熔覆池是目标件的最小成形单元，外界环境或者工艺参数的改变都会对其形状和尺寸造成影响，而其波动程度又直接影响着目标件成形质量的好坏，因此需要对熔覆池的形貌进行在线监测，用以评价成形质量，并对后续工艺参数的调整提供理论依据。

在弧焊增材制造过程中，影响熔覆池形貌和尺寸的因素有很多，如激光的功率、送丝速度、打印速度和外界环境的变化等，而这些变化因素可以统一反映在熔覆池的形貌和尺寸的变化上，因此对熔覆池的形貌和尺寸进行监控对弧焊增材制造打印出质量优良的工程件至关重要。

目前对弧焊增材制造过程中熔覆池形貌和尺寸的分析识别，有的通过经验丰富的工人对单道熔覆层打印质量的好坏进行判别，但这种方法需要工人有丰富的经验且效率较低；有的通过多经验参数的方式进行边缘检测，但是经验参数的有效性难以验证，适用性较低；还有的通过相位一致性模型进行边缘检测，但是算法计算量大、效率低，难以在工程实际中应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于实例分割的熔覆池形貌识别及闭环控制方法，该方法实时性好、识别精度高，在有熔滴覆盖熔覆池边缘时，也能实现精准检测与识别，验证了算法的有效性和鲁棒性，实现了低成本、高效率的检测熔覆池形貌，为弧焊增材制造实时评价提供依据。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于实例分割的熔覆池形貌识别及闭环控制方法，包括如下步骤：

S1：初始化弧焊增材制造输出功率及输出功率变化量；

S2：采集弧焊增材制造熔覆池彩色图像；

S3：更新弧焊增材制造输出功率；

S4：分割出熔覆池彩色图像中的熔覆池，同时生成熔覆池的实例掩码和候选框的像素坐标，完成熔覆池的实例分割；

S5：用候选框的像素坐标表示长轴和熔宽像素数大小，计算熔宽像素数变化量，并将生成的输出功率变化量反馈至步骤S3；

S6：判断当前熔覆池彩色图像是否为最后一帧，如果是，则结束打印，如果不是，则回到步骤S2。

进一步的，所述步骤S2中弧焊增材制造熔覆池彩色图像的采集方法为：搭建熔覆池图像采集系统，利用高清摄像机和滤光片，采集彩色的弧焊增材制造过程中熔覆池图像。

进一步的，所述步骤S3中弧焊增材制造输出功率的更新方法为：根据步骤S5得到的输出功率变化量ΔP，更新弧焊增材制造输出功率P，进行更新的公式为P＝P+ΔP。

进一步的，所述步骤S4的具体过程为：