[发明专利]一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法及设备

权利要求书

1.一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、调整激光-电弧复合焊枪姿态，使电弧焊枪与基板夹角为θ₁，焊丝干伸长为d₁，焊丝端部与基板上激光束焦点的距离为d₂，激光束与电弧焊枪的夹角为θ₂，CCD相机的倾斜角度为θ₃，CCD相机镜头与熔池距离为d₃；

S2、在送丝速度为V₀，焊接速度为V₁的条件下开始焊接，令激光功率P从0开始逐渐增加，直至搭接焊缝完全熔透，记录此时最大激光功率P_max，沿着焊接方向将焊缝切开，观察上搭接板开始熔透位置，并记录此处的激光功率值P_min。在[P_min，P_max]区间内任意选取激光功率P₀为基础工作点；

S3、在S2的焊接参数条件下开始焊接，设定激光功率P₀由P_min逐渐增加到P_max，并打开CCD相机实时采集熔池正面图像，CCD相机采集帧率为f，将焊缝沿着焊接方向切开，从焊接起点位置处间隔测量焊缝熔深值d，并使用线性插值法计算每帧熔池正面图像对应的焊缝位置处的d值，使用d值对熔池正面图像进行标签，获得数据集；

S4、搭建深度学习模型，以数据集中的熔池正面图像作为输入，d值作为输出对深度学习模型进行训练，并通过调整深度学习模型的超参数进行模型优化，将优化完成的深度学习模型进行保存及在线调用；

S5、在S2的焊接参数条件下开始焊接，开启CCD相机实时采集熔池正面图像，将熔池正面图像进行感兴趣区域(ROI)剪裁，将ROI图像输入深度学习模型获得当前的d_p值，当焊接t时刻后开启激光-电弧复合焊接控制设备，其中t设定为0.5-1s,闭环控制器根据熔深预测值d_p与熔深设定值ds的偏差值e(t)的正负和大小，同时根据焊缝熔深偏差的变化趋势Δe(t)＝e(t)-e(t-1)进行反馈控制，输出调节信号至激光器改变激光功率P，其中e(t-1)为前一控制时刻的焊缝熔深偏差，焊接完成后，关闭激光-电弧复合热源焊接设备，实现对搭接结构焊缝熔深的在线控制。

2.根据权利要求1所述的一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法，其特征在于，所述S1中的夹角θ₁的取值范围为60°-80°，d₁的取值范围为10-16mm，θ₂的取值范围为70°-85°，θ₃的取值范围为45°-70°，d₂的取值范围为2-4mm，d₃的取值范围为130-180mm。

3.根据权利要求1所述的一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法，其特征在于，所述S3中的熔池正面图像对应焊缝位置的焊缝熔深d值使用线性插值法计算：d＝d_A+x×(d_B–d_A)/2，其中d_A和d_B为两相邻点P₁及P₂位置分别对应的焊缝熔深，x为当前计算帧位置与P₁点位置的距离，其中x计算方法为：x＝k×1/f×V₁，其中k为从P₁位置到当前计算帧位置经历过的帧数。所述的数据集按照β:(1-β)的比例随机划分为训练集和测试集。

4.根据权利要求1或3所述的一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法，其特征在于，所述参数β的取值范围为0.7-0.85。

5.根据权利要求1所述的一种复合焊接搭接焊缝熔深控制方法，其特征在于，所述S4的深度学习模型包含1个输入层，n个卷积层，n个池化层，m个全连接层和1个Linear回归层的卷积神经网络。