[发明专利]一种气体保护焊接工艺参数优化系统及方法

权利要求书

1.一种气体保护焊接工艺参数优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：采集历史焊接图像数据以及参数调节历史数据；

S2：分析历史焊接图像中的熔池区域数据，获取训练数据集；

S3：依据参数调节历史数据和训练数据集建立参数优化模型；

S4：对当前焊接过程进行实时监控，依据参数优化模型对气体保护焊的当前工艺参数进行优化；

在步骤S1中：利用同轴视觉传感器拍摄熔池图像，采集以往m次需要调节参数前的历史熔池图像，提取熔池图像中最后一个熔池与倒数第二个熔池的轮廓，对倒数第二个熔池的轮廓图像进行修复，获取倒数第二个熔池的完整轮廓，提取最后一个熔池区域与倒数第二个熔池区域的相交区域轮廓，相交区域为闭合区域，提取所有图像中最后一个熔池区域与倒数第二个熔池区域的相交区域轮廓，采集到拍摄对应历史熔池图像时设置的焊接速度集合为V={V₁，V₂，…，V_m}，设置的摆动速度集合为v={v₁，v₂，…，v_m}，对应图像拍摄后对参数进行调节，调节完成的焊接速度集合为V^’={V₁^’，V₂^’，…，V_m^’}，调节完成的摆动速度集合为v^’={v₁^’，v₂^’，…，v_m^’}，其中，m表示采集的图像数量；

在步骤S2中：对相交区域轮廓进行曲线拟合，得到拟合后的相交区域边界函数为：y=f(x)，根据公式S_i=∫_Df(x)dx计算随机一个图像中的相交区域面积S_i，其中，D表示随机一个图像中进行曲线拟合后的相交区域轮廓，对随机一个图像中的倒数第二个熔池轮廓进行曲线拟合，得到拟合后的倒数第二个熔池区域边界函数为：Y=F(X)，根据公式s_i=∫_HF(X)dX计算随机一个图像中的倒数第二个熔池区域面积s_i，其中，H表示随机一个图像中进行曲线拟合后的倒数第二个熔池区域轮廓，根据公式Z_i=S_i/s_i计算随机一个图像中最后一个熔池区域与倒数第二个熔池区域的相交区域占倒数第二个熔池区域的比例Z_i，得到m个图像中最后一个熔池区域与倒数第二个熔池区域的相交区域占倒数第二个熔池区域的比例集合为Z={Z₁，Z₂，…，Z_i，…，Z_m}，设置比例阈值为q，得到比例差值集合为W={W₁，W₂，…，W_i，…，W_m}={|Z₁-q|，|Z₂-q|，…，|Z_i-q|，…，|Z_m-q|}，W即为训练数据集；

在步骤S3中：获取到历史焊接速度调节值集合为P={P₁，P₂，…，P_m}={|V₁-V₁^’|，|V₂-V₂^’|，…，|V_m-V_m^’|}，历史摆动速度调节值集合为Q={Q₁，Q₂，…，Q_m}={|v₁-v₁^’|，|v₂-v₂^’|，…，|v_m-v_m^’|}，对数据点{（W₁，P₁），（W₂，P₂），…，（W_m，P_m）}进行直线拟合，建立焊接参数优化模型为：R=C1*U+C2，其中，C1和C2表示拟合系数，U表示焊接参数优化模型中的自变量，R为因变量，对数据点{（W₁，Q₁），（W₂，Q₂），…，（W_m，Q_m）}进行直线拟合，建立摆动参数优化模型为：R^’=E1*U^’+E2，其中，E1和E2表示拟合系数，U^’表示摆动参数优化模型中的自变量，R^’为摆动参数优化模型中的因变量，根据下列公式分别求解C1和C2：

C1=[m∑^m_i=1(W_i×P_i)-∑^m_i=1(W_i)∑^m_i=1(P_i)]/[m∑^m_i=1(W_i)²-(∑^m_i=1W_i)²]；

C2=[∑^m_i=1(P_i)-C1∑^m_i=1(W_i)]/m；

其中，W_i表示第i个图像中最后一个熔池区域与倒数第二个熔池区域的相交区域占倒数第二个熔池区域的比例与比例阈值间的差值，P_i表示第i个历史焊接速度调节值，通过相同方式求解E1和E2；

在步骤S4中：拍摄当前的熔池图像，得到当前图像中最后一个熔池区域与倒数第二个熔池区域的相交区域占倒数第二个熔池区域的比例为G，比较比例阈值q与G：若G=q，不调节当前的焊接速度和摆动速度；若G≠q，得到G与比例阈值的差值为|G-q|，将|G-q|代入焊接参数优化模型，令U=|G-q|，得到当前的焊接速度调节值为C1*|G-q|+C2，将|G-q|代入摆动参数优化模型，令U^’=|G-q|，得到当前的摆动速度调节值为E1*|G-q|+E2，若Gq，根据上述调节值调低焊接速度和摆动速度；若Gq，根据上述调节值调高焊接速度和摆动速度，依据调节后的参数控制气体保护焊对工件进行焊接。