[发明专利]基于动态系统辨识的端接微束等离子焊接成形控制方法

摘要

本发明提供了一种基于动态系统辨识的端接微束等离子焊接成形控制方法，属于焊接质量控制技术领域。本发明针对薄壁端接接头脉冲微束等离子焊接过程中能量参数波动和散热条件变化等状况导致的焊接过程不稳定和焊缝成形不均匀难题，采用熔池视觉传感技术提取焊接熔池正面瞬态图像特征，采用Elman动态递归神经网络对薄壁端接脉冲微束等离子焊接动态过程进行离线系统辨识，通过实时调节焊接工艺参数实现端接接头脉冲微束等离子焊接过程的焊菇成形在线控制。本发明能够提高焊接产品的质量可靠性与一次焊接合格率，可应用于航空航天制造等领域薄壁金属精密构件的端接脉冲微束等离子焊接过程中，尤其适用于超薄壁膜盒和波纹管等弹性元件的精密焊接场合。

主权项

一种基于动态系统辨识的端接微束等离子焊接成形控制方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)针对薄壁端接接头进行基于正交试验法设计的脉冲微束等离子焊接试验，获得试验数据包括主弧峰值电流主弧基值电流主弧电流脉冲宽度等离子气体流量焊接速度熔池长度熔池宽度熔池尾部轮廓角角度焊菇熔深和焊菇宽度对试验数据进行归一化处理，使各试验数据归一化到0至1之间，得到标准化的神经网络学习样本，并将该学习样本分为网络训练数据集和网络验证数据集；2)采用步骤1)中所述网络训练数据集，根据BP误差反向传播算法对Elman动态递归神经网络进行离线训练，直至网络学习指标函数值满足收敛条件，即实现Elman动态递归神经网络对薄壁端接脉冲微束等离子焊接动态过程的离线系统辨识，其中，所述网络训练数据集采用主弧峰值电流主弧基值电流主弧电流脉冲宽度等离子气体流量焊接速度熔池长度熔池宽度熔池尾部轮廓角角度焊菇熔深和焊菇宽度的当前时刻数据和历史时刻数据作为所述Elman动态递归神经网络的输入参数，采用下一时刻的焊菇熔深和焊菇宽度作为所述Elman动态递归神经网络的输出参数；3)采用步骤1)中所述网络验证数据集对步骤2)中所述Elman动态递归神经网络进行验证并修正，直至网络的最大误差百分比和平均误差率满足预设精度要求，即得到焊菇成形预测模型；4)根据薄壁金属精密构件的焊接规范标准对焊菇成形期望指标进行设定，包括焊菇熔深期望指标Dset和焊菇宽度期望指标Wset，并对微束等离子焊接工艺参数进行初始值设定，随后开始焊接；5)采用安装有复合滤光片组的高速CCD摄像机从微束等离子焊接熔池后上方连续采集熔池正面图像，并依次进行图像预处理、图像分割和熔池边缘检测提取熔池形态特征参数，包括：熔池长度Lpoo、熔池宽度Wpoo和熔池尾部轮廓角角度αpoo；采用霍尔传感器、气体流量传感器和光电码盘测速传感器采集微束等离子焊接过程参量信号，经信号处理后得到主弧峰值电流Ip、主弧基值电流Ib、主电流脉冲宽度Pi、等离子气流量Qpla和焊接速度V；6)根据步骤5)中所述熔池长度Lpoo、熔池宽度Wpoo、熔池尾部轮廓角角度αpoo、主弧峰值电流Ip、主弧电流脉冲宽度Pi、主弧基值电流Ib、等离子气流量Qpla和焊接速度V的当前时刻数据和历史时刻数据，采用步骤2)所述焊菇成形预测模型计算得到下一时刻的焊菇成形预测数据，包括焊菇熔深预测值Dpre和焊菇宽度预测值Wpre；7)根据步骤6)中所述焊菇熔深预测值Dpre与步骤4)中所述焊菇熔深期望指标Dset的差值ED，微束等离子焊接电源执行等离子气流量Qpla的实时调整，实现焊菇熔深的实时闭环反馈控制；根据步骤6)中所述焊菇宽度预测值Wpre与步骤4)中所述焊菇宽度期望指标Wset的差值EW，微束等离子焊接电源执行主弧电流脉冲宽度Pi的在线调整，实现焊菇宽度的实时闭环反馈控制；8)重复步骤5)至步骤7)，直至焊接结束。