1.一种厚板焊接质量监测与控制系统,其特征在于,所述系统包括焊接子系统、焊接质量监测子系统和计算机控制子系统;
所述焊接子系统包括焊机、焊枪、送丝机构、焊接工作台和控制焊枪位置的焊接机器人;
所述焊接质量监测子系统用于实时监测焊接过程并把监测数据传输给计算机控制子系统,焊接质量监测子系统包括实时采集熔池图像的熔池监测模块、实时监测焊接电信号的电信号监测模块、监测焊枪高度的焊枪高度检测模块和监测焊缝温度的焊缝温度监测模块;
所述计算机控制子系统包括特征分析模块、焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块;
所述特征分析模块内储存有焊接缺陷识别模型,特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取,并将提取的熔池特征值和焊接电信号特征值输入焊接缺陷识别模型,判断焊接缺陷种类,传输给焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块;所述熔池特征值包括熔池的宽度,熔池的长度,熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点,所述焊接电信号特征值包括焊接电流与焊接电压的近似熵、模糊熵、样本熵;
所述焊接工艺专家系统模块内储存有各种焊接对象最优焊接工艺参数的焊接工艺数据库和焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库;焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库包括焊丝偏移量与焊偏缺陷率的回归方程、焊接电流与夹杂缺陷率的回归方程、焊接速度与未熔合缺陷率的回归方程、气流量与气孔缺陷率的回归方程;焊接前,焊接工艺专家系统模块根据焊接对象信息和焊接工艺数据库规划焊接路径和每道焊缝的焊接工艺参数;所述每道焊缝的焊接工艺参数包括打底焊、填充焊、盖面焊的焊接电流、焊接电压、焊接速度、送丝速度、气流量、焊枪高度、焊缝层间温度;
所述焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块规划的每道焊缝的焊接工艺参数及焊接路径控制焊接子系统进行焊接;每焊接完一道焊缝后,焊接质量控制模块均依据接收到的每道焊缝中焊接缺陷的种类和数量,计算焊缝中每种焊接缺陷的缺陷率,然后根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断,确定是否需要停止焊接或调整焊接工艺参数:所述焊接质量控制模块对焊缝进行评级判断的评级策略所包含的焊接缺陷有夹杂缺陷、气孔缺陷、未熔合缺陷、焊偏缺陷;焊接质量控制模块根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断的判断标准是:如果同时满足焊缝中夹杂缺陷率小于0.5%、未熔合缺陷率小于0.5%、气孔缺陷率小于0.5%、焊偏缺陷率小于0.5%,则评定焊缝等级为A级,无需调整下一道焊缝的焊接工艺参数,以焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数;如果同时满足焊缝中夹杂缺陷率小于3%、未熔合缺陷率小于3%、气孔缺陷率小于2%、焊偏缺陷率小于2%,且焊缝等级不符合A级要求,则评定焊缝等级为B级,需要调整下一道焊缝的焊接工艺参数,焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库对焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数进行调整,以调整后的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数;如果焊缝等级不符合A、B级,则评定焊缝等级为C级,停止焊接并报警;
如果焊缝等级为B级,调整下一道焊缝的焊接工艺参数的具体方法是:
如果焊偏缺陷率小于0.5%,则不调整下一道焊缝焊接的焊丝偏移量,否则,根据焊丝偏移量与焊偏缺陷率的回归方程计算当前焊偏缺陷率对应的焊丝偏移量l当前和焊偏缺陷率为0的焊丝偏移量l0,计算二者差值Δl=l当前‑l0,焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊丝偏移量至l‑Δl,其中l为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊丝偏移量;
如果夹杂缺陷率小于0.5%,则不调整下一道焊缝焊接的焊接电流,否则,根据焊接电流与夹杂缺陷率的回归方程计算当前夹杂缺陷率的焊接电流A当前和夹杂缺陷率为0的焊接电流A0,计算二者差值ΔA=A当前‑F0,焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊接电流至A‑ΔA,其中A为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊接电流;
如果未熔合缺陷率小于0.5%,则不调整下一道焊缝焊接的焊接速度,否则,根据焊接速度与未熔合缺陷率的回归方程计算当前未熔合缺陷率的焊接速度Vwel当前和未熔合缺陷率为0的焊接速度 计算二者差值 焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的焊接速度至Vweld‑ΔVweld,其中Vweld为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的焊接速度;
如果气孔缺陷率小于0.5%,则不调整下一道焊缝焊接的气流量,否则,根据气流量与气孔缺陷率的回归方程计算当前气孔缺陷率的气流量L当前和气孔缺陷率为0的气流量L0,计算二者差值ΔL=L当前‑L0,焊接质量控制模块调整下一道焊缝焊接的气流量至L‑ΔL,其中L为焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝焊接的气流量。
2.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统,其特征在于:所述厚板焊接质量监测与控制系统用于厚度为25~100mm厚板的填丝电弧焊和填丝激光电弧复合焊。
3.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统,其特征在于:所述熔池监测模块包括CMOS相机、相机镜头和滤光片,所述电信号监测模块包括电流传感器、电压传感器和数据采集卡,所述焊缝温度监测模块为红外传感器,所述焊枪高度监测模块为激光传感器。
4.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统,其特征在于:所述特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像进行预处理及特征值提取的具体方法是:对熔池图像依次进行ROI提取,图像分割、二值化、图像合并、提取熔池轮廓,绘制熔池轮廓,提取熔池的特征值,包括熔池的宽度,熔池的长度,熔池的拖尾角、熔池的面积及熔池的中心坐标点,完成对熔池图像的预处理及特征值提取。
5.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统,其特征在于:所述特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的焊接电信号进行预处理及特征值提取的具体方法是:对焊接电信号进行小波变换预处理,提取焊接电信号的特征值,包括电流与电压的近似熵、模糊熵、样本熵,完成对焊接电信号的预处理及特征值提取。
6.根据权利要求1所述的厚板焊接质量监测与控制系统,其特征在于:所述焊接缺陷识别模型为通过预实验训练得到的多分类SVM模型,所述多分类SVM模型的核函数为高斯核函数。
7.一种权利要求1‑6任一所述的厚板焊接质量监测与控制系统的焊接方法,其特征在于,所述方法步骤如下:
S1、启动所述厚板焊接质量监测与控制系统,固定焊接工件于焊接工作台上,将焊接对象信息输入计算机控制子系统的焊接工艺专家系统模块中,焊接工艺专家系统模块根据焊接对象信息和焊接工艺数据库规划每道焊缝的焊接工艺参数和焊接路径;
S2、焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块规划的第一道焊缝的焊接工艺参数控制焊接子系统开始焊接;
S3、焊接过程中,焊接质量监测子系统的熔池监测模块、电信号监测模块、焊枪高度监测模块、焊缝温度监测模块分别实时监测焊接过程的熔池图像、焊接电信号、焊枪高度和焊缝温度并把监测数据传输给计算机控制子系统;
S4、计算机控制子系统的特征分析模块对焊接质量监测子系统传输来的熔池图像及焊接电信号进行预处理及特征值提取,并将提取的熔池特征值和焊接电信号特征值输入焊接缺陷识别模型,判断焊接缺陷种类,传输给焊接质量控制模块和焊接工艺专家系统模块;;
S5、焊接完一道焊缝后,焊接质量控制模块依据接收到的焊缝中焊接缺陷的种类和数量,计算焊缝中每种焊接缺陷的缺陷率,然后根据每种焊接缺陷的缺陷率对焊缝进行评级判断,确定是否需要停止焊接或调整焊接工艺参数:如评级判断结果确定无需调整焊接工艺参数,以焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数;
如评级判断结果确定需要调整焊接工艺参数,焊接质量控制模块根据焊接工艺专家系统模块内储存的焊接工艺参数与焊接缺陷率之间的关系数据库对焊接工艺专家系统模块规划的下一道焊缝的焊接工艺参数进行调整,以调整后的焊接工艺参数作为下一道焊缝的焊接工艺参数;
如评级判断结果确定需要停止焊接,则停止焊接并报警;
S6、焊接质量控制模块控制焊接子系统的焊枪移动至下一道焊缝焊接的起始点,根据焊接工艺专家系统模块规划的焊接工艺参数调整焊枪高度;根据焊缝温度监测模块监测的焊缝温度控制下一道焊缝的焊接开始时间,当焊缝温度下降至焊接工艺专家系统模块规划的焊缝层间温度时,焊接质量控制模块根据步骤S5确定的焊接工艺参数控制焊接子系统进行下一道焊缝的焊接;
S7、重复步骤S3‑S6,直至焊接完成。