第38卷第3期 2017年3月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.38No.3 March2017
基于熔池视觉特征的铝合金双丝焊熔透识别
杨嘉佳，王克鸿，吴统立，周晓晓（南京理工大学材料科学与工程学院，南京210094）
摘要：熔透是焊接质量的重要评价指标之一，铝合金对焊接工艺敏感性较高，容易出现熔透不均匀情况．试验利用近红外视觉传感方法获取了铝合金单面焊双面成形焊接过程中未熔透、熔透和过熔透三种情况下的清晰熔池图像，通过图像处理获得了准确的熔池轮廊，定义并提取了熔宽、半长、面积、周长和抛物线系数等能反映熔透状态的熔池特征参数，建立了基于BP神经网络的铝合金双丝焊熔透识别模型.结果表明,5-13-3结构的BP神经网络对熔透状态识别的正确率最高，达到89.05%.
关键词：铝合金；熔透识别；熔池视觉特征；神经网络
中图分类号：TG409 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2017)03004904
状态识别研究，为熔透在线控制奠定基础
熔透是评价焊接质量的最重要的指标之一，如何有效地控制焊缝熔透，保证焊材完全均匀熔透，进而保证焊接质量，一直是焊接领域重要的研究方向，熔透控制的关键是如何检测并控制焊件的熔透程度，目前焊接熔透状态的检测方法主要有电弧声检测法、温度场检测法、振汤频率检测法和视觉传感检测法等[1-3],
人工神经网络模型是基于生物神经系统研究而建立的模型，具有优秀的非线性映射特性、大量的并行分布结构以及学寸和归纳能力，因而被广泛的应用于故障诊断、模式识别、优化计算等领域。已有研究将人工神经网络和不同的熔透检测方法结合用于 TIG焊背面熔宽预测和熔透识别、MAG焊熔透状态监测、GMAW成形过程建模、激光焊熔透状态识别、焊缝缺陷诊断等方面[4-6]
双丝脉冲焊是一种高效高质焊接方法，非常适用于铝合金材料的焊接但铝合金材料热导率高，线膨胀系数大、表面张力小等特点，造成铝合金焊接时对工艺的敏感性较高，容易出现未熔透、过熔透、焊漏甚至焊塌等情况针对该问题开展基于视觉传感的铝合金双丝焊熔透识别研究，利用摄像机模拟焊工的眼晴采集熔池图像，通过图像处理提取熔池图像中与熔透相关的视觉特征信息，建立其与熔透状态之间的关系，利用人工神经网络模型进行熔透
收稿日期：291%数据7
基金项目：图象部婴费助项目（5131850117，A2620110005）
熔透视觉传感试验
1
试验条件
1.1
试验采用法国SAF公司生产的STARMATIC R450TOPMAG自动双丝焊机，包括两个焊接电源、 TOPMAG远程控制单元、两个集成送丝机和一把 TANDEM焊枪．焊接母材选用3A21铝合金、尺寸为 300mm×100mm×6mm，焊丝牌号为ER1100，直径 1.6mm.保护气体为99.99%纯氩气，两瓶氩气气体流量均为20L/min.
采用9组参数进行焊接，每组参数焊3条焊缝共27条焊缝．通过观察每条焊缝的外观成形并利用游标卡尺进行测量，将焊缝分为未熔透、熔透和过熔透三类，分类依据如表1所示，其中B和H分别为正面熔宽和正面余高，6和h分别为背面熔宽和背面余高，
表1熔透状态分类
Table1
Classification of weld penetration status
分类未熔透熔透过熔透
正面熔宽 B/mm 6>8 9B≤12 B>12
正面余高 H/mm E 背面熔宽 b/mm bs0 26 5 >6
背面余高 h/mm h0 1shs2 >2
9组焊缝的工艺参数及对应的熔透状态如表2 所示.其中U.和I.为主丝电压和主丝电流，U.和I