電弧焊熔透狀態(tài)視覺(jué)檢測(cè)模型研究.pdf

1、焊接是制造業(yè)的基礎(chǔ)。隨著工業(yè)制造要求的提高，焊接質(zhì)量的要求也變得越來(lái)越重要。電弧焊由于自身技術(shù)發(fā)展十分成熟，且適用的范圍也十分廣泛，目前應(yīng)用在諸多領(lǐng)域。因此，人們對(duì)電弧焊的焊接質(zhì)量提出了更高的要求。在越來(lái)越注重效率的今天，電弧焊焊接實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯得愈發(fā)重要，為此論文研究基于機(jī)器視覺(jué)傳感的熔透狀態(tài)監(jiān)測(cè)模型。
　　在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接質(zhì)量的過(guò)程中，必須通過(guò)當(dāng)前的焊接狀態(tài)與焊接質(zhì)量之間的關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型以獲取熔透實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)。許多研究表明，焊接過(guò)

2、程中形成的熔池與焊縫背部的熔透有著密切的聯(lián)系，而熔透與最終的焊接質(zhì)量聯(lián)系緊密，因此通過(guò)提取的熔池特征能與當(dāng)前的焊接質(zhì)量建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)視覺(jué)傳感器拍攝焊接過(guò)程的熔池圖像，利用相關(guān)的圖像處理技術(shù)從中提取出最能代表熔池信息的特征參數(shù)，再與此時(shí)的焊接質(zhì)量對(duì)應(yīng)起來(lái)，建立熔池特征與熔透狀態(tài)之間的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)多組焊接試驗(yàn)條件驗(yàn)證模型，證明建立的數(shù)學(xué)模型能夠有效地預(yù)測(cè)出當(dāng)前的熔透狀態(tài)，最終得到當(dāng)前的焊接質(zhì)量。
　　對(duì)熔透當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

3、可以看作是模式識(shí)別的一類(lèi)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則在模式識(shí)別這一方面有著較高的預(yù)測(cè)精度，因此論文根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同訓(xùn)練算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò):BP算法(Back Propagation Algorithm)和ICA算法(ImperialistCompetitive Algorithm)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)熔透狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。其中，ICA算法是通過(guò)模擬帝國(guó)主義競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程來(lái)得到優(yōu)化問(wèn)題最優(yōu)解的一種全局優(yōu)化搜索算法。首先，從熔池圖像中提取出3個(gè)特

4、征參數(shù):熔池面積、熔池熔寬、熔池半長(zhǎng)。其次，采用試湊法確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)，建立一個(gè)預(yù)測(cè)精度較高的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，最后用兩個(gè)算法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲得兩個(gè)模型對(duì)熔透各自的識(shí)別率。試驗(yàn)結(jié)果表明選用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)識(shí)別模型比ICA神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)模型對(duì)不同焊接條件的熔透狀態(tài)有著很高的預(yù)測(cè)精度。
　　針對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別精度高但過(guò)于依賴初始權(quán)值閾值的特點(diǎn)和ICA算法在全局搜索的優(yōu)點(diǎn)，論文將ICA算法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，利用ICA算法

5、選取BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始權(quán)值及閾值，提出一種ICA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的熔透識(shí)別模型。首先將模型的權(quán)值閾值作為優(yōu)化問(wèn)題要求的解，然后根據(jù)熔透狀態(tài)輸出的實(shí)際誤差與期望誤差的差的大小及時(shí)調(diào)整權(quán)值及閾值。其次利用ICA得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值、閾值，通過(guò)BP算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到使得模型識(shí)別精度最高的一組權(quán)值和閾值。最終利用不同試驗(yàn)條件尋找對(duì)熔透的識(shí)別效果最好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。試驗(yàn)結(jié)果證明ICA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)熔透狀態(tài)的預(yù)測(cè)精度優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)