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原文传递 304不锈钢薄板智能激光焊接系统关键技术研究

论文题名：	304不锈钢薄板智能激光焊接系统关键技术研究
关键词：	304不锈钢薄板;智能激光焊接系统;机器视觉;BP神经网络
摘要：	随着《中国制造2025》和《“十四五”智能制造发展规划》的相继提出，“自动化”和“智能化”已经成为了中国制造业转型升级的关键内容。在加工制造领域，随着激光技术和自动化控制技术的迅猛发展，自动化焊接、智能焊接已经逐渐展现出其广阔的市场需求和巨大的发展潜力。针对目前激光焊接领域的激光焊接参数智能设定和焊接轨迹智能识别两个发展方向，本文提出了一种基于机器视觉与改进模糊专家系统的智能激光焊接系统，该系统通过机器视觉获取焊缝位置信息并进行焊接轨迹规划，然后基于模糊专家知识库对设定的焊接参数进行焊接质量推断，进而利用推断结果去优化焊接参数设定，最后通过三轴焊接系统完成自动化焊接作业。针对于该智能焊接系统，本文进行了以下研究：　　首先，本文提出该智能激光焊接系统的总体方案，包括焊接系统组成和焊接系统工作流程两部分内容。智能焊接系统主要由以焊缝轨迹规划模块、焊接参数推定模块为核心的控制单元和以激光器、激光焊接头为核心的机械单元构成。本文不仅对控制单元各模块进行了功能分析和方案设计，还提出了整体焊接系统机械单元的设计方案。此外，基于系统机械单元和控制单元的实现方案本文还总结并归纳出智能激光焊接系统的整体工作流程。　　其次，本文对智能焊接系统的轨迹规划模块进行研究，提出了基于机器视觉的焊接件焊缝轨迹规划方案。此方案首先进行了激光焊接图像采集系统的设计，包括相机选择、相机布置和采集流程设计三部分，然后对采集系统所获得的焊缝图像进行图像直方图均值化和中值滤波的图像预处理，以获得边缘更加突出和噪声较小的焊缝图像，最后通过Canny边缘检测算法和渐进式Hough直线检测算法获取焊缝边缘特征及其像素坐标，进而通过坐标变换获得焊缝轨迹在三维实际空间内的坐标信息并完成直线轨迹规划。　　然后，本文对智能焊接系统的焊接参数推定模块进行研究。焊接参数推定分为三部分内容，即焊接质量评价体系建立、焊接工艺规律总结和焊接质量推断模型建立。　　第一步，鉴于目前已有焊接质量评价体系存在诸多问题，本文建立了一种新的激光焊接质量评价系统。首先通过资料调研和分析，针对于激光焊接过程的焊接特点提出了焊缝质量和焊接件形状误差的焊接评价质量因子。然后基于评价因子建立了焊缝质量评分和焊接件平面度差值的激光焊接质量评价标准，以数值的形式将焊接质量评价中的人为主观评价进行数学转化，进而完成焊接质量评价体系的统一化与规范化，最后基于该质量评价标准，总结了激光焊接质量评价体系的评价流程。　　第二步，为探究焊接参数对焊接质量的影响，本文对不同厚度304不锈钢板材进行激光焊接正交实验。实验首先通过实地调研归纳出激光焊接常用焊接参数取值，然后基于该取值区间进行正交实验方案设计，接着基于六自由度手持测量仪和专业焊接技术人员对焊接件进行平面度差值和焊缝质量评分的评价分析，最后对实验数据进行总结，归纳出304不锈钢激光焊接参数和焊接质量之间的影响关系。　　第三步，基于总结出的焊接质量影响规律和焊接实验数据，本文搭建了一种基于改进模糊专家系统和BP神经网络的激光焊接质量推断模型。模型包括两部分内容，即基于焊接速度、焊接功率和离焦量的焊接质量模糊推断和基于预测值、板材厚度、峰值功率和占空比的BP修正神经网络。焊接质量模糊推断，首先基于已有人工经验进行焊接参数模糊化和焊接规则库建立，然后通过分析确定模糊推断类型，最后进行模糊推断输出焊接质量预测值；BP神经网络修正，基于板材厚度等参数对不同板材厚度下焊缝图像质量评分和平面度差值进行预测值修正，以获得更加准确的推断值。　　最后通过实验证明，本文所提出来的不锈钢薄板智能激光焊接系统具有一定的可行性和重要的工程意义。
作者：	张雪健
专业：	机械工程
导师：	胡晓兵;曾文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	四川大学
学位年度：	2022