基于电弧空间多光谱压缩感知的焊缝冶金质量实时表征方法

The on-line control technology of metallurgical quality is of great importance in the welding of large complex structures, and plays a key role in the development of intelligent welding. The project aims to establish the visual sensing and data-mining method for the real-time control of the welding metallurgical quality. The methodology, which leads to the establishment of control strategy, includes arc zone visual sensing, multi-physical feature extraction and metallurgical quality representation. The multi-spectral information is reconstructed using the captured images and the scattering sampled spectrums, based on compressive sensing. The reconstructed time-space-spectrum optical information is used for the quantitative description of the arc zone multiphysics. By constructing the “optical features - arc zone multiphysics - metallurgical quality” mapping, the project seeks to determine the representation of metallurgical quality using the sparse information captured in real-time.

发展针对焊缝冶金质量的在线控制技术，是大型复杂构件焊接制造的迫切需求，同时也是未来智能化焊接的重要发展方向。本申请项目旨在建立面向焊缝冶金质量实时控制的焊接过程视觉传感与信息挖掘方法，发展电弧空间信息视觉传感技术、研究多物理场特征提取、实现焊缝冶金质量信息的实时表征，为探寻冶金质量在线控制规律提供基础。基于压缩感知的相关理论，本申请项目提出利用图像信息与离散点光谱信息进行多光谱重构，实现时间-空间-光谱三个维度上光学信息的传感，继而对多物理场及其瞬态变化进行量化计算，通过建立“光学特征-电弧多物理场-焊缝冶金质量”三者之间的映射关系，研究适于实时采集的稀疏信息对焊缝冶金质量的表征，为探究新一代智能化焊接系统的冶金质量控制方法提供基础。

针对焊接过程稳定性及冶金质量的在线监测技术是未来智能化焊接的重要发展方向，在异种金属焊接、激光焊、窄间隙焊等多个领域均有迫切需要。本申请项目旨在建立面向焊缝冶金质量实时监测的焊接过程传感方法，通过对电弧空间、熔池上方金属蒸汽等的图像传感和空间中多个离散点的光谱进行采集，利用PCA等方法，对传感得到的高维数据进行处理，结合传感结果与边界条件，计算得到熔池上方空间温度场、金属蒸汽比例等多物理场信息的近似值。实现对熔合比、熔池成分、稳定性等的实时表征，为探寻冶金质量在线控制规律提供研究基础。本项目利用图像信息与离散点光谱信息的融合，对进行，实现对温度场、金属蒸汽浓度比等多物理场信息进行量化表征，以异种金属焊接、激光焊接、窄间隙焊等为研究对象开展实验，研究适于实时采集的信息对焊缝冶金质量的表征，为发展新一代智能化焊接系统的冶金质量监测与控制方法提供研究基础。