CN120055457A - 一种内部焊接控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种内部焊接控制系统，用于对工件的内部进行焊接，包括：移动模块，用于在工件的内部进行水平方向的移动；清扫模块用于对所述移动模块的移动路径进行清扫，移动模块以设有清扫模块的一端为移动前端，另一端为移动后端；导向模块用于对所述移动模块在工件内部的移动进行导向；焊接模块用于对工件的内部进行焊接加工；送丝模块用于向焊接模块输送焊接丝；移动模块、清扫模块、导向模块、焊接模块和送丝模块均与控制模块信号连接。本申请通过将清扫模块设置于移动模块的移动前端，使得移动模块在工件内部进行移动过程中，清扫模块可预先清除路径上的颗粒、污渍、灰尘等杂质，避免杂质影响移动模块的平稳移动，进而移动模块能够平稳移动。

Description

一种内部焊接控制系统

技术领域

本申请涉及焊接技术领域，具体涉及一种内部焊接控制系统。

背景技术

内部焊接是在焊接生产中经常会遇到的一类实际问题，特别是在对大型桥梁、压力容器、输油输气管道等的焊接过程中。由于施工人员很难进入到结构内部，因此，内部焊接更多地采用专用的内部焊接移动装置完成，目前这类焊接平台多采用带有磁性的轮子以在焊接过程中牢牢吸附在工件表面。

然而，在焊接过程中不可避免地会产生大量的飞溅金属，这些从熔池中飞溅出来的液态金属遇到空气快速冷却形成不规则的金属颗粒，并且飞溅的金属颗粒会吸附在轮子表面，从而严重阻碍轮子的稳定滚动，甚至将导致轮子与工件表面完全脱离，使内部焊接的精度难以保持。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本申请目的在于提供一种内部焊接控制系统。内部焊接控制系统通过将清扫模块设置于移动模块的移动前端，使得移动模块在工件内部进行移动过程中，清扫模块可预先清除路径上的颗粒、污渍、灰尘等杂质，避免杂质影响移动模块的平稳移动，进而移动模块能够按照预定路线平稳移动，并能保证后续焊接的连续稳定。

本申请所述的一种内部焊接控制系统，包括：

移动模块，所述移动模块用于在工件的内部进行水平方向的移动；

清扫模块，所述清扫模块设置于所述移动模块的其中一端，用于对所述移动模块的移动路径进行清扫，所述移动模块以设有所述清扫模块的一端为移动前端，另一端为移动后端；

导向模块，所述导向模块设置于所述移动模块上，用于对所述移动模块在工件内部的移动进行导向；

焊接模块，所述焊接模块设置于所述移动模块的移动后端，用于对工件的内部进行焊接加工；

送丝模块，所述送丝模块设置于所述移动模块上，并且所述送丝模块与所述焊接模块连接，用于向所述焊接模块输送焊接丝；

控制模块，所述移动模块、所述清扫模块、所述导向模块、所述焊接模块和所述送丝模块均与所述控制模块信号连接。

优选地，所述导向模块包括两个相对设置的移动导向机构，两个所述移动导向机构分别靠近所述移动模块的两侧设置，使得两个所述移动导向机构在工件内部分别与工件内部的两侧壁相接触。

优选地，所述控制模块根据焊接控制策略分别对所述移动模块、所述清扫模块、所述导向模块、所述焊接模块和所述送丝模块进行控制，以完成焊接加工；

所述焊接控制策略包括以下步骤：

S1、根据所需焊接工件的参数信息，选择焊接工艺参数，并进行设定；

S2、在所述移动模块上设置图像采集组件，通过所述图像采集组件实时采集工件内部路径的图像数据，根据工件内部路径上的杂质密度选择所述移动模块的移动速度；

S3、根据所述导向模块对所述移动模块的运动进行导向；

S4、构建焊缝识别模型，所述移动模块移动至所需焊接处，根据焊缝类型动态调整焊接电流和焊接速度。

优选地，所述步骤S1具体包括：

所述参数信息包括工件厚度和工件材料类型系数；

所述焊接工艺参数包括焊接初始电流和焊接初始速度；

获取所述工件的工件厚度D和工件材料类型系数K_ω，并计算所述工件的焊接初始电流I₀和焊接初始速度V₀：

I₀＝I_L*K_ω*D*α

其中，I_L表示理论焊接电流值；α表示电流调整系数；V_L表示理论焊接速度值；K_V表示速度综合影响系数；β表示速度调整系数。

优选地，所述步骤S1还包括：

所述工件材料类型系数K_ω的取值根据工件材料类型进行选取：

若所述工件材料类型为碳钢，则所述工件材料类型系数K_ω取值为1.0～1.3；

若所述工件材料类型为不锈钢，则所述工件材料类型系数K_ω取值为1.4～1.7；

若所述工件材料类型为合金材料，则所述工件材料类型系数K_ω取值为1.8～2.0。

优选地，所述步骤S2具体包括：

所述移动模块以所述移动前端向工件内部做前行运动，所述图像采集组件对所述移动模块前行的路径进行图像实时采集，得到路径图像；

将所述路径图像传输到边缘计算网关，并通过加权平均法对所述路径图像数据进行灰度化处理，得到灰度图像；

采用中值滤波算法对所述灰度图像进行去噪处理，得到第一路径图像；

采用直方图均衡化技术对所述第一路径图像进行图像增强处理，得到第二路径图像；

对所述第二路径图像依次进行图像分割处理和形态学处理，得到第三路径图像，统计所述第三路径图像中杂质部分的像素点数量，并采用图像分析算法计算杂质区域面积S，按照如下公式计算杂质密度M：

其中，所述像素点数量N的单位为个；所述杂质区域面积S的单位为平方像素；所述杂质密度M的单位为个/平方像素。

优选地，所述步骤S2还包括：

所述移动模块的移动速度根据所述杂质密度M选择移动速度V_Y；

根据预先建立的杂质密度与移动速度范围映射关系，选择移动速度调整系数C，并根据所述移动速度调整系数C动态调整所述移动速度V_Y；

若0≤M＜2，则所述移动速度调整系数C的取值为：

若2≤M＜10，则所述移动速度调整系数C的取值为：

若M≥10，则所述移动速度调整系数C的取值为：

所述移动速度V_Y按照如下公式计算：

V_Y＝V_YL*C

其中，V_YL表示理论初始移动速度。

优选地，所述步骤S3具体包括：

两个所述移动导向机构与工件内部侧壁相接触的位置均设置压力传感器，并实时监测两个所述移动导向机构的压力值，得到实时导向压力值F_DX1和F_DX2；

若F_DX1＝[F_Dmin，F_Dmax]且F_DX2＝[F_Dmin，F_Dmax]，则判定所述移动模块的运动轨迹正常，维持原有运动状态；

若F_DX1≠[F_Dmin，F_Dmax]和/或F_DX2≠[F_Dmin，F_Dmax]，则判定所述移动模块的运动轨迹异常，发出告警信息，并进行运动调整操作；

其中，F_Dmin表示预设导向压力最小值；F_Dmax表示预设导向压力最大值。

优选地，所述步骤S4具体包括：

获取历史焊缝图像数据和对应的焊缝类型标签数据，所述焊缝类型标签数据的焊缝类型标签包括对接焊缝、角焊缝、T形焊缝、搭接焊缝、塞焊缝和槽焊缝；

对所述历史焊缝图像数据进行灰度化处理、去噪处理以及图像增强处理，得到处理后的第一历史焊缝图像数据；

采用Canny算法和灰度共生矩阵方法提取所述第一历史焊缝图像数据的边缘特征、几何特征和纹理特征，得到焊缝特征向量；

采用支持向量机，以所述焊缝特征向量为输入，焊缝类型标签为输出，对所述历史焊缝图像数据和所述焊缝类型标签数据进行模型训练和测试，得到训练完成的焊缝识别模型；

所述移动模块移动至所需焊接处，所述图像采集组件采集所需焊接处的焊缝图像，并将所述焊缝图像输入至所述焊缝识别模型，识别得到所需焊接处的焊缝类型，根据所述焊缝类型对所述焊接电流和所述焊接速度进行调整。

优选地，所述步骤S4还包括：

根据所述焊缝类型选择焊接调整系数P，并根据所述焊接调整系数P对所述焊接初始电流I₀和所述焊接初始速度V₀进行调整，得到调整后的焊接实际电流I_S和焊接实际速度V_S，调整方式如下：

I_S＝I₀*P

V_S＝V₀*P

若所述焊缝类型为对接焊缝，则所述焊接调整系数P取值为1.0～1.2；

若所述焊缝类型为角焊缝，则所述焊接调整系数P取值为0.9～1.1；

若所述焊缝类型为T形焊缝，则所述焊接调整系数P取值为1.2～1.4；

若所述焊缝类型为搭接焊缝，则所述焊接调整系数P取值为0.8～1.0；

若所述焊缝类型为塞焊缝，则所述焊接调整系数P取值为1.3～1.5；

若所述焊缝类型为槽焊缝，则所述焊接调整系数P取值为1.1～1.3。

本申请所述的一种内部焊接控制系统，其优点在于：

本申请的一种内部焊接控制系统通过将清扫模块设置于移动模块的移动前端，使得移动模块在工件内部进行移动过程中，清扫模块可预先清除路径上的颗粒、污渍、灰尘等杂质，避免杂质影响移动模块的平稳移动，进而移动模块能够按照预定路线平稳移动，并能保证后续焊接的连续稳定；导向模块能够对移动模块进行导向，使得移动模块在工件内部能够按照预定路径进行移动，能够准确到达所需焊接的位置，有效提高后续焊接的准确性和可靠性。

附图说明

图1是本申请所述一种内部焊接控制系统的结构示意图；

图2是本申请所述一种内部焊接控制系统的移动模块结构示意图；

图3是本申请所述一种内部焊接控制系统的清扫模块结构示意图；

图4是本申请所述一种内部焊接控制系统的T型支撑柱结构示意图；

图5是本申请所述一种内部焊接控制系统的移动导向机构结构示意图；

图6是本申请所述一种内部焊接控制系统中焊接控制策略的方法流程图。

附图标记说明：

10-移动模块；101-底座；102-移动轮；103-把手；

20-清扫模块；201-清扫扒机构；202-压力弹簧片；

30-导向模块；301-移动导向机构；3011-支撑板3011；3012-第一转动板；3013-第二转动板；3014-第一引导球；3015-第二引导球；

40-焊接模块；

50-送丝模块；

60-T型支撑柱。

具体实施方式

如图1－图6所示，本申请所述的一种内部焊接控制系统，包括：

移动模块10，移动模块10用于在工件的内部进行水平方向的移动；具体的，移动模块10包括底座101、移动轮102、把手103、以及设置于底座101内的驱动电机，驱动电机用于驱动移动模块10移动，多个移动轮102分别转动连接于底座101的两侧，并且底座101两侧靠近前端和靠近后端均转动连接有移动轮102，即底座101前端和后端的两侧均设有移动轮102；

把手103设置于底座101的前端，在不使用驱动电机的时候，可通过外力作用于把手103上进行拉动或推动底座101，使得底座101在水平方向上进行移动；

清扫模块20，清扫模块20设置于移动模块10的其中一端，用于对移动模块10的移动路径进行清扫，移动模块10以设有清扫模块20的一端为移动前端，另一端为移动后端；具体的，清扫模块20包括清扫扒机构201和压力弹簧片202；

压力弹簧片202的一端与移动模块10连接，另一端与清扫扒机构201连接；

清扫扒机构201滑动连接于移动模块10的前端，并且清扫扒机构201通过压力弹簧片202的弹力在移动模块10上沿着竖直方向做向上运动或向下运动；即压力弹簧片202具有沿竖直方向向下的弹力，在清扫扒机构201受到竖直方向向上的外力时，清扫扒机构201压向压力弹簧片202，使得清扫扒机构201沿着竖直方向做向上的运动，在无外力作用于清扫扒机构201后，清扫扒机构201通过压力弹簧片202的弹力沿竖直方向做向下运动，使得在通过非平直路况时，清扫扒机构201能够沿竖直方向做调整，避免卡顿影响移动模块10的运动；

导向模块30，导向模块30设置于移动模块10上，用于对移动模块10在工件内部的移动进行导向；

焊接模块40，焊接模块40设置于移动模块10的移动后端，用于对工件的内部进行焊接加工；焊接模块40包括两组相对设置的焊枪组件，焊枪组件的焊接端向远离移动模块10的移动后端方向延伸，焊枪组件的进丝端靠近移动模块10的移动后端；

送丝模块50，送丝模块50设置于移动模块10上，并且送丝模块50与焊接模块40连接，用于向焊接模块40输送焊接丝；送丝模块50包括送丝电机和送丝机构，送丝电机的输出端与送丝机构转动连接，送丝机构的送丝端与焊枪组件的进丝端连接，通过送丝电机的驱动使得送丝机构将焊接丝输送至焊枪组件处；

焊接模块40和送丝模块50通过T型支撑柱60连接在移动模块10上；

控制模块，移动模块10、清扫模块20、导向模块30、焊接模块40和送丝模块50均与控制模块信号连接；

内部焊接控制系统通过将清扫模块20设置于移动模块10的移动前端，使得移动模块10在工件内部进行移动过程中，清扫模块20可预先清除路径上的颗粒、污渍、灰尘等杂质，避免杂质影响移动模块10的平稳移动，进而移动模块10能够按照预定路线平稳移动，并能保证后续焊接的连续稳定；导向模块30能够对移动模块10进行导向，使得移动模块10在工件内部能够按照预定路径进行移动，能够准确到达所需焊接的位置，有效提高后续焊接的准确性和可靠性。

进一步的，本实施例中，导向模块30包括两个相对设置的移动导向机构301，两个移动导向机构301分别靠近移动模块10的两侧设置，使得两个移动导向机构301在工件内部分别与工件内部的两侧壁相接触；

每个移动导向机构301包括支撑板3011、第一转动板3012、第二转动板3013、第一引导球3014和第二引导球3015；

支撑板3011的中部通过连接杆与T型支撑柱60连接，并且支撑板3011的两端分别向移动模块10的移动前端和移动后端延伸；连接杆的一端连接于支撑板3011下表面的中部，连接杆的另一端连接于T型支撑柱60的上表面；

第一转动板3012的一端和第二转动板3013的一端分别转动连接于支撑板3011的两端，并且第一转动板3012靠近移动模块10的移动前端，第二转动板3013靠近移动模块10的移动后端，第一转动板3042和第二转动板3043均绕着支撑板3041做水平方向的转动；

第一转动板3012远离支撑板3011的一端转动连接第一引导球3014，第二转动板3013远离支撑板3011的一端转动连接第二引导球3015；

在使用时，位于移动模块10上的移动导向机构301，通过第一转动板3042和第二转动板3043绕着支撑板3041做水平方向的转动，以调整移动导向机构301的位置，使得适应工件的宽度；

第一转动板3012与支撑板3011的转动连接处、以及第二转动板3013与支撑板3011的转动连接处均设有回力器，第一转动板3012和第二转动板3013均能通过回力器的回弹力回转至初始位置，即向远离移动模块10的方向回转，使得在工件内部时，同一个移动导向机构301上的第一引导球3014和第二引导球3015与工件内部的侧壁相接触并具有一定的压力，压力为工件内部侧壁对第一引导球3014和第二引导球3015所产生的力，在对移动模块10进行导向时，若压力发生突变或者变为0，则表示移动模块10的移动偏移或者移动异常；

在移动模块10移动过程中，第一引导球3014和第二引导球3015会产生转动，避免第一引导球3014和第二引导球3015不运动而与工件内部侧壁产生摩擦力阻碍移动模块10的移动。

进一步的，本实施例中，控制模块根据焊接控制策略分别对移动模块10、清扫模块20、导向模块30、焊接模块40和送丝模块50进行控制，以完成焊接加工；

焊接控制策略包括以下步骤：

S1、根据所需焊接工件的参数信息，选择焊接工艺参数，并进行设定；

S2、在移动模块10上设置图像采集组件，通过图像采集组件实时采集工件内部路径的图像数据，根据工件内部路径上的杂质密度选择移动模块10的移动速度；图像采集组件可选择多个工业相机设置于移动模块10上，分布用于拍摄移动模块10前端的路径图像和后续所需焊接处的焊缝图像；

S3、根据导向模块30对移动模块10的运动进行导向；

S4、构建焊缝识别模型，移动模块10移动至所需焊接处，根据焊缝类型动态调整焊接电流和焊接速度。

进一步的，本实施例中，步骤S1具体包括：

参数信息包括工件厚度和工件材料类型系数；

焊接工艺参数包括焊接初始电流和焊接初始速度；

获取工件的工件厚度D和工件材料类型系数K_ω，并计算工件的焊接初始电流I₀和焊接初始速度V₀：

I₀＝I_L*K_ω*D*α

其中，I_L表示理论焊接电流值；α表示电流调整系数；V_L表示理论焊接速度值；K_V表示速度综合影响系数；β表示速度调整系数。

进一步的，本实施例中，步骤S1还包括：

工件材料类型系数K_ω的取值根据工件材料类型进行选取：

若工件材料类型为碳钢，则工件材料类型系数K_ω取值为1.0～1.3；工件材料类型为碳钢时K_ω最优取值为1.2；

若工件材料类型为不锈钢，则工件材料类型系数K_ω取值为1.4～1.7；工件材料类型为不锈钢时K_ω最优取值为1.5；

若工件材料类型为合金材料，则工件材料类型系数K_ω取值为1.8～2.0；工件材料类型为合金材料时K_ω最优取值为1.9；

步骤S1示例如下：

工件厚度D＝20mm，理论焊接电流值I_L＝10A，电流调整系数α＝0.05A/mm，理论焊接速度值V_L＝20mm/min，速度综合影响系数K_V＝10，速度调整系数β＝2.5mm/min；

工件材料类型为碳钢，则工件材料类型系数K_ω选取K_ω＝1.2；

计算得初始电流I₀＝10*0.05*20*1.2＝12A；

焊接初始速度

进一步的，本实施例中，步骤S2具体包括：

移动模块10以移动前端向工件内部做前行运动，图像采集组件对移动模块10前行的路径进行图像实时采集，得到路径图像；

将路径图像传输到边缘计算网关，并通过加权平均法对路径图像数据进行灰度化处理，得到灰度图像；

采用中值滤波算法对灰度图像进行去噪处理，得到第一路径图像；

采用直方图均衡化技术对第一路径图像进行图像增强处理，得到第二路径图像；

对第二路径图像依次进行图像分割处理和形态学处理，得到第三路径图像，统计第三路径图像中杂质部分的像素点数量，并采用图像分析算法计算杂质区域面积S，按照如下公式计算杂质密度M：

其中，像素点数量N的单位为个；杂质区域面积S的单位为平方像素；杂质密度M的单位为个/平方像素；

示例如下：

图像采集组件可选择工业相机，移动模块10按照理论初始移动速度从工件端口向工件内部移动，工业相机以30帧/秒实时采集移动模块10前行路径的图像，并将实时采集的路径图像传输至边缘计算网关；

边缘计算网关接收到实时传输的路径图像后，采用加权平均法进行灰度化，例如对于某一帧实时采集到的彩色图像，其中一个像素点的RGB值为(190,160,130)，按照加权系数W_R＝0.299、W_G＝0.587、W_B＝0.114计算该像素点灰度值Gray＝0.299*190+0.587*160+0.114*130＝164.23，对整帧图像的所有像素点进行同样计算，得到灰度图像；

对灰度图像采用中值滤波算法去噪，例如选取3×3的滤波窗口，若窗口内像素值为150、155、145、140、160、165、135、170、175，将这些值从小到大排序为135、140、145、150、155、160、165、170、175，取中值155替换窗口中心像素原来的值，遍历整帧灰度图像，得到去噪后的第一路径图像；

运用直方图均衡化技术对第一路径图像进行增强，统计该帧图像各灰度级的像素数量，计算累积分布函数，重新分配像素灰度值，例如原来灰度级为120的像素，经处理后灰度级变为140，处理后得到第二路径图像，使杂质细节在图像中更加清晰；

对第二路径图像进行实时图像分割，采用基于机器学习的U-Net模型，快速准确地将杂质区域和背景区域区分开来，接着进行形态学处理，通过腐蚀和膨胀操作进一步优化杂质区域轮廓，然后实时统计杂质部分的像素点数量N，并计算杂质区域面积S，例如实时统计杂质部分的像素点数量N＝300个，计算出杂质区域面积S＝120平方像素，则杂质密度M为：

所以杂质密度M＝2.4个/平方像素。

进一步的，本实施例中，步骤S2还包括：

移动模块10的移动速度根据杂质密度M选择移动速度V_Y；

根据预先建立的杂质密度与移动速度范围映射关系，选择移动速度调整系数C，并根据移动速度调整系数C动态调整移动速度V_Y；

若0≤M＜2，则移动速度调整系数C的取值为：

若2≤M＜10，则移动速度调整系数C的取值为：

若M≥10，则移动速度调整系数C的取值为：

移动速度V_Y按照如下公式计算：

V_Y＝V_YL*C

其中，V_YL表示理论初始移动速度；

示例如下：

根据上述示例得到杂质密度M＝2.4个/平方像素，则2≤M＜10，所以移动速度调整系数C的取值为：

理论初始移动速度V_YL＝2mm/s，则移动速度V_Y＝2*1.1＝2.2mm/s。

进一步的，本实施例中，步骤S3具体包括：

两个移动导向机构301与工件内部侧壁相接触的位置均设置压力传感器，并实时监测两个移动导向机构301的压力值，得到实时导向压力值F_DX1和F_DX2；根据上述移动导向机构301的结构，所采集的压力值为同一移动导向机构301上第一引导球3014和第二引导球3015与工件内部侧壁的压力之和；

若F_DX1＝[F_Dmin，F_Dmax]且F_DX2＝[F_Dmin，F_Dmax]，则判定移动模块10的运动轨迹正常，维持原有运动状态；

若F_DX1≠[F_Dmin，F_Dmax]和/或F_DX2≠[F_Dmin，F_Dmax]，则判定移动模块10的运动轨迹异常，发出告警信息，并进行运动调整操作；

其中，F_Dmin表示预设导向压力最小值；F_Dmax表示预设导向压力最大值；

示例如下：

根据历史焊接数据和测试数据，预设导向压力最小值F_Dmin＝5N，预设导向压力最大值F_Dmax＝10N；

由于两个移动导向机构301分别靠近移动模块10的两侧设置，即移动模块10的左侧和右侧，以F_DX1对应移动模块10左侧的移动导向机构301压力值，F_DX2对应移动模块10右侧的移动导向机构301压力值；

实时监测两个移动导向机构301的压力值，得到某一时刻F_DX1＝7N，F_DX2＝8N，满足F_DX1＝[F_Dmin，F_Dmax]且F_DX2＝[F_Dmin，F_Dmax]，则判定移动模块10的运动轨迹正常，维持原有运动状态；

若在后续某一时刻，实时监测到F_DX1＝12N，F_DX2＝3N，满足F_DX1≠[F_Dmin，F_Dmax]和F_DX2≠[F_Dmin，F_Dmax]，则判定移动模块10的运动轨迹异常，发出告警信息，通过控制模块调整移动模块10的运动轨迹，使得满足F_DX1＝[F_Dmin，F_Dmax]且F_DX2＝[F_Dmin，F_Dmax]。

进一步的，本实施例中，步骤S4具体包括：

获取历史焊缝图像数据和对应的焊缝类型标签数据，焊缝类型标签数据的焊缝类型标签包括对接焊缝、角焊缝、T形焊缝、搭接焊缝、塞焊缝和槽焊缝；

对历史焊缝图像数据进行灰度化处理、去噪处理以及图像增强处理，得到处理后的第一历史焊缝图像数据；

采用Canny算法和灰度共生矩阵方法提取第一历史焊缝图像数据的边缘特征、几何特征和纹理特征，得到焊缝特征向量；

采用支持向量机，以焊缝特征向量为输入，焊缝类型标签为输出，对历史焊缝图像数据和焊缝类型标签数据进行模型训练和测试，得到训练完成的焊缝识别模型；

移动模块10移动至所需焊接处，图像采集组件采集所需焊接处的焊缝图像，并将焊缝图像输入至焊缝识别模型，识别得到所需焊接处的焊缝类型，根据焊缝类型对焊接电流和焊接速度进行调整；

示例如下：

在现有的焊接数据库获取1000张历史焊缝图像数据，同时对应的焊缝类型标签数据包括对接焊缝300张、角焊缝250张、T形焊缝200张、搭接焊缝150张、塞焊缝50张、槽焊缝50张；

对于一张历史对接焊缝的彩色图像，其像素点RGB值为(200,180,160)，按照加权系数W_R＝0.299、W_G＝0.587、W_B＝0.114计算该像素点灰度值Gray＝0.299*200+0.587*180+0.114*160＝178.28，对这1000张历史焊缝图像的所有像素点进行相同操作，实现每一张图像的灰度化；

采用中值滤波算法，对灰度化后的图像取3×3的滤波窗口，例如窗口内像素值为160、165、155、150、170、175、145、180、185，排序后取中值165替换窗口中心像素值，遍历整幅图像完成去噪，并运用直方图均衡化技术，统计图像各灰度级像素数量，重新分配像素灰度值，增强图像对比度，得到第一历史焊缝图像数据；

使用Canny算法，设定低阈值为50，高阈值为150，对一张处理后的T形焊缝图像进行处理，检测出焊缝边缘；

几何特征提取包括分析焊缝的形状、长度和宽度几何信息，例如对于搭接焊缝，测量其搭接部分的长度和宽度；

纹理特征提取通过采用灰度共生矩阵方法，计算对比度和熵纹理参数，获取纹理特征，综合得到所有图像的焊缝特征向量；

以焊缝特征向量为输入，焊缝类型标签为输出，采用支持向量机进行模型训练，经过多轮训练和调整参数，用其中800张图像数据训练，200张图像数据测试，得到训练完成的焊缝识别模型；

移动模块10移动至所需焊接处，图像采集组件采集所需焊接处的焊缝图像，并将焊缝图像输入至焊缝识别模型，例如到达第一个所需焊接处，采集的图像通过焊缝识别模型识别为对接焊缝，则根据对接焊缝对焊接电流和焊接速度进行调整。

进一步的，本实施例中，步骤S4还包括：

根据焊缝类型选择焊接调整系数P，并根据焊接调整系数P对焊接初始电流I₀和焊接初始速度V₀进行调整，得到调整后的焊接实际电流I_S和焊接实际速度V_S，调整方式如下：

I_S＝I₀*P

V_S＝V₀*P

若焊缝类型为对接焊缝，则焊接调整系数P取值为1.0～1.2；焊缝类型为对接焊缝时焊接调整系数P最优取值为1.1；

若焊缝类型为角焊缝，则焊接调整系数P取值为0.9～1.1；焊缝类型为角焊缝时焊接调整系数P最优取值为1.0；

若焊缝类型为T形焊缝，则焊接调整系数P取值为1.2～1.4；焊缝类型为T形焊缝时焊接调整系数P最优取值为1.3；

若焊缝类型为搭接焊缝，则焊接调整系数P取值为0.8～1.0；焊缝类型为搭接焊缝时焊接调整系数P最优取值为0.9；

若焊缝类型为塞焊缝，则焊接调整系数P取值为1.3～1.5；焊缝类型为塞焊缝时焊接调整系数P最优取值为1.4；

若焊缝类型为槽焊缝，则焊接调整系数P取值为1.1～1.3；焊缝类型为槽焊缝时焊接调整系数P最优取值为1.2；

示例如下：

根据上述示例通过焊缝识别模型识别为对接焊缝，则焊接调整系数P取值为1.0～1.2，选择P＝1.1；

焊接初始电流I₀＝12A，焊接初始速度V₀＝21mm/min；

则焊接实际电流I_S＝12*1.1＝13.2A；

焊接实际速度V_S＝21*1.1＝23.1mm/min。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本申请权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内部焊接控制系统，用于对工件的内部进行焊接，其特征在于，包括：

移动模块(10)，所述移动模块(10)用于在工件的内部进行水平方向的移动；

清扫模块(20)，所述清扫模块(20)设置于所述移动模块(10)的其中一端，用于对所述移动模块(10)的移动路径进行清扫，所述移动模块(10)以设有所述清扫模块(20)的一端为移动前端，另一端为移动后端；

导向模块(30)，所述导向模块(30)设置于所述移动模块(10)上，用于对所述移动模块(10)在工件内部的移动进行导向；

焊接模块(40)，所述焊接模块(40)设置于所述移动模块(10)的移动后端，用于对工件的内部进行焊接加工；

送丝模块(50)，所述送丝模块(50)设置于所述移动模块(10)上，并且所述送丝模块(50)与所述焊接模块(40)连接，用于向所述焊接模块(40)输送焊接丝；

控制模块，所述移动模块(10)、所述清扫模块(20)、所述导向模块(30)、所述焊接模块(40)和所述送丝模块(50)均与所述控制模块信号连接。

2.根据权利要求1所述内部焊接控制系统，其特征在于，所述导向模块(30)包括两个相对设置的移动导向机构(301)，两个所述移动导向机构(301)分别靠近所述移动模块(10)的两侧设置，使得两个所述移动导向机构(301)在工件内部分别与工件内部的两侧壁相接触。

3.根据权利要求2所述内部焊接控制系统，其特征在于，所述控制模块根据焊接控制策略分别对所述移动模块(10)、所述清扫模块(20)、所述导向模块(30)、所述焊接模块(40)和所述送丝模块(50)进行控制，以完成焊接加工；

所述焊接控制策略包括以下步骤：

S1、根据所需焊接工件的参数信息，选择焊接工艺参数，并进行设定；

S2、在所述移动模块(10)上设置图像采集组件，通过所述图像采集组件实时采集工件内部路径的图像数据，根据工件内部路径上的杂质密度选择所述移动模块(10)的移动速度；

S3、根据所述导向模块(30)对所述移动模块(10)的运动进行导向；

S4、构建焊缝识别模型，所述移动模块(10)移动至所需焊接处，根据焊缝类型动态调整焊接电流和焊接速度。

4.根据权利要求3所述内部焊接控制系统，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

所述参数信息包括工件厚度和工件材料类型系数；

所述焊接工艺参数包括焊接初始电流和焊接初始速度；

获取所述工件的工件厚度D和工件材料类型系数K_ω，并计算所述工件的焊接初始电流I₀和焊接初始速度V₀：

I₀＝I_L*K_ω*D*α

其中，I_L表示理论焊接电流值；α表示电流调整系数；V_L表示理论焊接速度值；K_V表示速度综合影响系数；β表示速度调整系数。

5.根据权利要求4所述内部焊接控制系统，其特征在于，所述步骤S1还包括：

所述工件材料类型系数K_ω的取值根据工件材料类型进行选取：

若所述工件材料类型为碳钢，则所述工件材料类型系数K_ω取值为1.0～1.3；

若所述工件材料类型为不锈钢，则所述工件材料类型系数K_ω取值为1.4～1.7；

若所述工件材料类型为合金材料，则所述工件材料类型系数K_ω取值为1.8～2.0。

6.根据权利要求3所述内部焊接控制系统，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

所述移动模块(10)以所述移动前端向工件内部做前行运动，所述图像采集组件对所述移动模块(10)前行的路径进行图像实时采集，得到路径图像；

将所述路径图像传输到边缘计算网关，并通过加权平均法对所述路径图像数据进行灰度化处理，得到灰度图像；

采用中值滤波算法对所述灰度图像进行去噪处理，得到第一路径图像；

采用直方图均衡化技术对所述第一路径图像进行图像增强处理，得到第二路径图像；

对所述第二路径图像依次进行图像分割处理和形态学处理，得到第三路径图像，统计所述第三路径图像中杂质部分的像素点数量，并采用图像分析算法计算杂质区域面积S，按照如下公式计算杂质密度M：

其中，所述像素点数量N的单位为个；所述杂质区域面积S的单位为平方像素；所述杂质密度M的单位为个/平方像素。

7.根据权利要求6所述内部焊接控制系统，其特征在于，所述步骤S2还包括：

所述移动模块(10)的移动速度根据所述杂质密度M选择移动速度V_Y；

根据预先建立的杂质密度与移动速度范围映射关系，选择移动速度调整系数C，并根据所述移动速度调整系数C动态调整所述移动速度V_Y；

若0≤M＜2，则所述移动速度调整系数C的取值为：

若2≤M＜10，则所述移动速度调整系数C的取值为：

若M≥10，则所述移动速度调整系数C的取值为：

所述移动速度V_Y按照如下公式计算：

V_Y＝V_YL*C

其中，V_YL表示理论初始移动速度。

8.根据权利要求3所述内部焊接控制系统，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

两个所述移动导向机构(301)与工件内部侧壁相接触的位置均设置压力传感器，并实时监测两个所述移动导向机构(301)的压力值，得到实时导向压力值F_DX1和F_DX2；

若F_DX1＝[F_Dmin，F_Dmax]且F_DX2＝[F_Dmin，F_Dmax]，则判定所述移动模块(10)的运动轨迹正常，维持原有运动状态；

若F_DX1≠[F_Dmin，F_Dmax]和/或F_DX2≠[F_Dmin，F_Dmax]，则判定所述移动模块(10)的运动轨迹异常，发出告警信息，并进行运动调整操作；

其中，F_Dmin表示预设导向压力最小值；F_Dmax表示预设导向压力最大值。

9.根据权利要求5所述内部焊接控制系统，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

获取历史焊缝图像数据和对应的焊缝类型标签数据，所述焊缝类型标签数据的焊缝类型标签包括对接焊缝、角焊缝、T形焊缝、搭接焊缝、塞焊缝和槽焊缝；

对所述历史焊缝图像数据进行灰度化处理、去噪处理以及图像增强处理，得到处理后的第一历史焊缝图像数据；

采用Canny算法和灰度共生矩阵方法提取所述第一历史焊缝图像数据的边缘特征、几何特征和纹理特征，得到焊缝特征向量；

采用支持向量机，以所述焊缝特征向量为输入，焊缝类型标签为输出，对所述历史焊缝图像数据和所述焊缝类型标签数据进行模型训练和测试，得到训练完成的焊缝识别模型；

所述移动模块(10)移动至所需焊接处，所述图像采集组件采集所需焊接处的焊缝图像，并将所述焊缝图像输入至所述焊缝识别模型，识别得到所需焊接处的焊缝类型，根据所述焊缝类型对所述焊接电流和所述焊接速度进行调整。

10.根据权利要求9所述内部焊接控制系统，其特征在于，所述步骤S4还包括：

根据所述焊缝类型选择焊接调整系数P，并根据所述焊接调整系数P对所述焊接初始电流I₀和所述焊接初始速度V₀进行调整，得到调整后的焊接实际电流I_S和焊接实际速度V_S，调整方式如下：

I_S＝I₀*P

V_S＝V₀*P

若所述焊缝类型为对接焊缝，则所述焊接调整系数P取值为1.0～1.2；

若所述焊缝类型为角焊缝，则所述焊接调整系数P取值为0.9～1.1；

若所述焊缝类型为T形焊缝，则所述焊接调整系数P取值为1.2～1.4；

若所述焊缝类型为搭接焊缝，则所述焊接调整系数P取值为0.8～1.0；

若所述焊缝类型为塞焊缝，则所述焊接调整系数P取值为1.3～1.5；

若所述焊缝类型为槽焊缝，则所述焊接调整系数P取值为1.1～1.3。