一种基于多源光电信号融合的激光焊接缺陷智能判定方法与流程

本发明涉及焊接质量评估，尤其涉及一种基于多源光电信号融合的激光焊接缺陷智能判定方法。

背景技术：

1、激光焊接以高能量密度、小热影响区与高焊接速度而广泛应用于动力电池极耳、汇流排、车身与精密结构件的连接，焊接质量直接决定结构件的力学性能与服役安全，因此对焊接缺陷进行实时、精准判定已成为激光焊接过程质量控制的核心环节，焊接过程中激光与工件作用产生的光辐射与反射光可被光电传感单元实时采集，光电信号的强度时序是反映焊接过程瞬态失稳的可用观测量且随工况条件整体变化。多源光电信号中包含有焊接状态与缺陷信息，为焊接质量在线监测提供了重要依据。

2、现有激光焊接光电监测通常将采集信号处理后提取均值、方差等特征，或与正常焊接过程形成的质量评估模板或参考曲线比对并计算差异特征，再与预设阈值、包络线或由历史样本统计得到的控制上下限比较，或输入经训练的机器学习模型，输出合格或存在缺陷的结论。然而，上述判定方式对多源异构信号的融合层次浅、特征对齐困难，且模型泛化能力不足，难以适应不同材料、工艺参数及工况变化下的缺陷判定需求；此外，现有技术均停留在整条焊缝或整个工件是否合格的层级。因此亟需一种基于多源光电信号融合的激光焊接缺陷智能判定方法，能够实现多源信号的深度协同表征与自适应融合，提升激光焊接缺陷判定的准确性与实时性。

3、中国专利公开号：cn119880913a，公开了一种基于光电信号的汇流排激光焊接虚焊缺陷在线诊断方法及系统，方法包括：通过高速传感器实时采集汇流排激光焊接过程中产生的光电信号，并对信号进行降噪、平滑和归一化处理，消除环境干扰，获得稳定一致的信号数据；基于处理后的光电信号，提取关键特征参数，将特征与标准参考值对比，定义特定的特征指标，并利用随机森林算法构建质量诊断模型，将焊接状态分类为正常或虚焊；将实时采集的光电信号输入质量诊断模型进行焊接质量检测，在检测到虚焊缺陷时，立即向焊接设备发送调整信号，优化焊接参数，实现实时质量优化和控制。由此可见，所述基于光电信号的汇流排激光焊接虚焊缺陷在线诊断方法及系统存在由于特征提取依赖人工设定的关键特征参数，难以适应不同焊接工况下的信号基线漂移，且模型在样本稀缺时易产生类别判定偏差导致焊接缺陷判定的准确性不足的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于多源光电信号融合的激光焊接缺陷智能判定方法，用以克服现有技术中由于特征提取依赖人工设定的关键特征参数，难以适应不同焊接工况下的信号基线漂移，且模型在样本稀缺时易产生类别判定偏差导致焊接缺陷判定的准确性不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于多源光电信号融合的激光焊接缺陷智能判定方法，包括：

3、基于同步采集激光焊接过程中的多源光电信号确定对应的信号有效区间，并将所述信号有效区间对齐至同一焊接进程轴，所述多源光电信号包括激光反射信号、熔池热辐射信号以及离子光信号；

4、基于所述焊接进程轴上的连续采样位置区间对所述信号有效区间进行划分以得到若干顺序焊段；

5、基于所述若干顺序焊段内所述多源光电信号的变化方向转折分别确定所述多源光电信号对应的偏离形态，并基于所述偏离形态确定对应顺序焊段的参与源组合；

6、当所述顺序焊段内存在偏离信号达到对应输出上限时，确定达到对应输出上限的偏离信号在当前顺序焊段内无法判定偏离状态并调整对应采集过程参数；

7、基于所述参与源组合中若干偏离信号的偏离起始位置在所述焊接进程轴上的先后顺序确定所述若干偏离信号之间的承接关系，并基于所述若干偏离信号在对应偏离过程中的变化方向确定所述若干偏离信号之间的方向关系；

8、基于所述偏离形态、所述参与源组合、所述承接关系以及所述方向关系构建焊段判定组合，基于所述焊段判定组合和预设组合条件确定焊接缺陷候选，当所述焊段判定组合不满足预设组合条件时，将对应顺序焊段标记为未归类异常焊段；

9、将所述焊接进程轴上相邻且焊段判定结果相同的若干顺序焊段合并形成对应的缺陷区间，并确定所述缺陷区间的判定结果以对所述缺陷区间进行复核。

10、进一步地，确定所述信号有效区间，包括：

11、以激光未作用于焊接过程时所述多源光电信号的信号水平作为本底水平；

12、基于所述多源光电信号和对应本底水平的偏离状态确定焊接起始事件，并将所述焊接起始事件对应的采样时刻作为所述信号有效区间的起点；

13、基于偏离多源光电信号回落至所述对应本底水平的时刻确定焊接结束事件，并将所述焊接结束事件对应的采样时刻作为所述信号有效区间的终点。

14、进一步地，所述顺序焊段的划分，包括：

15、以所述焊接起始事件的对应采样位置为基准，按照连续的等采样位置区间对所述信号有效区间进行划分以得到若干顺序焊段，并将所述等采样位置区间内的激光反射信号、熔池热辐射信号和离子光信号分别组成对应顺序焊段的同步采样序列。

16、进一步地，所述偏离形态包括脉冲型、间歇型、阶跃保持型、持续型以及无偏离形态。

17、进一步地，确定所述承接关系和所述方向关系，包括：

18、将发生偏离的多源光电信号作为参与源并将未发生偏离的多源光电信号作为非参与源；

19、将若干参与源对应的若干偏离起始位置在所述焊接进程轴上的先后顺序确定为若干参与源之间的承接关系，并将偏离起始位置相同的参与源确定为同时关系；

20、将所述若干参与源在对应偏离过程中的变化方向一致的参与源确定为同向关系，将变化方向相反的参与源确定为反向关系。

21、进一步地，基于所述焊段判定组合和预设组合条件确定焊接缺陷候选，包括：

22、当所述激光反射信号、所述熔池热辐射信号以及所述离子光信号均为无偏离形态时，确定对应顺序焊段未检测到缺陷；

23、当仅所述激光反射信号发生持续型偏离时，确定所述焊段对应的判定结果为焊缝错位候选；

24、当所述激光反射信号、所述熔池热辐射信号和所述离子光信号均发生持续型偏离，且所述激光反射信号与所述熔池热辐射信号、所述离子光信号的变化方向相反时，确定所述焊段对应的判定结果为未焊透候选；

25、当所述熔池热辐射信号与所述离子光信号发生脉冲型或阶跃保持型偏离，且所述熔池热辐射信号的偏离起始位置先于所述离子光信号时，确定所述焊段对应的判定结果为烧穿候选。

26、进一步地，当所述偏离信号处于所述不可判定状态时，根据所述不可判定状态对应的采集异常类型生成采集参数调整指示，并根据所述采集参数调整指示调整所述偏离信号的采集过程，基于调整后重新采集的焊接过程的多源光电信号执行所述顺序焊段的判定。

27、进一步地，获取所述缺陷区间两端与所述缺陷区间相邻的顺序焊段的偏离形态和判定结果以对所述缺陷区间进行进程连续性校验；

28、当所述缺陷区间两端相邻的顺序焊段均未出现偏离时，将所述缺陷区间标记为待核查区间；

29、当所述缺陷区间存在至少一端相邻的顺序焊段出现偏离时，确定所述缺陷区间满足进程连续性条件并输出判定结果。

30、进一步地，所述对所述缺陷区间进行复核，包括：

31、基于所述缺陷区间所包含的顺序焊段对应的多源光电信号重新构建焊段判定组合；

32、当重新构建的焊段判定组合对应的焊段判定结果和所述缺陷区间的原焊段判定结果一致时，输出所述缺陷区间的复核确认信息；

33、当所述重新构建的焊段判定组合对应的焊段判定结果和所述缺陷区间的原焊段判定结果不一致时，将所述缺陷区间标记为待核查区间。

34、进一步地，当所述缺陷区间被标记为待核查区间，或，所述顺序焊段被标记为未归类异常焊段时，将对应缺陷区间或对应顺序焊段记入待核查记录。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明所述方法通过对多源光电信号在本底水平上的保持性变化进行识别，确定信号有效区间并按照焊接进程进行焊段划分，将连续采集的多源异构信号转换为与实际焊接过程对应的时序分析单元，达到了抑制瞬态噪声及无效波动干扰、明确焊接进程边界的效果，解决了连续信号中焊接过程与非工艺扰动难以区分以及后续缺陷分析时间范围不准确的问题；通过基于偏离形态、参与源组合、承接关系以及方向关系构建焊段判定组合，并结合预设组合条件确定缺陷类别候选，将不同光电信号对焊接异常的差异化响应进行关联约束，达到了利用多源响应的时序及方向特征区分不同缺陷物理表现的效果，解决了依赖单一信号或单一异常特征进行缺陷识别时容易产生类别混淆、误检及漏检的问题；通过基于缺陷区间两侧相邻焊段的偏离形态判定缺陷的进程连续性，对具有连续偏离特征的相邻焊段进行缺陷区间合并，并输出对应的判定结果、位置范围及判定依据，达到了完整表征缺陷沿焊接进程的连续发展范围的效果，解决了同一连续缺陷被割裂识别或瞬态异常被错误扩展为连续缺陷的问题，提高了激光焊接缺陷判定的准确性。

36、进一步地，本发明所述方法通过确定信号有效区间以进行焊段划分，由于激光焊接过程中，激光反射信号、熔池热辐射信号以及等离子体离子光学信号均包含焊接过程响应与非工艺成分，且不同信号的瞬态响应持续时间存在差异，若直接对连续采样信号进行缺陷分析，易将短时噪声波动或孤立尖峰误认为焊接过程变化，从而造成焊接进程边界识别偏移及不同工艺阶段相互混叠，通过确定信号有效区间并进行焊段划分，可以从连续多源信号中提取实际对应焊接进程的有效变化区域，并将不同时间段的信号响应统一映射至对应焊段，为后续基于多源响应形态的缺陷识别提供明确的时序分析基础，进一步提高了激光焊接缺陷判定的准确性。

37、进一步地，本发明所述方法通过焊段判定组合和预设组合条件比对，确定缺陷类别候选，由于不同焊接缺陷对多源光电信号的影响不相同，同一缺陷可能在不同信号源中表现出不同的偏离持续方式、出现顺序及变化方向，而不同缺陷之间又可能存在局部信号表现相近的情况，单独依据某一信号的幅值或单一异常形态容易造成缺陷类型混淆，从而造成缺陷候选范围过宽或实际缺陷漏检，通过根据焊段判定组合和预设组合条件确定缺陷类别候选，利用多源信号之间的参与关系、时序承接关系及方向一致性对单一异常响应进行进一步约束，使具有不同物理表现的焊接异常形成可区分的组合特征，从而缩小缺陷类别候选范围，提高了缺陷类别判定的针对性和准确性，进一步提高了激光焊接缺陷判定的准确性。

38、进一步地，本发明所述方法基于缺陷区间两端相邻的顺序焊段的偏离形态判定缺陷的进程连续性，由于激光焊接中的部分缺陷并非在单一采样位置瞬时形成，而是随着热输入、熔池状态及材料作用过程沿焊接方向持续发展，因此同一缺陷在相邻焊段中通常具有可衔接的偏离形态；若仅按照单个焊段分别输出判定结果，容易将连续发展的同一缺陷割裂为多个独立缺陷，或者将孤立瞬态异常误认为连续缺陷，从而造成缺陷区间边界不准确及缺陷数量虚增，通过判定缺陷的进程连续性，可以依据相邻焊段的偏离形态对连续缺陷进行区间合并，并在连续性成立时形成完整缺陷区间，结合缺陷区间的位置范围及对应判定依据输出统一判定结果，从而提高缺陷空间定位的连续性和缺陷识别结果的一致性，进一步提高了激光焊接缺陷判定的准确性。