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監(jiān)督深度學(xué)習(xí)--通過X射線射線攝影引導(dǎo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光焊接質(zhì)量
（論文部分內(nèi)容摘抄）
激光焊接是許多工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。然而，其在線質(zhì)量監(jiān)測(cè)是一個(gè)開放的問題，由于該過程的高度復(fù)雜性。這項(xiàng)工作旨在豐富這一領(lǐng)域的現(xiàn)有方法。我們提出了一種可導(dǎo)致缺陷的過程不穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。硬X射線成像用于對(duì)質(zhì)量至關(guān)重要的地下事件進(jìn)行地面實(shí)測(cè)。應(yīng)用深度人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從激光背反射和聲發(fā)射信號(hào)的小波譜圖中揭示出這些事件的獨(dú)特特征。在真實(shí)生活數(shù)據(jù)上測(cè)試了識(shí)別特征的自主分類，并通過并行計(jì)算實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性能。質(zhì)量分類的置信度在71%至99%之間，時(shí)間分辨率低至2毫秒，每項(xiàng)分類任務(wù)的計(jì)算時(shí)間低至2微秒。該方法是工業(yè)過程數(shù)字化的新范式，可用于提供閉環(huán)質(zhì)量控制系統(tǒng)的反饋。
激光焊縫原位X射線照相實(shí)驗(yàn)裝置和接實(shí)驗(yàn)臺(tái)的照片
激光焊接的X射線攝影。利用高速X射線成像技術(shù)可視化了激光焊接過程中工件內(nèi)部熔池的動(dòng)態(tài)行為這些意見對(duì)于確定用于界定不同質(zhì)量類別的事件的事實(shí)真相至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)是在歐洲同步加速器的成像束線上進(jìn)行的，該束線提供了超高的時(shí)間X射線成像分辨率。特別是，采用X射線相位對(duì)比成像來提高靈敏度，特別是在X射線束折射率比較高的邊界處。為了采集焊接過程的放射線圖像，開發(fā)了一個(gè)特定的裝置，其總原理如圖所示。從X射線源到樣品的距離為145米，從樣品到檢測(cè)器的距離為5.2米。X射線束由波蕩器提供。光束通過鋁濾波器和金剛石衰減器衰減，產(chǎn)生粉紅色光束。此外，光束曝光通過快門調(diào)節(jié)，以便在錄制期間照亮樣品。
為了避免飽和的相機(jī)時(shí)代，相機(jī)的電子快門設(shè)置在30us的曝光時(shí)間。兩個(gè)狹縫系統(tǒng)允許調(diào)整光束的空間視場(chǎng)，以便覆蓋激光焊接工藝區(qū)，并與（德國 Excelitas PCO 公司的PCO.dimax）高速攝像機(jī)傳感器上的圖像尺寸匹配。激光焊接過程的放射性成像由間接X射線探測(cè)器記錄，鏡子將閃爍體的再發(fā)射光線指向（德國 Excelitas PCO 公司的PCO.dimax）高速攝像機(jī)，高速攝像機(jī)與物鏡相連，并相對(duì)于X射線束放置90°角，如圖所示。實(shí)驗(yàn)記錄圖像速率固定為28762fps，而X射線圖像檢測(cè)器的有效像素尺寸為11um。
如圖所示。重新發(fā)射的發(fā)光被導(dǎo)向高速攝像機(jī)PCO.Dimax(德國 Excelitas PCO 公司)，幀率為28762fps，曝光時(shí)間為30us。在兩個(gè)連續(xù)的激光脈沖過程中孔的形成和去除的X射線照相圖像。形成的原因是鎖孔通道的迅速崩潰，導(dǎo)致蒸汽被捕獲。另一方面，去除的孔是通過合并由以下激光脈沖形成的鎖孔。兩個(gè)激光脈沖為1kW的功率和10 ms的脈沖寬度。樣品相對(duì)于激光束和X射線束以1.5 mm/s的恒定速度平移。時(shí)間戳與激光照明同時(shí)開始。右下角的標(biāo)記對(duì)應(yīng)500um的距離。
目前的工作展示了一種創(chuàng)新的方法，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)激光焊接質(zhì)量有重大影響的事件。方法涉及使用各種傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行信號(hào)處理。此外，該過程的動(dòng)態(tài)可視化的過程區(qū)的X射線照相成像。從X射線數(shù)據(jù)來看，下列事件被認(rèn)為是導(dǎo)電焊接、穩(wěn)態(tài)鍵孔、不穩(wěn)態(tài)鍵洞、爆裂和孔隙。它們的分類精度在71-99%范圍內(nèi)，表明了我們的信號(hào)處理方法的良好性能。
目前的工作有三個(gè)重要成果。首先，我們的方法能夠非常有把握地區(qū)分穩(wěn)定的鎖孔和不穩(wěn)定的鎖眼。由于后一種機(jī)制容易出現(xiàn)缺陷，探測(cè)穩(wěn)定-不穩(wěn)定鍵孔過渡的能力是非常有意義的。這是實(shí)現(xiàn)過程閉環(huán)控制以避免缺陷的先決條件。其次，可以區(qū)分毛孔的形成，毛孔是危險(xiǎn)的缺陷之一。這個(gè)結(jié)果很有趣，因?yàn)樗试S人們?nèi)コ缚p中的缺陷，這些缺陷并不總是可以避免的。
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