CN111730256B - 基于数字模型的焊缝识别方法、装置、存储介质及终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字模型的焊缝识别方法、装置、存储介质及终端，只需要导入工件数字模型，可以自动识别焊缝并生成焊接路径，最后再人工判断是否有误即可，极大地简化了焊缝识别流程；对于多焊缝的复杂工件，通过自动识别代替人工选取，效率提升明显；自动识别可以有效降低由于人工选择导致的错误率；整个过程由系统自动完成，降低技术员对掌握焊接工艺的要求，降低使用门槛；而且本焊缝识别方法的实体之间的形状识别过程简单，无需经过复杂的计算，极大地简化了整个焊缝识别过程。

Description

基于数字模型的焊缝识别方法、装置、存储介质及终端

技术领域

本发明涉及计算机图形学和焊接自动化技术领域，尤其涉及的是一种基于数字模型的焊缝识别方法、装置、存储介质及终端。

背景技术

目前，在机械装配、海工设备、轨道车辆、钢结构行业等机械制造行业中，手工焊接已逐渐退出生产线，自动化焊接机器人、自动化焊接专机以及智能化焊接技术已经成为焊接技术发展的主要趋势。

现在的自动化焊接方法，一般都是需要技术人员预先在自动化焊接系统上进行设置，而焊缝的选择则是其中一项重要的设置。面向小型的工件或者焊缝条数少的工件，技术员进行焊缝选取的工作量不多也不容易出错，但是当面向工件复杂，焊缝多且对应的焊接工艺复杂，技术员进行焊缝选取的时间将会变多，而且难度也相对变大，容易出错。

针对人工选择，目前也出现了一些通过系统自动识别焊缝的方式，但现有的自动焊缝识别系统存在焊缝坡口识别过程繁琐，计算复杂的问题（如专利202010269483.0，一种焊接过程的控制方法和控制装置）。

因此，现有的技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字模型的焊缝识别方法、装置、存储介质及终端，可以实现焊缝的自动选择，匹配正确的焊接参数，简化操作过程，提高效率且不容易出错，降低对技术员的依赖。

本发明的技术方案如下：一种基于数字模型的焊缝识别方法，其中，具体包括以下步骤：

自动识别工件数字模型中各个实体之间的形状特征；

根据得到的各个实体之间的形状特征匹配对应的坡口形式；

根据坡口形式和对应实体的尺寸，识别焊缝，生成焊缝信息。

所述的基于数字模型的焊缝识别方法，其中，所述自动识别工件数字模型中各个实体之间的形状特征，具体包括以下过程：先判断工件数字模型是否拥有多个实体，若工件数字模型只有一个实体，则结束焊缝识别，并输出提示；若工件数字模型有多个实体，则逐一计算其中一个实体上的所有点到另一个实体每个面上的距离，把距离小于预设根部间隙的点找出来，通过距离小于预设根部间隙的点确定其中一个实体到另一个实体的形状特征。

所述的基于数字模型的焊缝识别方法，其中，所述根据得到的各个实体之间的形状特征匹配对应的坡口形式，坡口形式有I型坡口、V型坡口、Y型坡口、X型坡口、J型坡口、U型坡口、K型坡口。

所述的基于数字模型的焊缝识别方法，其中，还包括根据得到的焊缝信息生成焊接路径。

所述的基于数字模型的焊缝识别方法，其中，所述根据坡口形式和对应实体的尺寸，识别焊缝，生成焊缝信息：对识别出来的焊缝进行判断，若焊缝有误，则对焊缝进行调整，再生成焊缝信息。

一种采用上述任一所述的基于数字模型的焊缝识别方法的装置，其中，包括：

识别模块，自动识别工件数字模型中各个实体之间的形状特征；

匹配模块，根据得到的各个实体之间的形状特征匹配对应的坡口形式；

焊缝信息生成模块，根据坡口形式和对应实体的尺寸，生成焊缝信息。

所述的装置，其中，还包括用于对有误焊缝进行调整的调整模块。

所述的装置，其中，还包括用于根据焊缝信息生成焊接路径的焊接路径生成模块。

一种终端，其中，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行上述任一项所述的方法。

一种存储介质，其中，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述任一项所述的方法。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种基于数字模型的焊缝识别方法、装置、存储介质及终端，只需要导入工件数字模型，可以自动识别焊缝并生成焊接路径，最后再人工判断是否有误即可，极大地简化了焊缝识别流程；对于多焊缝的复杂工件，通过自动识别代替人工选取，效率提升明显；自动识别可以有效降低由于人工选择导致的错误率；整个过程由系统自动完成，降低技术员对掌握焊接工艺的要求，降低使用门槛；而且本焊缝识别方法的实体之间的形状识别过程简单，无需经过复杂的计算，极大地简化了整个焊缝识别过程。

附图说明

图1是本发明中基于数字模型的焊缝识别方法的步骤流程图。

图2是本发明中S2的步骤流程图。

图3是本发明中格子间的装配图。

图4是本发明中格子间的坡口形式示意图。

图5a至图5g是本发明中常见的坡口形式。

图6是本发明中形状特征示例图。

图7是本发明中相关的面的示意图。

图8是本发明中装置的示意图。

图9是本发明中终端的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，一种基于数字模型的焊缝识别方法，具体包括以下步骤：

S1：获取需要焊接的工件数字模型。

其中，可将需要焊接工件的数字模型导入到软件系统中，若是同种产品，则需一次导入即可，可重复利用。

具体应用时，导入的工件数字模型一般是通用中间标准格式step、iges、xt、stl，或者一些主流的三维软件的装配体或者零件图格式，如Solidworks的.slddrw和.sldprt等。

S2:自动识别工件数字模型中各个实体之间的形状特征。

其中，实体又叫实体模型，是一个三维的三角网数据；通常定义实体模型是在三角形所确定三个数据点数据的基础上，由一组通过空间位置，在不同平面内的线相互连接而成的。如图3所示，01为扶强板，02为横向肋骨，03为翼板，04为腹板，05为船壳板，分别为不同的实体。

其中，所述S2中，软件系统自动识别实体之间的形状，具体包括以下步骤：

s21：先判断导入的工件数字模型是否拥有多个实体，是则执行s22-s30，否则执行s31；

s22：选择其中一个实体，定义为SolidA，找出实体SolidA上所有的面fai，i为变量；

s23：定义另一个实体为SolidB，然后历遍计算实体SolidB上的点到实体SolidA其中一个面上的距离，把距离小于预设根部间隙（根部间隙，即Root Opening,焊前在接头根部之间预留的空隙）的点找出来；

s24：找出与其中一个距离小于预设根部间隙的点相关的面（一个点有可能同时位于多个面上，这些面即为与该点相关的面）在实体SolidB上的面mbi（mbi为实体SolidB上的面），i为变量；

s25：在mbi里面剔除跟fai不相向的面；

s26：把剔除完毕后的剩余mbi与fai共同组成的形状特征进行记录，留做坡口形式的识别；

s27：按照距离小于预设根部间隙的点的个数重复执行s24至s26，得到与各个距离小于预设根部间隙的点相关的、与fai相向的面，其中，在mbi里面判断跟fai相向的面过程如下：通过根据mbi面与fai面相交的边的长度进行判断，如果相交边的长度小于等于实体SolidB的板厚，则需要剔除，否则保留该面；

如图7中，fa为实体SolidA上的面，实体SolidB上与P点相关的面为mb1、mb2和mb3，mb2和mb3为与fa相向的面，mb1为与fa不相向的面。

s28：按照实体SolidA上的面的个数重复执行s23至s27，得到实体SolidB上的距离小于预设根部间隙的点到实体SolidA上所有的面的形状特征；

s29：按照实体个数重复执行s23至s28，历遍选择其他实体，得到各个实体距离SolidA最近的形状特征；

s30：按照实体个数重复执行s22至s29，历遍选择各个实体作为SolidA，得到其他实体距离SolidA最近的形状特征；找到工件数字模型中各个实体所有符合要求的形状特征；

s31：结束焊缝识别，并输出提示。

其中，如果判断到导入的工件数字模型只有一个实体，则不再进行后续的焊缝识别步骤（即s22至s29、S3至S5的步骤），并弹出提示：只有一个实体，无法识别焊缝。

针对s23至s26，现列举以下实例加以说明：实体SolidA中所有的面包括fa1、fa2、fa3......fai，实体SolidB上的点为

、

、

......

；

计算实体SolidB上的每个点

到面fa1的距离，判断距离是否小于预设根部间隙，是的话找到与该点

相关的面在实体SolidB上的面mb1、mb2......mbi，判断mb1、mb2......mbi与fa1是否相向，剔除与fa1不相向的面mbi（假设剩下mb2和mb3与fa1相向），则将fa1与mb2、mb3组成的形状特征进行记录。然后循环上述过程，再进行下一个点相关面的识别。

本技术方案的实体之间的形状特征识别过程简单，无需经过复杂的计算，极大地简化了整个焊缝识别过程；通过快速识别到实体之间的形状特征，可以实现坡口形式和坡口位置（即坡口位于实体之间的具体位置，在计算点到面的过程中即可获取坡口的位置）的快速识别，以最终实现焊缝的快速识别；因为在焊缝的识别过程中，不但需要识别焊缝的长度、宽度和厚度，最主要的是需要识别坡口的形式，在长期的生产实际过程中，坡口形式的识别一直都是通过人工实现的，长期以来都还没有一种比较有效可行的方法可以实现坡口形式的自动快速识别（如专利CN107844649A，一种钢结构焊缝生成方法虽然有公开对坡口参数和坡口形式进行确定，但如何确定、通过什么方法确定，却没有具体公开），本技术方案通过采用上述步骤即可实现坡口的快速识别，保证了焊缝识别的精确性和快速性。

S3:根据得到的各个实体之间的形状特征与系统中的坡口形式进行对比，使形状特征匹配对应的坡口形式。

其中，系统中预存有常见的坡口形式，将S2中得到的工件数字模型中各个实体之间的形状特征与系统中的坡口形式进行对比，使形状特征匹配一个对应的坡口形式。常见的坡口形式有I型坡口（如图5a所示，也叫不开坡口，根部间隙可以为0）、V型坡口（如图5c所示）、Y型坡口（如图5e所示）、X型坡口（如图5g所示）、J型坡口（如图5b所示）、U型坡口（如图5d所示）、K型坡口（如图5f所示）。

S4:根据坡口形式和对应实体的尺寸，识别焊缝，生成焊缝信息。

其中，焊缝信息包括焊缝的根部间隙、焊缝厚度和焊缝长度。

因为通过S2和S3的处理，可以获知焊缝所在的位置，再结合坡口形式、对应实体的尺寸（如实体的厚度，两个实体之间连接处的长度，等），就可以得到焊缝信息。

其中，识别并显示焊缝，对显示的焊缝进行判断，若判断出焊缝有误则进行调整，这里可通过人工进行判断或者通过系统实现自动判断，再通过人工或系统进行焊缝调整。

如图6所示，A、B为两个物理实体模型（H为根部间隙）。把实体A上的所有点计算到实体B任意面的距离，显然，实体A上任何一点到实体B上最近的面均为实体B的上表面。所以预设了根部间隙后，可以计算得出实体A上的P1、P2、P3、P4符合到实体B的上表面的距离小于等于根部间隙的条件，其他点均不符合要求，如P5、P6。

从实体A可以看出，跟P1、P2、P3、P4相关联的面有：根部间隙底面P1P2P4P3，左侧面P2P4到顶面，斜底面P1P5P6P3，前面P2P1P5和后面P4P3P6。根据上述相关联的面即可得出实体A和实体B之间的形状特征，将该形状特征结合坡口类型，可以知道这里是属于V型坡口以及V型坡口所在的位置（亦即可以知道焊缝所在的位置），焊缝要在斜底面P1P5P6P3与实体B上表面之间。

S5:根据焊缝信息，自动匹配焊接参数生成焊接路径。

其中，焊接路径一般包括有：焊接顺序，焊接姿态（包括焊缝位姿和焊枪姿态），焊接类型（常用的是电焊和气焊，还有激光焊、钎焊、热熔焊、电子束焊、爆炸焊等等）等。如一条焊缝长度过长需要分段焊接，就需要设定焊接的顺序（如采用先进行两端焊接，再进行中间焊接的焊接顺序）。

其中，根据焊缝信息再匹配焊接专家库（专家库即专家系统，所谓"专家系统"就是具有相当于专家的知识和经验水平．以及解决专门问题能力的计算机系统,通常主要指计算机智能软件系统,它具有知识信息处理能力、知识利用能力、知识推理能力和咨询解释能力）信息生成符合质量要求的焊接路径甚至机器人焊接程序。

根据上述所述的基于数字模型的焊缝识别方法，现列举以下实施例加以说明：

向软件系统中导入格子间的装配图，如图3所示；

按照实体个数，软件自动历遍选择各个实体作为SolidA，得到其他实体距离SolidA最近的形状特征；找到工件数字模型中各个实体所有符合要求的形状特征；然后把每个形状特征都跟常见的坡口类型进行对比以确定焊接坡口，如图4所示（图5a至5g为常见的坡口形式），11为I型坡口，12为K型坡口，13为V型坡口，最后系统自动识别出对应的焊缝，并生成焊接路径。

本技术方案相对于现有技术，具有以下优点：

（1）只需要导入工件数字模型，可以自动识别焊缝并生成焊接路径，最后再人工判断是否有误即可，极大地简化了焊缝识别流程。

（2）对于多焊缝的复杂工件，通过自动识别代替人工选取，效率提升明显。

（3）自动识别可以有效降低由于人工选择导致的错误率。

（4）整个过程有系统自动完成，降低技术员对掌握焊接工艺的要求，降低使用门槛。

如图8所示，一种采用上述所述的基于数字模型的焊缝识别方法的装置，包括：

识别模块101，自动识别工件数字模型中各个实体之间的形状特征；

匹配模块102，根据得到的各个实体之间的形状特征匹配对应的坡口形式；

焊缝信息生成模块103，根据坡口形式和对应实体的尺寸，识别焊缝，生成焊缝信息；

焊接路径生成模块104，根据焊缝信息生成焊接路径。

在某些具体实施例中，所述装置还包括用于对有误焊缝进行调整的调整模块105。

请参照图9，本发明实施例还提供一种终端。如示，终端300包括处理器301和存储器302。其中，处理器301与存储器302电性连接。处理器301是终端300的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端的各个部分，通过运行或调用存储在存储器302内的计算机程序，以及调用存储在存储器302内的数据，执行终端的各种功能和处理数据，从而对终端300进行整体监控。

在本实施例中，终端300中的处理器301会按照如下的步骤，将一个或一个以上的计算机程序的进程对应的指令加载到存储器302中，并由处理器301来运行存储在存储器302中的计算机程序，从而实现各种功能：自动识别工件数字模型中各个实体之间的形状特征；根据得到的各个实体之间的形状特征匹配对应的坡口形式；根据坡口形式和对应实体的尺寸，识别焊缝，生成焊缝信息。

存储器302可用于存储计算机程序和数据。存储器302存储的计算机程序中包含有可在处理器中执行的指令。计算机程序可以组成各种功能模块。处理器301通过调用存储在存储器302的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理。

本申请实施例提供一种存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法，以实现以下功能：自动识别工件数字模型中各个实体之间的形状特征；根据得到的各个实体之间的形状特征匹配对应的坡口形式；根据坡口形式和对应实体的尺寸，识别焊缝，生成焊缝信息。其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static RandomAccess Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-Only Memory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于数字模型的焊缝识别方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

自动识别工件数字模型中各个实体之间的形状特征：先判断工件数字模型是否拥有多个实体，若工件数字模型只有一个实体，则结束焊缝识别，并输出提示；若工件数字模型有多个实体，则逐一计算其中一个实体上的所有点到另一个实体每个面上的距离，把距离小于预设根部间隙的点找出来，通过距离小于预设根部间隙的点确定其中一个实体到另一个实体的形状特征；

根据得到的各个实体之间的形状特征匹配对应的坡口形式；

根据坡口形式和对应实体的尺寸，识别焊缝，生成焊缝信息；

其中，所述逐一计算其中一个实体上的所有点到另一个实体每个面上的距离，把距离小于预设根部间隙的点找出来，通过距离小于预设根部间隙的点确定其中一个实体到另一个实体的形状特征，过程如下：

s22：选择其中一个实体定义为第一实体，找出第一实体上所有的面；

s23：选择另一个实体定义为第二实体，历遍计算第二实体上的点到实体第一实体其中一个面上的距离，把距离小于预设根部间隙的点找出来；

s24：找出与其中一个距离小于预设根部间隙的点相关的面在第二实体上的面；

s25：在s24中找出的第二实体上的面里面剔除跟s22中第一实体上所有的面不相向的面；

s26：把s25中剔除完毕后的剩余第二实体上的面与s22中第一实体上所有的面共同组成的形状特征进行记录，留做坡口形式的识别；

s27：按照s23中找出的距离小于预设根部间隙的点的个数重复执行s24至s26，得到与各个距离小于预设根部间隙的点相关的、与s22中第一实体上所有的面相向的面；

s28：按照第一实体上的面的个数重复执行s23至s27，得到第二实体上的距离小于预设根部间隙的点到第一实体上所有的面的形状特征；

s29：按照工件数字模型的实体个数重复执行s23至s28，历遍选择其他实体，得到各个实体距离第一实体最近的形状特征；

s30：按照实体个数重复执行s22至s29，历遍选择各个实体作为第一实体，得到其他实体距离第一实体最近的形状特征；找到工件数字模型中各个实体所有符合要求的形状特征。

2.根据权利要求1所述的基于数字模型的焊缝识别方法，其特征在于，所述根据得到的各个实体之间的形状特征匹配对应的坡口形式，坡口形式有I型坡口、V型坡口、Y型坡口、X型坡口、J型坡口、U型坡口、K型坡口。

3.根据权利要求1所述的基于数字模型的焊缝识别方法，其特征在于，还包括根据得到的焊缝信息生成焊接路径。

4.根据权利要求1所述的基于数字模型的焊缝识别方法，其特征在于，所述根据坡口形式和对应实体的尺寸，识别焊缝，生成焊缝信息：对识别出来的焊缝进行判断，若焊缝有误，则对焊缝进行调整，再生成焊缝信息。

5.一种采用权利要求1至4任一所述的基于数字模型的焊缝识别方法的装置，其特征在于，包括：

识别模块，自动识别工件数字模型中各个实体之间的形状特征；

匹配模块，根据得到的各个实体之间的形状特征匹配对应的坡口形式；

焊缝信息生成模块，根据坡口形式和对应实体的尺寸，识别焊缝，生成焊缝信息。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括用于对有误焊缝进行调整的调整模块。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括用于根据焊缝信息生成焊接路径的焊接路径生成模块。

8.一种终端，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行权利要求1至4任一项所述的方法。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1至4任一项所述的方法。

Images