CN114769966B - 车体断面焊缝识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车体断面焊缝识别方法，包括如下步骤：识别型材的断面图纸资料，提取所述型材的外轮廓线；根据所述型材的外轮廓线，提取所述型材的接头；基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域。通过上述方法可以自动识别型材接头的焊接类型和位置，在铝合金车体结构强度分析中无需进行手动逐个标识焊缝位置和焊接类型，能显著提升焊缝强度分析的效率。

Description

车体断面焊缝识别方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种车体断面焊缝识别方法及系统。

背景技术

目前的轨道车辆中，大多会使用到铝合金车体结构，铝合金车体结构由铝合金挤压型材通过焊接工艺组装成型，车体结构承受极其复杂的载荷，因此，焊接过程的焊缝的强度直接影响着行车安全。

在铝合金车体结构焊缝强度有限元分析过程中，需要在车体的有限元模型中识别出型材结构的焊接类型和焊接位置，并设置焊缝标识单元参数，从而实现铝合金车体结构焊缝疲劳分析。

轨道车辆的车体断面形式众多且结构形式复杂，目前主要根据CAD图纸进行人工逐个判断和标记，由于焊缝数量众多，且车体的有限元模型非常复杂，会使人工标识焊缝类型和位置的工作量巨大，非常耗时。同时，在车体结构设计阶段，可能需要反复优化设计车体结构，这导致焊缝的位置和类型会不断变化，每次变化都需要手动修改有限元模型，从而降低车体结构疲劳分析的效率。

因此，亟需一种车体断面焊缝识别方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种车体断面焊缝识别方法及系统，用以解决现有技术中根据CAD图纸进行人工逐个判断和标记造成工作量大且耗时的技术问题，实现车体断面焊缝的快速识别，提高焊缝强度分析的效率。

本发明提供一种车体断面焊缝识别方法，包括如下步骤：

识别型材的断面图纸资料，提取所述型材的外轮廓线；

根据所述型材的外轮廓线，提取所述型材的接头；

基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域。

根据本发明提供的一种车体断面焊缝识别方法，所述识别型材的断面图纸资料，提取所述型材的外轮廓线的步骤，包括：

对车体断面的每一块所述型材提取外轮廓线，并将所述外轮廓线的圆弧段用折线段代替，以使多条所述折线段围设形成封闭多边形以代替所述外轮廓线。

根据本发明提供的一种车体断面焊缝识别方法，所述根据所述型材的外轮廓线，提取所述型材的接头的步骤，包括：

将所述型材的外轮廓线拟合形成第一多边形，将所述第一多边形缩小10mm形成第二多边形，以去除所述型材的接头，再将所述第二多边形放大10mm形成第三多边形，去除所述第一多边形上与所述第三多边形相同的部分，以得到所述型材的接头。

根据本发明提供的一种车体断面焊缝识别方法，所述基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域的步骤，包括：

根据相邻两块所述型材的接头之间的相对位置，判断相邻两块所述型材的接头的连接方式，将相邻两块所述型材的外轮廓线取并集后得到第四多边形，将所述第四多边形放大10mm形成第五多边形，再将所述第五多边形缩小10mm形成第六多边形，去除所述第六多边形上与所述第四多边形相同的部分，以得到所述焊接区域，根据相邻两块所述型材的接头处是否存在所述焊接区域，判断相邻两块所述型材的接头的焊接类型。

根据本发明提供的一种车体断面焊缝识别方法，所述根据相邻两块所述型材的接头之间的相对位置，判断相邻两块所述型材的接头的连接方式的步骤，包括：

若其中一块所述型材的两个接头均位于另一块所述型材的两个接头的外侧，则两个所述型材的接头的连接方式为插接；

若其中一块所述型材的两个接头分别位于另一块所述型材的两个接头的内侧和外侧，则两个所述型材的接头的连接方式为搭接。

根据本发明提供的一种车体断面焊缝识别方法，所述根据相邻两块所述型材的接头处是否存在所述焊接区域，判断相邻两块所述型材的接头的焊接类型的步骤，包括：

若相邻两块所述型材的接头处存在所述焊接区域，则相邻两块所述型材的接头的焊接类型为对接焊；

若相邻两块所述型材的接头处不存在所述焊接区域，则相邻两块所述型材的接头的焊接类型为搭接焊。

根据本发明提供的一种车体断面焊缝识别方法，在所述基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域的步骤之后，还包括如下步骤：

提取所述接头的接头中线和所述型材的型材中线并在所述焊接区域生成焊接点并标记焊接类型，将所述接头中线和所述型材中线连接形成断面中线。

根据本发明提供的一种车体断面焊缝识别方法，若相邻两块所述型材的接头为插接形式的对接焊，提取位于外侧的所述接头的中线；

若相邻两块所述型材的接头为搭接形式的对接焊或搭接焊，提取全部的所述接头的中线。

根据本发明提供的一种车体断面焊缝识别方法，在所述提取所述接头的接头中线和所述型材的型材中线，将所述接头中线和所述型材中线连接形成断面中线的步骤之后，还包括如下步骤：

生成带有焊接关系的断面有限元网络，基于所述断面中线，根据给定的有限元网格尺寸信息，生成车体断面的二维有限元网络，并在焊接点自动生成有限元节点，同时标记焊接类型；

将二维有限元网格在垂直断面的方向拉伸以形成车体断面的三维有限元网络并输出三维有限元模型。

本发明还提供一种车体断面焊缝识别系统，包括：

录入单元，用于录入图纸资料；

第一识别单元，与所述录入单元信号连接，用于识别所述图纸资料；

第一提取单元，与所述第一识别单元信号连接，用于提取所述型材的外轮廓线；

第二提取单元，与所述第一提取单元信号连接，用于提取所述型材的接头；

第二识别单元，与所述第二提取单元信号连接，用于识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域。

本发明实施例提供的车体断面焊缝识别方法及系统，通过上述方法可以自动识别型材接头的焊接类型和位置，在铝合金车体结构强度分析中无需进行手动逐个标识焊缝位置和焊接类型，能显著提升焊缝强度分析的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的车体断面焊缝识别方法的流程示意图；

图2是本发明提供的车体断面焊缝识别方法中，铝合金车体断面图纸资料的示意图；

图3是本发明提供的车体断面焊缝识别方法中，型材外轮廓线所形成的第一多边形的示意图；

图4是本发明提供的车体断面焊缝识别方法中，相邻两块型材连接的结构示意图及局部放大示意图；

图5是本发明提供的车体断面焊缝识别方法中，相邻两块型材在抹去了接头后外轮廓线形成的第二多边形的示意图；

图6是本发明提供的车体断面焊缝识别方法中，相邻两块型材的接头的外轮廓线形成的第三多边形的示意图；

图7是本发明提供的车体断面焊缝识别方法中，带有焊接类型和焊接点位置信息的断面中线的示意图；

图8是本发明提供的车体断面焊缝识别方法中，带有焊接信息的断面有限元网格的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图8描述本发明的车体断面焊缝识别方法，该车体断面焊缝识别方法包括如下步骤：

识别型材的断面图纸资料，提取所述型材的外轮廓线；

根据所述型材的外轮廓线，提取所述型材的接头；

基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域。

在本实施例中，通过上述方法可以自动识别型材接头的焊接类型和位置，在铝合金车体结构强度分析中无需进行手动逐个标识焊缝位置和焊接类型，能显著提升焊缝强度分析的效率。

其中，图纸资料优选为CAD图纸。

具体的，所述识别型材的断面图纸资料，提取所述型材的外轮廓线的步骤，包括：

对车体断面的每一块所述型材提取外轮廓线，并将所述外轮廓线的圆弧段用折线段代替，以使多条所述折线段围设形成封闭多边形以代替所述外轮廓线。

可以理解的是，识别CAD图纸资料后对CAD图纸上记载的车体断面的每一块型材进行提取外轮廓线。同时，在提取外轮廓线的过程中，原本的会出现到一些圆弧段，为了使外轮廓线为多条折线段围合形成的封闭多边形，将圆弧段用折线段代替。

根据本发明提供的车体断面焊缝识别方法，所述根据所述型材的外轮廓线，提取所述型材的接头的步骤，包括：

所述型材的外轮廓线形成第一多边形，将所述第一多边形缩小10mm形成第二多边形以去除所述型材的接头，再将所述第二多边形放大10mm形成第三多边形，去除所述第一多边形上与所述第三多边形相同的部分，以得到所述型材的接头。

先将外轮廓线所形成的第一多边形缩小10mm，由于型材的接头的厚度不会大于10mm，因此第一多边形缩小10mm得到第二多边形后可以去掉接头部分；然后将缩小后的第二多边形再放大10mm形成第三多边形，第三多边形与原始外轮廓多边形整体形状保持不变，但焊接接头会被抹平；将第一多边形去除与第三多边形相同的部分，即可得到每块型材的焊接接头对应的多边形区域。

根据本发明提供的车体断面焊缝识别方法，所述基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域的步骤，包括：

根据相邻两块所述型材的接头之间的相对位置，判断相邻两块所述型材的接头的连接方式，将相邻两块所述型材的外轮廓线取并集后得到第四多边形，将所述第四多边形放大10mm形成第五多边形，再将所述第五多边形缩小10mm形成第六多边形，去除所述第六多边形上与所述第四多边形相同的部分，以得到所述焊接区域，根据相邻两块所述型材的接头处是否存在所述焊接区域，判断相邻两块所述型材的接头的焊接类型。

进一步的，所述根据相邻两块所述型材的接头之间的相对位置，判断相邻两块所述型材的接头的连接方式的步骤，包括：

若其中一块所述型材的两个接头均位于另一块所述型材的两个接头的外侧，则两个所述型材的接头的连接方式为插接；

若其中一块所述型材的两个接头分别位于另一块所述型材的两个接头的内侧和外侧，则两个所述型材的接头的连接方式为搭接。

其中，以型材长度方向的中轴线为参照，外侧即远离中轴线的一侧，内侧为靠近中轴线的一侧。

进一步的，所述根据相邻两块所述型材的接头处是否存在所述焊接区域，判断相邻两块所述型材的接头的焊接类型的步骤，包括：

若相邻两块所述型材的接头处存在所述焊接区域，则相邻两块所述型材的接头的焊接类型为对接焊；

若相邻两块所述型材的接头处不存在所述焊接区域，则相邻两块所述型材的接头的焊接类型为搭接焊。

在识别接头的连接形式和焊接类型并确定焊接区域的过程中，首先根据两块型材的接头之间的相对位置关系，确定接头的连接方式，如果一块型材的两个接头均在外侧，而另一块型材的两个接头均在内侧，则两组接头为插接关系；如果一块型材的两个接头相对于另一块型材的两个接头的关系为：一个接头在内侧，另一个接头在外侧，则两组结构为搭接关系。然后将相邻两块型材的外轮廓线取合取并集(即合并两块型材的外轮廓线)形成第四多边形，将第四多边形放大10mm形成第五多边形，由于焊接区域的宽度小于10mm，这样便可对在放大第四多边形的同时填充焊接区域，再将第五多边形缩小10mm形成第六多边形，第六多边形除了能将焊接区域填充外，其余部分与第四多边形相同，然后去除第六多边形上与第四多边形相同的部分，便可得到焊接区域。然后根据型材的接头处是否存在焊接区域，判断相邻两块型材的接头的焊接类型。通过上述方式，可完全确定接头的连接方式、焊接类型和焊接位置。

根据本发明提供的车体断面焊缝识别方法，在所述基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域的步骤之后，还包括如下步骤：

提取所述接头的接头中线和所述型材的型材中线并在所述焊接区域生成焊接点并标记焊接类型，将所述接头中线和所述型材中线连接形成断面中线。

具体的，若相邻两块所述型材的接头为插接形式的对接焊，仅提取位于外侧的所述接头的中线；

若相邻两块所述型材的接头搭接形式的对接焊或搭接焊，提取全部的所述接头的中线。

根据本发明提供的车体断面焊缝识别方法，在所述提取所述接头的接头中线和所述型材的型材中线，将所述接头中线和所述型材中线连接形成断面中线的步骤之后，还包括如下步骤：

生成带有焊接关系的断面有限元网络，基于所述断面中线，根据给定的有限元网格尺寸信息，生成车体断面的二维有限元网络，并在焊接点自动生成有限元节点，同时标记焊接类型；

将二维有限元网格在垂直断面的方向拉伸以形成车体断面的三维有限元网络并输出三维有限元模型。其中，输出三维有限元模型的方式为：将三位有限元网络以Hypermesh软件(具有的强大的有限元网格划分前处理功能)的FEM文件格式输出，以获得可在Hypermesh软件中使用的车体断面三维有限元模型。

采用本发明实施例提供的车体断面焊缝识别方法，能自动识别车体断面焊缝的位置并进行标记，依据焊缝标识规则，在铝合金车体结构的有限元模型中，自动设置焊缝识别单元参数，便于实现铝合金车体结构焊缝强度的快速分析，克服了人工手动设置焊缝参数造成工作量巨大且效率低的问题，从而达到了节约设计成本和缩短设计周期的目的。

本发明实施例提供的车体断面焊缝识别方法可实现铝合金车体结构设计的“资源共享、经验固化”，同时为后续的有限元分析和优化奠定基础，在车体断面焊缝识别中具有前瞻性。

另一方面，本发明还提供一种车体断面焊缝识别系统，包括：

录入单元，用于录入图纸资料；

第一识别单元，与所述录入单元信号连接，用于识别所述图纸资料；

第一提取单元，与所述第一识别单元信号连接，用于提取所述型材的外轮廓线；

第二提取单元，与所述第一提取单元信号连接，用于提取所述型材的接头；

第二识别单元，与所述第二提取单元信号连接，用于识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域。

利用本发明实施例提供的车体断面焊缝识别系统可以实现前述实施例中提供的车体断面焊缝识别方法的相应步骤。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种车体断面焊缝识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

识别型材的断面图纸资料，提取所述型材的外轮廓线；

根据所述型材的外轮廓线，提取所述型材的接头；

基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域；

所述根据所述型材的外轮廓线，提取所述型材的接头的步骤，包括：

将所述型材的外轮廓线拟合形成第一多边形，将所述第一多边形缩小10mm形成第二多边形，以去除所述型材的接头，再将所述第二多边形放大10mm形成第三多边形，去除所述第一多边形上与所述第三多边形相同的部分，以得到所述型材的接头。

2.根据权利要求1所述的车体断面焊缝识别方法，其特征在于，所述识别型材的断面图纸资料，提取所述型材的外轮廓线的步骤，包括：

对车体断面的每一块所述型材提取外轮廓线，并将所述外轮廓线的圆弧段用折线段代替，以使多条所述折线段围设形成封闭多边形以代替所述外轮廓线。

3.根据权利要求1所述的车体断面焊缝识别方法，其特征在于，所述基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域的步骤，包括：

根据相邻两块所述型材的接头之间的相对位置，判断相邻两块所述型材的接头的连接方式，将相邻两块所述型材的外轮廓线取并集后得到第四多边形，将所述第四多边形放大10mm形成第五多边形，再将所述第五多边形缩小10mm形成第六多边形，去除所述第六多边形上与所述第四多边形相同的部分，以得到所述焊接区域，根据相邻两块所述型材的接头处是否存在所述焊接区域，判断相邻两块所述型材的接头的焊接类型。

4.根据权利要求3所述的车体断面焊缝识别方法，其特征在于，所述根据相邻两块所述型材的接头之间的相对位置，判断相邻两块所述型材的接头的连接方式的步骤，包括：

若其中一块所述型材的两个接头均位于另一块所述型材的两个接头的外侧，则两个所述型材的接头的连接方式为插接；

若其中一块所述型材的两个接头分别位于另一块所述型材的两个接头的内侧和外侧，则两个所述型材的接头的连接方式为搭接。

5.根据权利要求3所述的车体断面焊缝识别方法，其特征在于，所述根据相邻两块所述型材的接头处是否存在所述焊接区域，判断相邻两块所述型材的接头的焊接类型的步骤，包括：

若相邻两块所述型材的接头处存在所述焊接区域，则相邻两块所述型材的接头的焊接类型为对接焊；

若相邻两块所述型材的接头处不存在所述焊接区域，则相邻两块所述型材的接头的焊接类型为搭接焊。

6.根据权利要求1-5任一项所述的车体断面焊缝识别方法，其特征在于，在所述基于所述型材的接头，识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域的步骤之后，还包括如下步骤：

提取所述接头的接头中线和所述型材的型材中线并在所述焊接区域生成焊接点并标记焊接类型，将所述接头中线和所述型材中线连接形成断面中线。

7.根据权利要求6所述的车体断面焊缝识别方法，其特征在于，

若相邻两块所述型材的接头为插接形式的对接焊，提取位于外侧的所述接头的中线；

若相邻两块所述型材的接头为搭接形式的对接焊或搭接焊，提取全部的所述接头的中线。

8.根据权利要求6所述的车体断面焊缝识别方法，其特征在于，在所述提取所述接头的接头中线和所述型材的型材中线，将所述接头中线和所述型材中线连接形成断面中线的步骤之后，还包括如下步骤：

生成带有焊接关系的断面有限元网络，基于所述断面中线，根据给定的有限元网格尺寸信息，生成车体断面的二维有限元网络，并在焊接点自动生成有限元节点，同时标记焊接类型；

将二维有限元网格在垂直断面的方向拉伸以形成车体断面的三维有限元网络并输出三维有限元模型。

9.一种车体断面焊缝识别系统，其特征在于，包括：

录入单元，用于录入型材的断面图纸资料；

第一识别单元，与所述录入单元信号连接，用于识别所述型材的断面图纸资料；

第一提取单元，与所述第一识别单元信号连接，用于提取所述型材的外轮廓线；

第二提取单元，与所述第一提取单元信号连接，用于提取所述型材的接头；

第二识别单元，与所述第二提取单元信号连接，用于识别相邻两块所述型材的接头的连接方式和焊接类型，并确定焊接区域；

所述第二提取单元还用于将所述型材的外轮廓线拟合形成第一多边形，将所述第一多边形缩小10mm形成第二多边形，以去除所述型材的接头，再将所述第二多边形放大10mm形成第三多边形，去除所述第一多边形上与所述第三多边形相同的部分，以得到所述型材的接头。