CN116295071A - 一种大型构件焊接变形质量检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型构件焊接变形质量检测系统及方法，包括：支撑底座、固定于支撑底座上的传感器挂架与双相机挂架、固定于双相机挂架上的双相机测量组件及活动设置于传感器挂架上的结构光3D传感器模块；双相机测量组件包括固定于双相机挂架上的两个实时工业摄影测量相机、固定设置于实时工业摄影测量相机上的镜头、标定组件及通过联机电缆与实时工业摄影测量相机连接的控制器；结构光3D传感器模块包括3D传感器及通过平板与3D传感器一侧面连接的靶板。根据本发明，解决大尺寸拼板焊接构件焊接变形和焊缝表面质量的在线检测，满足自动化生产线对拼板焊后质量在线尺寸变形的快速测量和同步校验，提高拼板加工质量和效率，解决人工测量效率低、精度低。
Description
技术领域
本发明涉及大型拼板焊的技术领域，特别涉及一种大型构件焊接变形质量检测系统及方法。
背景技术
大型厚板钢结构件拼焊是海洋工程装备、船舶分段、风电管桩等建造中最为普遍的生产工序，由于这类构件钢板厚、焊缝长，焊接量大，钢板焊后易产生角变形和波浪变形，往往需要对钢板焊接变形进行检测。拼板焊后检测内容主要包含：钢板角变形量、对接焊缝余高、焊后钢板平整度等。
目前，大型拼板焊接构件焊后变形检查基本采用水平尺人工测量方式，在实际测量中存在很多不足之处：
1、因工件尺寸大，一般人工测量耗时长、工人劳动强度大、检测精度低；
2、人工测量效率低下，严重影响车间生产效率，导致了自动化焊接产线无法连续性生产、效率节点周期长；
3、目前测量方式只能进行一维、二维或三维位移监测，无法实现对构件变形姿态进行检测；
4、人工测量数据及结果无法实现实时保存和实时反馈，测量客观性以及测量结果可追溯性均存在问题，无法真正满足自动化生产对高精度、大尺寸构件质量在线检测在线反馈的技术需求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种大型构件焊接变形质量检测系统及方法，解决大尺寸拼板焊接构件焊接变形和焊缝表面质量的在线检测，满足自动化生产线对拼板焊后质量在线尺寸变形的快速测量和同步校验，提高拼板加工质量和效率，解决人工测量效率低、精度低。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种大型构件焊接变形质量检测系统，包括：
支撑底座、固定于支撑底座上的传感器挂架与双相机挂架、固定于双相机挂架上的双相机测量组件及活动设置于传感器挂架上的结构光3D传感器模块；
双相机测量组件包括固定于双相机挂架上的两个实时工业摄影测量相机、固定设置于实时工业摄影测量相机上的镜头、标定组件及通过联机电缆与实时工业摄影测量相机连接的控制器；
结构光3D传感器模块包括3D传感器及通过平板与3D传感器一侧面连接的靶板。
优选的，标定组件用于测量系统在建站过程中使用定向尺进行定向，确定相机初始空间位置和姿态，且标定组件包括测量标志和定向基准尺。
优选的，控制器通过联机电缆为实时工业摄影测量相机提供电源及同步信号，控制实时工业摄影测量相机进行实时图像采集，并将数据同步传输到电脑。
一种大型构件焊接变形质量检测方法，包括以下步骤：
S1、对3D传感器与靶板关系进行标定；
S2、安装两个实时工业摄影测量相机及3D传感器，移动支撑底座使得实时工业摄影测量相机及3D传感器位于待测量焊接缝的上方；
S3、通过定向尺对实时工业摄影测量相机进行定向，且获得定向文件；
S4、将各个器件与测量软件进行连接；
S5、将定向文件导入测量软件中，测量软件自动完成定向工作；
S6、通过点击测量软件开始快速测量；
S7、测量软件自动对采集到的数据进行分析，生成测量报告。
优选的，步骤S1中将3D传感器与靶板上面的摄影靶标关系标定出来，双相机测量组件通过靶板上摄影靶标即可得到3D传感器的位置姿态。
优选的，打开测量软件及控制器电源，测量软件自动连接所有实时工业摄影测量相机与3D传感器，当测量软件和实时工业摄影测量相机及3D传感器连接成功后会在测量软件界面下方显示连接成功，并且在测量软件上点击相机定向，导入定向文件，系统会自动完成定向工作。
优选的，步骤S6中双相机测量组件移动到位后静止不动，3D传感器置于焊缝一侧端面，在测量软件上点击拼版焊接测量，3D传感器在初始位置对焊缝进行扫描测量，同时双相机测量组件对3D传感器上的靶板进行拍照，将3D传感器沿着焊缝的方向移动，同时每隔一段距离就点击一次测量软件上点击拼版焊接测量，控制3D传感器对焊缝进行扫描测量，3D传感器沿整条焊缝移动完毕，则整条焊缝测量完毕。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：解决了大尺寸厚板钢结构件拼焊后焊接角变形、波浪变形、焊缝余高的快速在线测量问题，实现了焊接变形数据的实时自动化采集和在线分析。避免了人工测量耗时长、精度低、测量结果反馈慢、测量数据无法溯源等问题，实现了高效、高质量的拼焊构件焊接变形的在线实时监测，为提高大尺寸构件焊接质量、缩短生产周期、实现大型构件制造过程自动化提供了技术保障。同时，改善了劳动环境，减少装配返修次数，降低生产成本，具有很高的使用价值和经济效益。
附图说明
图1为根据本发明的大型构件焊接变形质量检测系统及方法的大尺寸厚板拼焊钢结构及测量要求示意图；
图2为根据本发明的大型构件焊接变形质量检测系统及方法的测量系统及工装示意图；
图3为根据本发明的大型构件焊接变形质量检测系统及方法的3D传感器与靶板示意图；
图4为根据本发明的大型构件焊接变形质量检测系统及方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为焊缝长度2m，钢板厚度10mm的大型厚板钢结构拼焊构件，构件钢板厚、焊缝长，焊接量大，拼板焊后要求：两块钢板对接焊之后测量焊缝左右800mm处平面度，测量精度：2.5mm/m,测量时钢板静止不动，测量仪器移动，并实时出具测量报告。
参照图1-4，一种大型构件焊接变形质量检测系统，包括：
支撑底座、固定于支撑底座上的传感器挂架与双相机挂架、固定于双相机挂架上的双相机测量组件及活动设置于传感器挂架上的结构光3D传感器模块；
双相机测量组件包括固定于双相机挂架上的两个实时工业摄影测量相机1、固定设置于实时工业摄影测量相机上的镜头、标定组件及通过联机电缆与实时工业摄影测量相机连接的控制器，联机电缆是为实时工业摄影测量相机供电，同时在电脑控制实时工业摄影测量相机进行实时图像采集的过程中进行信号及数据传输；
结构光3D传感器模块包括3D传感器2及通过平板与3D传感器一侧面连接的靶板3，使用前将3D传感器与靶板上面的摄影靶标关系标定出来，双相机测量组件通过测量靶板得到结构光3D传感器2的姿态；本发明测量系统的测量模式为待测焊接钢板静止不动，双相机系统和3D传感器2支架移动到位后，两支架位于焊缝上端，并与焊缝平行，静止不动，测量前，3D传感器2停放在测量初始位置，焊缝的一端，调整3D传感器2姿态，使得3D传感器2在移动过程中始终对准焊缝中心。
进一步的，标定组件用于测量系统在建站过程中使用定向尺进行定向，确定相机初始空间位置和姿态，且标定组件包括测量标志和定向基准尺。
3D传感器高度为0.5m，为传感器距焊缝的垂直距离，即可覆盖焊缝左右800mm的范围。两个实时工业摄影测量相机与3D传感器2垂直距离在2.5m左右，保证两个实时工业摄影测量相机视场可以覆盖3D传感器2的运动范围，给3D传感器2提供足够的测量空间，保证数据的完整性、精确性。
一种大型构件焊接变形质量检测方法，包括以下步骤：
S1、对3D传感器2与靶板3关系进行标定；
S2、安装两个实时工业摄影测量相机1及3D传感器2，移动支撑底座使得实时工业摄影测量相机及3D传感器2位于待测量焊接缝的上方；
S3、通过定向尺对实时工业摄影测量相机1进行定向，且获得定向文件；
S4、将各个器件与测量软件进行连接；
S5、将定向文件导入测量软件中，测量软件自动完成定向工作；
S6、通过点击测量软件开始快速测量；
S7、测量软件自动对采集到的数据进行分析，生成测量报告。
进一步的，步骤S1中将3D传感器2与靶板上面的摄影靶标关系标定出来，双相机测量组件通过靶板上摄影靶标即可得到3D传感器2的位置姿态。
进一步的，打开测量软件及控制器电源，测量软件自动连接所有实时工业摄影测量相机与3D传感器2，当测量软件和实时工业摄影测量相机及3D传感器2连接成功后会在测量软件界面下方显示连接成功，并且在测量软件上点击相机定向，导入定向文件，系统会自动完成定向工作。
进一步的，步骤S6中双相机测量组件移动到位后静止不动，3D传感器2置于焊缝一侧端面，在测量软件上点击拼版焊接测量，3D传感器2在初始位置对焊缝进行扫描测量，同时双相机测量组件对3D传感器2上的靶板进行拍照，将3D传感器2沿着焊缝的方向移动，同时每隔一段距离就点击一次测量软件上点击拼版焊接测量，控制3D传感器2对焊缝进行扫描测量，3D传感器2沿整条焊缝移动完毕，则整条焊缝测量完毕。
具体实施过程：通过系统控制软件控制3D传感器2在初始位置对焊缝两侧钢板进行扫描测量，同时控制双相机测量组件对3D传感器2上面的靶板进行拍照测量，将3D传感器2的测量数据统一到双相机测量组件中。测量时，移动传感器挂架，使得3D传感器2沿着焊缝方向移动，同时每隔一段距离就点击一次“拼版焊接测量”按钮控制传感器对焊缝进行扫描测量，待传感器移动到焊缝另外一端，整条焊缝全部测量完毕，点击“焊接拼版报告”按钮，软件即可自动对采集到的数据进行分析，并生成测量报告。
本系统所有测量数据的处理方式都是软件后台自动处理，平板焊后平面度测量数据处理过程大致如下：每点击一次“拼版焊接测量”按钮，3D传感器2都会对当前位置焊缝两侧扫描采集点坐标数据，同时两个实时工业摄影测量相机会对3D传感器2背面的靶版进行测量，软件即可通过标定好的靶版上编码点坐标系与3D传感器2坐标系转换关系，实时将3D传感器2测量的坐标数据转换到实时工业摄影测量相机坐标系下，每点击一次按钮，就会在实时工业摄影测量相机坐标系下生成一条带状点坐标带，并将点坐标文件实时保存在电脑指定路径下，当多次点击按钮后就会在实时工业摄影测量相机坐标系下生成多条带状点坐标，所有坐标都会保存在同一个文件里，当点击“焊接拼版报告”按钮后，软件即会对该文件里的所有点坐标进行分析计算，使用所有点拟合平面即可得到焊缝两侧平面度。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种大型构件焊接变形质量检测系统，其特征在于，包括：
支撑底座、固定于支撑底座上的传感器挂架与双相机挂架、固定于双相机挂架上的双相机测量组件及活动设置于传感器挂架上的结构光3D传感器模块；
双相机测量组件包括固定于双相机挂架上的两个实时工业摄影测量相机、固定设置于实时工业摄影测量相机上的镜头、标定组件及通过联机电缆与实时工业摄影测量相机连接的控制器；
结构光3D传感器模块包括3D传感器及通过平板与3D传感器一侧面连接的靶板。
2.如权利要求1所述的一种大型构件焊接变形质量检测系统，其特征在于，标定组件用于测量系统在建站过程中使用定向尺进行定向，确定相机初始空间位置和姿态，且标定组件包括测量标志和定向基准尺。
3.如权利要求1所述的一种大型构件焊接变形质量检测系统，其特征在于，控制器通过联机电缆为实时工业摄影测量相机提供电源及同步信号，控制实时工业摄影测量相机进行实时图像采集，并将数据同步传输到电脑。
4.如权利要求3所述的一种大型构件焊接变形质量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对3D传感器与靶板关系进行标定；
S2、安装两个实时工业摄影测量相机及3D传感器，移动支撑底座使得实时工业摄影测量相机及3D传感器位于待测量焊接缝的上方；
S3、通过定向尺对实时工业摄影测量相机进行定向，且获得定向文件；
S4、将各个器件与测量软件进行连接；
S5、将定向文件导入测量软件中，测量软件自动完成定向工作；
S6、通过点击测量软件开始快速测量；
S7、测量软件自动对采集到的数据进行分析，生成测量报告。
5.如权利要求4所述的一种大型构件焊接变形质量检测方法，其特征在于，步骤S1中将3D传感器与靶板上面的摄影靶标关系标定出来，双相机测量组件通过靶板上摄影靶标即可得到3D传感器的位置姿态。
6.如权利要求4所述的一种大型构件焊接变形质量检测方法，其特征在于，打开测量软件及控制器电源，测量软件自动连接所有实时工业摄影测量相机与3D传感器，当测量软件和实时工业摄影测量相机及3D传感器连接成功后会在测量软件界面下方显示连接成功，并且在测量软件上点击相机定向，导入定向文件，系统会自动完成定向工作。
7.如权利要求4所述的一种大型构件焊接变形质量检测方法，其特征在于，步骤S6中双相机测量组件移动到位后静止不动，3D传感器置于焊缝一侧端面，在测量软件上点击拼版焊接测量，3D传感器在初始位置对焊缝进行扫描测量，同时双相机测量组件对3D传感器上的靶板进行拍照，将3D传感器沿着焊缝的方向移动，同时每隔一段距离就点击一次测量软件上点击拼版焊接测量，控制3D传感器对焊缝进行扫描测量，3D传感器沿整条焊缝移动完毕，则整条焊缝测量完毕。
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