CN116967649B - 一种用于金属双极板的智能焊接方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于金属双极板的智能焊接方法及系统，包括获取燃料电池堆的电堆整体设计数据和各个部件的部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型；获取待焊接双极板的第一三维图像数据，并根此建立待焊接双极板的第一三维模型；将第一三维模型和双极板标准三维模型进行比较，识别出第一修整区；对第一修整区进行修整后，获取第二三维图像数据，根据第二三维图像数据建立第二三维模型；根据第二三维模型和标准焊接模型得到第一焊接模型；根据第一焊接模型对待焊接双极板进行焊接。本发明方案可以事先对待焊接双极板进行修整，还可以智能地根据待焊接双极板的实际三维数据生成匹配的焊接模型以实现准确且高质量的焊接效果。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于金属双极板的智能焊接方法及系统。
背景技术
电堆是燃料电池中的发电模块，主要由膜电极和双极板两部分组成。作为电堆的核心组件，双极板在燃料电池中起到分配流体（如氢气、空气和冷却液）、传输电流、传导热、和支撑等作用，对电堆的性能和寿命有着非常重要的影响。目前，双极板的制造材料有石墨、复合材料和金属，与用前两种材料制造的双极板相比，金属双极板具有厚度薄、机械强度高、抗冲击能力强、易于批量制造、成本低等优点，被认为是制造质子交换膜燃料电池双极板的最佳材料。通常来说，金属双极板制造过程是：先将厚度为0.1mm左右的超薄金属板冲压成阴、阳单极板，然后由两块单极板通过连接工艺对应连接而成双极板。连接工艺的控制和实施对双极板品质（如翘曲度、形变、厚度的均一性、气密性、是否过焊或欠焊等）的影响很大，控制不当会导致双极板严重变形、漏气等。因此，研究和提升金属双极板的连接技术和工艺对提高燃料电池的性能和寿命、提高成品率、降低成本具有重要意义。
发明内容
本发明正是基于上述问题，提出了一种用于金属双极板的智能焊接方法及系统，通过本发明方案，不仅可以事先对待焊接双极板进行修整，还可以智能地根据待焊接双极板的实际三维数据生成匹配的焊接模型以实现准确且高质量的焊接效果。
有鉴于此，本发明的一方面提出了一种用于金属双极板的智能焊接方法，包括：
获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；
根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型；
获取待焊接双极板的第一三维图像数据，并根据所述第一三维图像数据建立所述待焊接双极板的第一三维模型；
将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区；
对所述第一修整区进行修整后，获取对应的第二三维图像数据，并根据所述第二三维图像数据建立所述待焊接双极板的第二三维模型；
根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型；
根据所述第一焊接模型对所述待焊接双极板进行焊接。
可选地，所述智能焊接方法还包括：
在对所述待焊接双极板进行焊接的过程中，利用第一监测终端对焊缝预热、熔池形态、填充情况实时监测得到第一监测数据；
根据所述第一监测数据得到第一焊接监测结果；
将所述第一焊接监测结果反馈到控制终端；
所述控制终端根据所述第一焊接监测结果调节焊接参数以修改所述第一焊接模型；
对焊接后的双极板进行检测、评估以判断是否满足预设的双极板质量标准。
可选地，所述根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型的步骤，包括：
从所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据中提取所述燃料电池堆的整体设计图纸、各部件设计图纸，确定所述金属双极板的第一位置和第一尺寸参数；
从所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据中提取所述金属双极板的功能和材料要求，确定其内部结构和主要组成部分；
对所述燃料电池堆的各个部件建立部件三维模型；
从所述部件三维模型中提取出所述金属双极板的三维模型，并根据其他部件的三维模型确定所述金属双极板的接口和定位方式，根据所述金属双极板的接口和定位方式对所述金属双极板的三维模型进行修改得到所述双极板标准三维模型。
可选地，所述根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型的步骤，包括：
根据所述金属双极板的所述材料要求，确定焊接工艺；
分析所述双极板标准三维模型，确定第一焊接位置；
根据所述第一焊接位置、所述第一位置、所述第一尺寸参数、所述内部结构和所述主要组成部分确定所述金属双极板的第一焊接关键区域；
根据所述第一焊接关键区域确定焊接轨迹，确保所述第一焊接关键区域获得充分的焊接；
根据所述焊接工艺选择对应的焊接参数，模拟焊接过程，评估焊缝质量得到质量评估结果；
根据所述质量评估结果优化所述焊接参数和所述焊接轨迹，重复仿真验证和对仿真焊接后的双极板进行结构强度分析，直到获得符合第一预设焊接质量的焊接效果且确保仿真焊接后的双极板能够承受后续的操作和使用，在这过程中记录所有焊接操作数据、焊接效果数据、焊接效果评价数据；
根据所述焊接操作数据、所述焊接效果数据、所述焊接效果评价数据生成所述标准焊接模型。
可选地，所述将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区的步骤，包括：
根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板的关键功能部件作为第一检测区；
根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型确定所述待焊接双极板的设计结构，通过结构分析，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板内部应力分布的集中区域作为第二检测区；
根据所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，在所述第一三维模型上确定出现质量问题的频率高于第一预设频率的问题部位作为第三检测区；
建立所述待焊接双极板的工作分析模型，模拟其在标准工作环境下的应变、变形情况，在所述第一三维模型上确定敏感区域作为第四检测区；
将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，将所述第一三维模型上的所述第一检测区、所述第二检测区、所述第三检测区和所述第四检测区分别与所述双极板标准三维模型的对应区域进行一一比对，将差值分别超过第一预设差值、第二预设差值、第三预设差值和第四预设差值的区域进行整合作为所述第一修整区。
可选地，所述根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型的步骤，包括：
在所述第二三维模型上标注出需要进行焊接的第一位置；
根据所述第一位置，在所述标准焊接模型中提取对应的第一焊接参数和第一焊接路径；
在所述第二三维模型上根据所述第一焊接路径和所述第一焊接参数进行模拟焊接，生成初步的第一焊接效果，并判断所述第一焊接效果是否符合第二预设焊接质量；
若所述第一焊接效果不符合第二预设焊接质量，对所述第一焊接参数和所述第一焊接路径进行调整得到第二焊接参数和第二焊接路径；
在所述第二三维模型上根据所述第二焊接路径和所述第二焊接参数进行模拟焊接，生成第二焊接效果，并判断所述第二焊接效果是否符合所述第二预设焊接质量；
若所述第二焊接效果不符合所述第二预设焊接质量，则在所述第二三维模型上反复进行模拟焊接，直到获得符合所述第二预设焊接质量的第一焊接方案；
根据所述第一焊接方案对所述标准焊接模型进行修改得到所述第一焊接模型。
可选地，所述根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板的关键功能部件为第一检测区的步骤，包括：
从所述双极板标准三维模型中提取其中的关键功能部件的三维边界信息；
将所述第一三维模型与所述双极板标准三维模型进行三维比对，通过预设的特征匹配算法确定所述第一三维模型中对应的关键部件区域；
根据所述三维边界信息，在所述第一三维模型上，使用三维计算机图形学算法，自动生成这些匹配出的所述关键部件区域的闭合三维曲面以获取所述关键部件区域精确的第一三维边界；
根据所述第一三维边界确定所述第一检测区。
可选地，所述根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型确定所述待焊接双极板的设计结构，通过结构分析，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板内部应力分布的集中区域作为第二检测区的步骤，包括：
在所述双极板标准三维模型上设置材料属性、负载和边界条件；
根据所述燃料电池堆的同类型电池堆的历史工作环境数据、历史工作数据和所述设计结构得到双极板模拟工作参数；
根据所述双极板模拟工作参数、所述材料属性、所述负载和所述边界条件，模拟并计算所述金属双极板在不同工作状况下的应力和变形情况，确定所述双极板标准三维模型中应力和应变分布的集中区域；
将所述集中区域的节点提取出来，并确定这些节点的三维空间坐标信息；
根据所述三维空间坐标信息将这些节点坐标映射到所述第一三维模型上，生成所述第二检测区的三维边界；
针对所述第二检测区设置相关的检测属性。
可选地，所述根据所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，在所述第一三维模型上确定出现质量问题的频率高于第一预设频率的问题部位作为第三检测区的步骤，包括：
收集并分析所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，建立质量问题数据库；
分析所述质量问题数据库，统计各部位出现质量问题的频率分布情况；
根据频率分布情况，确定所有出现质量问题的频率高于所述第一预设频率的问题部位；
在所述第一三维模型上，标注出所述问题部位的坐标信息；
使用预设的三维匹配算法，在所述第一三维模型上生成所述问题部位所在区域的三维边界以确定所述问题部位在所述第一三维模型上的精确位置，得到所述第二检测区；
为所述第三检测区设置相关参数。
本发明的另一方面提供一种用于金属双极板的智能焊接系统，包括：云服务器、智能加工设备和智能焊接设备；其中，
所述云服务器被配置为：
获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；
根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型；
获取待焊接双极板的第一三维图像数据，并根据所述第一三维图像数据建立所述待焊接双极板的第一三维模型；
将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区；
控制所述智能加工设备对所述第一修整区进行修整后，获取对应的第二三维图像数据，并根据所述第二三维图像数据建立所述待焊接双极板的第二三维模型；
根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型；
控制所述智能焊接设备根据所述第一焊接模型对所述待焊接双极板进行焊接。
采用本发明的技术方案，用于金属双极板的智能焊接方法，包括：获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型；获取待焊接双极板的第一三维图像数据，并根据所述第一三维图像数据建立所述待焊接双极板的第一三维模型；将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区；对所述第一修整区进行修整后，获取对应的第二三维图像数据，并根据所述第二三维图像数据建立所述待焊接双极板的第二三维模型；根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型；根据所述第一焊接模型对所述待焊接双极板进行焊接。通过本发明方案，不仅可以事先对待焊接双极板进行修整，还可以智能地根据待焊接双极板的实际三维数据生成匹配的焊接模型以实现准确且高质量的焊接效果。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的用于金属双极板的智能焊接方法的流程图；
图2是本发明一个实施例提供的用于金属双极板的智能焊接系统的示意框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的或区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量（或描述特定顺序）。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面参照图1至图2来描述根据本发明一些实施方式提供的一种用于金属双极板的智能焊接系统及方法。
如图1所示，本发明一个实施例提供一种用于金属双极板的智能焊接系统，包括：
获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；
根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型（包括但不限于根据功能、导电性、流道特点等确定焊缝位置、宽度、深度、焊接标准）；
获取待焊接双极板的第一三维图像数据，并根据所述第一三维图像数据建立所述待焊接双极板的第一三维模型；
将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区（如可以先确定重点检测区，进行检测，识别出差值较大的地方作为第一修整区）；
对所述第一修整区进行修整后，获取对应的第二三维图像数据，并根据所述第二三维图像数据建立所述待焊接双极板的第二三维模型；
根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型；
根据所述第一焊接模型对所述待焊接双极板进行焊接。
在本发明实施例中，燃料电池堆的电堆整体设计数据通常包括以下方面：单电池规格：包括阴极、阳极、电解质膜、双极板等的材料选择、尺寸参数；单电池的堆叠方式，平板堆叠或菱形堆叠等；其它构件（如集流板和端板）的材料及厚度；整个电堆的长度、宽度、高度尺寸等；气体输配系统：氢气、空气的进出口大小及布置；堆体的整体安装方式及固定装置；电堆样品的三维点云数据；工作条件数据、性能要求数据等。综合这些参数可以完成燃料电池堆的整体方案设计。
燃料电池堆中各个关键部件的设计数据主要包括以下内容：质子交换膜的材料、厚度、水含量等参数；气体扩散层的材料、孔隙率、孔径分布、厚度等参数；催化层的催化剂材料、载体、质量分数、厚度等参数；双极板的材料、流道结构设计、厚度、电阻率等参数；密封圈的材料、尺寸、压缩率等参数；集流板的连接方式、导电性、机械强度；端板的材质、厚度、绝缘性、机械强度等参数；各部件的样品的三维点云数据；各部件的性能要求数据等。通过对各部件的数据建模和定义，可以完成燃料电池堆的详细部件设计。
采用该实施例的技术方案，包括：获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型；获取待焊接双极板的第一三维图像数据，并根据所述第一三维图像数据建立所述待焊接双极板的第一三维模型；将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区；对所述第一修整区进行修整后，获取对应的第二三维图像数据，并根据所述第二三维图像数据建立所述待焊接双极板的第二三维模型；根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型；根据所述第一焊接模型对所述待焊接双极板进行焊接。通过本发明方案，不仅可以事先对待焊接双极板进行修整，还可以智能地根据待焊接双极板的实际三维数据生成匹配的焊接模型以实现准确且高质量的焊接效果。
在本发明一些可能的实施方式中，所述智能焊接方法还包括：
在对所述待焊接双极板进行焊接的过程中，利用第一监测终端对焊缝预热、熔池形态、填充情况实时监测得到第一监测数据；
根据所述第一监测数据得到第一焊接监测结果；
将所述第一焊接监测结果反馈到控制终端；
所述控制终端根据所述第一焊接监测结果调节焊接参数以修改所述第一焊接模型；
对焊接后的双极板进行检测、评估以判断是否满足预设的双极板质量标准。
可以理解的是，为了取得更好地焊接质量，本实施例中，在对所述待焊接双极板进行焊接的过程中，利用第一监测终端对焊缝预热、熔池形态、填充情况实时监测得到第一监测数据；根据所述第一监测数据得到第一焊接监测结果；将所述第一焊接监测结果反馈到控制终端；所述控制终端根据所述第一焊接监测结果调节焊接参数（包括但不限于激光功率、扫描速度等）以修改所述第一焊接模型；对焊接后的双极板进行检测、评估以判断是否满足预设的双极板质量标准。
在本发明一些可能的实施方式中，所述根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型的步骤，包括：
从所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据中提取所述燃料电池堆的整体设计图纸、各部件设计图纸，确定所述金属双极板的第一位置和第一尺寸参数；
从所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据中提取所述金属双极板的功能和材料要求，确定其内部结构和主要组成部分（比如流场板、活性区、导流区、共用腔室区、边缘区域、等）；
对所述燃料电池堆的各个部件建立部件三维模型；
从所述部件三维模型中提取出所述金属双极板的三维模型，并根据其他部件的三维模型确定所述金属双极板的接口和定位方式，根据所述金属双极板的接口和定位方式对所述金属双极板的三维模型进行修改得到所述双极板标准三维模型。
在本实施例中，可以根据电堆整体模型，精确定位双极板的装配位置，适当进行简化和优化，并对模型进行仿真分析，评估其在燃料电池中的工作性能，并进行必要的修改优化，生成最终的标准三维模型。在整个过程中，要充分利用可用的设计数据，建立合理的中间模型，进行多次评估和优化，使得最终的双极板模型既满足设计需求，也考虑到了制造装配的需求。
在本发明一些可能的实施方式中，所述根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型的步骤，包括：
根据所述金属双极板的所述材料要求，确定焊接工艺；
分析所述双极板标准三维模型，确定第一焊接位置（比如双极板周边密封区域、共用腔室周边密封区域、极板活性面积内所选择的焊接点/线等）；
根据所述第一焊接位置、所述第一位置、所述第一尺寸参数、所述内部结构和所述主要组成部分确定所述金属双极板的第一焊接关键区域；
根据所述第一焊接关键区域确定焊接轨迹，确保所述第一焊接关键区域获得充分的焊接（可以采用不同形式的焊接轨迹，比如点状、线状、连续、非连续等）；
根据所述焊接工艺选择对应的焊接参数（包括但不限于激光功率、扫描速度等），模拟焊接过程，评估焊缝质量得到质量评估结果；
根据所述质量评估结果优化所述焊接参数和所述焊接轨迹，重复仿真验证和对仿真焊接后的双极板进行结构强度分析，直到获得符合第一预设焊接质量的焊接效果且确保仿真焊接后的双极板能够承受后续的操作和使用，在这过程中记录所有焊接操作数据（包括但不限于所述焊接参数、焊接轨迹、焊接时间等等）、焊接效果数据、焊接效果评价数据；
根据所述焊接操作数据（包括但不限于所述焊接参数、焊接轨迹、焊接时间等等）、所述焊接效果数据、所述焊接效果评价数据生成所述标准焊接模型。
在本实施例中，综合利用设计数据、仿真分析和三维可视化，可以得出既符合设计也考虑制造的双极板标准焊接模型。
在本发明一些可能的实施方式中，所述将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区的步骤，包括：
根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板的关键功能部件（如流场板、导流区、共用腔室区、边缘区域等）为第一检测区；
根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型确定所述待焊接双极板的设计结构，通过结构分析，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板内部应力分布的集中区域（这些位置易出现裂纹、翘曲等缺陷）作为第二检测区；
根据所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，在所述第一三维模型上确定出现质量问题的频率高于第一预设频率的问题部位（比如焊接接头、活性区等）作为第三检测区；
建立所述待焊接双极板的工作分析模型，模拟其在标准工作环境下的应变、变形情况，在所述第一三维模型上确定敏感区域作为第四检测区；
将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，将所述第一三维模型上的所述第一检测区、所述第二检测区、所述第三检测区和所述第四检测区分别与所述双极板标准三维模型的对应区域进行一一比对，将差值分别超过第一预设差值、第二预设差值、第三预设差值和第四预设差值的区域进行整合作为所述第一修整区。
在本实施例中，综合这些分析手段，可以制定出重点区域检测方案，在生产过程中集中检测资源，确保双极板的关键区域质量达标，提高整体制造水平。
在本发明一些可能的实施方式中，所述根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型的步骤，包括：
在所述第二三维模型上标注出需要进行焊接的第一位置；
根据所述第一位置，在所述标准焊接模型中提取对应的第一焊接参数和第一焊接路径；
在所述第二三维模型上根据所述第一焊接路径和所述第一焊接参数进行模拟焊接，生成初步的第一焊接效果，并判断所述第一焊接效果是否符合第二预设焊接质量；
若所述第一焊接效果不符合第二预设焊接质量，对所述第一焊接参数和所述第一焊接路径进行调整得到第二焊接参数（比如修改激光功率、扫描速度等）和第二焊接路径（如基于焊接性能要求，可以适当调整焊接路径，优化焊接顺序，或者增加焊接点数量以增加强度等）；
在所述第二三维模型上根据所述第二焊接路径和所述第二焊接参数进行模拟焊接，生成第二焊接效果，并判断所述第二焊接效果是否符合所述第二预设焊接质量；
若所述第二焊接效果不符合所述第二预设焊接质量，则在所述第二三维模型上反复进行模拟焊接，直到获得符合所述第二预设焊接质量的第一焊接方案；
在本步骤中，还可以进一步地对所述第一焊接关键区域增加多道焊接以提高焊层强度。
根据所述第一焊接方案对所述标准焊接模型进行修改得到所述第一焊接模型。
在本实施例中，通过三维建模和虚拟的手段，考虑实际双极板结构特点，从标准焊接模型优化得到参数可调、精确的第一焊接模型。
在本发明一些可能的实施方式中，所述根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板的关键功能部件为第一检测区的步骤，包括：
从所述双极板标准三维模型中提取其中的关键功能部件的三维边界信息（如流场板、共用腔室区、导流区、活性区的几何形状、位置坐标等数据）；
将所述第一三维模型与所述双极板标准三维模型进行三维比对，通过预设的特征匹配算法确定所述第一三维模型中对应的关键部件区域；
根据所述三维边界信息，在所述第一三维模型上，使用三维计算机图形学算法，自动生成这些匹配出的所述关键部件区域的闭合三维曲面以获取所述关键部件区域精确的第一三维边界；
可选地，可以利用三维模型处理软件，对所述关键部件区域的三维区域应用不同的颜色或透明度，将其作为独立的第一检测区进行可视化；
根据所述第一三维边界确定所述第一检测区。
优选地，还可以优化所述第一检测区的边界，考虑到焊接过程中的变形，结合历史焊接数据，生成焊接过程中的变形模型，根据变形模型适当扩大第一检测区的范围；还可以为所述第一检测区设置检测属性（如优先级、检测类型、阈值等参数）以便于后续的个性化和精确检测；还可以在三维场景中隐藏或只显示所述第一检测区，便于可视化分析。
在本实施例中，通过比较标准模型，在第一焊接模型上使用三维建模技术确定并可视化第一检测区，为后续的质量检测和控制提供依据。
在本发明一些可能的实施方式中，所述根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型确定所述待焊接双极板的设计结构，通过结构分析，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板内部应力分布的集中区域作为第二检测区的步骤，包括：
在所述双极板标准三维模型上设置材料属性和边界条件；
根据所述燃料电池堆的同类型电池堆的历史工作环境数据、历史工作数据和所述设计结构得到双极板模拟工作参数；
根据所述双极板模拟工作参数、所述材料属性、所述负载和所述边界条件，模拟并计算所述金属双极板在不同工作状况下的应力和变形情况，确定所述双极板标准三维模型中应力和应变分布的集中区域；
将所述集中区域的节点提取出来，并确定这些节点的三维空间坐标信息；
根据所述三维空间坐标信息将这些节点坐标映射到所述第一三维模型上，生成所述第二检测区的三维边界；
针对所述第二检测区设置相关的检测属性（如应力阈值、检测精度等参数）。
优选地，考虑焊接过程中的残余应力效应，结合历史焊接数据，生成焊接过程中的残余应力效应模型，根据残余应力效应模型适当扩大第二检测区范围；在三维场景中标注第二检测区，并可视化应力分布云图。
本实施例中，通过结构仿真分析确定应力集中区域，辅以三维模型处理，可以有效确定第二检测区，为焊接质量控制提供依据。
在本发明一些可能的实施方式中，所述根据所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，在所述第一三维模型上确定出现质量问题的频率高于第一预设频率的问题部位作为第三检测区的步骤，包括：
收集并分析所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，建立质量问题数据库；
分析所述质量问题数据库，统计各部位出现质量问题的频率分布情况；
根据频率分布情况，确定所有出现质量问题的频率高于所述第一预设频率的问题部位；
在所述第一三维模型上，标注出所述问题部位的坐标信息；
使用预设的三维匹配算法，在所述第一三维模型上生成所述问题部位所在区域的三维边界以确定所述问题部位在所述第一三维模型上的精确位置，得到所述第二检测区；
为所述第三检测区设置相关参数（如问题类型、检测方式、通过标准等）。
优选地，考虑焊接及后续加工对部位变形的影响，可以根据预设的影响模型，确定第三检测区的合理范围，还可以包括：在所述第一三维模型的视图中对第三检测区进行可视化处理，如特定颜色标注；可以将频发的质量问题部位制成三维数据模板，便于在新模型上重新应用。
本实施例中，通过分析历史数据找出问题部位，并在三维模型上确定其检测区域，可以提高质量控制的有效性。
在本发明一些可能的实施方式中，所述建立所述待焊接双极板的工作分析模型，模拟其在标准工作环境下的应变、变形情况，在所述第一三维模型上确定敏感区域作为第四检测区的步骤，包括：
建立双极板的三维有限元分析模型，导入所述第一三维模型中的几何结构；
在所述第一三维模型上设置材料属性、边界条件，根据标准工作环境定义热-结构耦合分析步骤；
进行工作条件下的稳态及瞬态热学分析，得到双极板的温度分布；
将热分析结果映射为热加载，进行热-结构分析，求解应力和变形关联结果；
分析关联结果，找出温度梯度大、变形明显的关键区域（这些区域的应变容限低，属于敏感区域）；
将这些敏感的关键区域的节点坐标提取出来，在所述第一三维模型上生成其几何边界，得到第四检测区；
为第四检测区设置相关参数，如温度阈值、变形限值等；
考虑待焊接双极板的热循环效应，调整第四检测区的范围；
在第一三维模型上对第四检测区进行可视化处理，如用特定颜色表示。
在本实施例中，通过工作条件下的多物理场分析，可以确定双极板的敏感区域作为第四检测区，指导后续的制造检测。
请参见图2，本发明的另一实施例提供一种用于金属双极板的智能焊接系统，包括：云服务器、智能加工设备和智能焊接设备；其中，
所述云服务器被配置为：
获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；
根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型（包括但不限于根据功能、导电性、流道特点等确定焊缝位置、宽度、深度、焊接标准）；
获取待焊接双极板的第一三维图像数据，并根据所述第一三维图像数据建立所述待焊接双极板的第一三维模型；
将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区（如可以先确定重点检测区，进行检测，识别出差值较大的地方作为第一修整区）；
控制所述智能加工设备对所述第一修整区进行修整后，获取对应的第二三维图像数据，并根据所述第二三维图像数据建立所述待焊接双极板的第二三维模型；
根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型；
控制所述智能焊接设备根据所述第一焊接模型对所述待焊接双极板进行焊接。
在本发明实施例中，燃料电池堆的电堆整体设计数据通常包括以下方面：单电池规格：包括阴极、阳极、电解质膜等的材料选择、尺寸参数；双极板的材质、厚度、流场等；单电池的堆叠方式，平板堆叠或菱形堆叠等；整个电堆的长度、宽度、高度尺寸等；气体输配系统：氢气、空气的进出口大小及布置；堆体的整体安装方式及固定装置；电堆样品的三维点云数据；工作条件数据、性能要求数据等。综合这些参数可以完成燃料电池堆的整体方案设计。
燃料电池堆中各个关键部件的设计数据主要包括以下内容：质子交换膜的材料、厚度、水含量等参数；气体扩散层的材料、孔隙率、孔径分布、厚度等参数；催化层的催化剂材料、载体、质量分数、厚度等参数；双极板的材料、流道结构设计、厚度、电阻率等参数；密封圈的材料、尺寸、压缩率等参数；集流板的连接方式、导电性、机械强度等参数；端板的材料、厚度、连接和定位方式等参数；各部件的样品的三维点云数据；各部件的性能要求数据等。通过对各部件的数据建模和定义，可以完成燃料电池堆的详细部件设计。
应当知道的是，图2所示的用于金属双极板的智能焊接系统的框图仅作示意，其所示出的各模块的数量并不对本发明的保护范围进行限定。本系统用于运行如前述的用于金属双极板的智能焊接方法，其运行方法如前述的用于金属双极板的智能焊接方法的各实施例，在此不再赘述。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
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申请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是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N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。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，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，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接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
上述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。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可轻易想到变化或替换，均可作各种更动与修改，包含上述不同功能、实施步骤的组合，包含软件和硬件的实施方式，均在本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于金属双极板的智能焊接方法，其特征在于，包括：
获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；
根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型；
获取待焊接双极板的第一三维图像数据，并根据所述第一三维图像数据建立所述待焊接双极板的第一三维模型；
将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区；
对所述第一修整区进行修整后，获取对应的第二三维图像数据，并根据所述第二三维图像数据建立所述待焊接双极板的第二三维模型；
根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型；
根据所述第一焊接模型对所述待焊接双极板进行焊接；
所述将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区的步骤，包括：
根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板的关键功能部件作为第一检测区；
根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型确定所述待焊接双极板的设计结构，通过结构分析，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板内部应力分布的集中区域作为第二检测区；
根据所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，在所述第一三维模型上确定出现质量问题的频率高于第一预设频率的问题部位作为第三检测区；
建立所述待焊接双极板的工作分析模型，模拟其在标准工作环境下的应变、变形情况，在所述第一三维模型上确定敏感区域作为第四检测区；
将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，将所述第一三维模型上的所述第一检测区、所述第二检测区、所述第三检测区和所述第四检测区分别与所述双极板标准三维模型的对应区域进行一一比对，将差值分别超过第一预设差值、第二预设差值、第三预设差值和第四预设差值的区域进行整合作为所述第一修整区。
2.根据权利要求1所述的用于金属双极板的智能焊接方法，其特征在于，所述智能焊接方法还包括：
在对所述待焊接双极板进行焊接的过程中，利用第一监测终端对焊缝预热、熔池形态、填充情况实时监测得到第一监测数据；
根据所述第一监测数据得到第一焊接监测结果；
将所述第一焊接监测结果反馈到控制终端；
所述控制终端根据所述第一焊接监测结果调节焊接参数以修改所述第一焊接模型；
对焊接后的双极板进行检测、评估以判断是否满足预设的双极板质量标准。
3.根据权利要求2所述的用于金属双极板的智能焊接方法，其特征在于，所述根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型的步骤，包括：
从所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据中提取所述燃料电池堆的整体设计图纸、各部件设计图纸，确定所述金属双极板的第一位置和第一尺寸参数；
从所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据中提取所述金属双极板的功能和材料要求，确定其内部结构和主要组成部分；
对所述燃料电池堆的各个部件建立部件三维模型；
从所述部件三维模型中提取出所述金属双极板的三维模型，并根据其他部件的三维模型确定所述金属双极板的接口和定位方式，根据所述金属双极板的接口和定位方式对所述金属双极板的三维模型进行修改得到所述双极板标准三维模型。
4.根据权利要求3所述的用于金属双极板的智能焊接方法，其特征在于，所述根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型的步骤，包括：
根据所述金属双极板的所述材料要求，确定焊接工艺；
分析所述双极板标准三维模型，确定第一焊接位置；
根据所述第一焊接位置、所述第一位置、所述第一尺寸参数、所述内部结构和所述主要组成部分确定所述金属双极板的第一焊接关键区域；
根据所述第一焊接关键区域确定焊接轨迹，确保所述第一焊接关键区域获得充分的焊接；
根据所述焊接工艺选择对应的焊接参数，模拟焊接过程，评估焊缝质量得到质量评估结果；
根据所述质量评估结果优化所述焊接参数和所述焊接轨迹，重复仿真验证和对仿真焊接后的双极板进行结构强度分析，直到获得符合第一预设焊接质量的焊接效果且确保仿真焊接后的双极板能够承受后续的操作和使用，在这过程中记录所有焊接操作数据、焊接效果数据、焊接效果评价数据；
根据所述焊接操作数据、所述焊接效果数据、所述焊接效果评价数据生成所述标准焊接模型。
5.根据权利要求4所述的用于金属双极板的智能焊接方法，其特征在于，所述根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型的步骤，包括：
在所述第二三维模型上标注出需要进行焊接的第一位置；
根据所述第一位置，在所述标准焊接模型中提取对应的第一焊接参数和第一焊接路径；
在所述第二三维模型上根据所述第一焊接路径和所述第一焊接参数进行模拟焊接，生成初步的第一焊接效果，并判断所述第一焊接效果是否符合第二预设焊接质量；
若所述第一焊接效果不符合第二预设焊接质量，对所述第一焊接参数和所述第一焊接路径进行调整得到第二焊接参数和第二焊接路径；
在所述第二三维模型上根据所述第二焊接路径和所述第二焊接参数进行模拟焊接，生成第二焊接效果，并判断所述第二焊接效果是否符合所述第二预设焊接质量；
若所述第二焊接效果不符合所述第二预设焊接质量，则在所述第二三维模型上反复进行模拟焊接，直到获得符合所述第二预设焊接质量的第一焊接方案；
根据所述第一焊接方案对所述标准焊接模型进行修改得到所述第一焊接模型。
6.根据权利要求5所述的用于金属双极板的智能焊接方法，其特征在于，所述根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板的关键功能部件为第一检测区的步骤，包括：
从所述双极板标准三维模型中提取其中的关键功能部件的三维边界信息；
将所述第一三维模型与所述双极板标准三维模型进行三维比对，通过预设的特征匹配算法确定所述第一三维模型中对应的关键部件区域；
根据所述三维边界信息，在所述第一三维模型上，使用三维计算机图形学算法，自动生成这些匹配出的所述关键部件区域的闭合三维曲面以获取所述关键部件区域精确的第一三维边界；
根据所述第一三维边界确定所述第一检测区。
7.根据权利要求6所述的用于金属双极板的智能焊接方法，其特征在于，所述根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型确定所述待焊接双极板的设计结构，通过结构分析，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板内部应力分布的集中区域作为第二检测区的步骤，包括：
在所述双极板标准三维模型上设置材料属性、负载和边界条件；
根据所述燃料电池堆的同类型电池堆的历史工作环境数据、历史工作数据和所述设计结构得到双极板模拟工作参数；
根据所述双极板模拟工作参数、所述材料属性、所述负载和所述边界条件，模拟并计算所述金属双极板在不同工作状况下的应力和变形情况，确定所述双极板标准三维模型中应力和应变分布的集中区域；
将所述集中区域的节点提取出来，并确定这些节点的三维空间坐标信息；
根据所述三维空间坐标信息将这些节点坐标映射到所述第一三维模型上，生成所述第二检测区的三维边界；
针对所述第二检测区设置相关的检测属性。
8.根据权利要求7所述的用于金属双极板的智能焊接方法，其特征在于，所述根据所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，在所述第一三维模型上确定出现质量问题的频率高于第一预设频率的问题部位作为第三检测区的步骤，包括：
收集并分析所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，建立质量问题数据库；
分析所述质量问题数据库，统计各部位出现质量问题的频率分布情况；
根据频率分布情况，确定所有出现质量问题的频率高于所述第一预设频率的问题部位；
在所述第一三维模型上，标注出所述问题部位的坐标信息；
使用预设的三维匹配算法，在所述第一三维模型上生成所述问题部位所在区域的三维边界以确定所述问题部位在所述第一三维模型上的精确位置，得到所述第三检测区；
为所述第三检测区设置相关参数。
9.一种用于金属双极板的智能焊接系统，其特征在于，包括：云服务器、智能加工设备和智能焊接设备；其中，
所述云服务器被配置为：
获取使用金属双极板的燃料电池堆的电堆整体设计数据和所述燃料电池堆的各个部件的部件设计数据；
根据所述电堆整体设计数据和所述部件设计数据，生成双极板标准三维模型和标准焊接模型；
获取待焊接双极板的第一三维图像数据，并根据所述第一三维图像数据建立所述待焊接双极板的第一三维模型；
将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，识别出所述待焊接双极板上的第一修整区，包括：根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板的关键功能部件作为第一检测区；根据所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型确定所述待焊接双极板的设计结构，通过结构分析，在所述第一三维模型上确定所述待焊接双极板内部应力分布的集中区域作为第二检测区；根据所述待焊接双极板的同类型双极板的历史质量数据，在所述第一三维模型上确定出现质量问题的频率高于第一预设频率的问题部位作为第三检测区；建立所述待焊接双极板的工作分析模型，模拟其在标准工作环境下的应变、变形情况，在所述第一三维模型上确定敏感区域作为第四检测区；将所述第一三维模型和所述双极板标准三维模型进行比较，将所述第一三维模型上的所述第一检测区、所述第二检测区、所述第三检测区和所述第四检测区分别与所述双极板标准三维模型的对应区域进行一一比对，将差值分别超过第一预设差值、第二预设差值、第三预设差值和第四预设差值的区域进行整合作为所述第一修整区；
控制所述智能加工设备对所述第一修整区进行修整后，获取对应的第二三维图像数据，并根据所述第二三维图像数据建立所述待焊接双极板的第二三维模型；
根据所述第二三维模型和所述标准焊接模型，得到第一焊接模型；
控制所述智能焊接设备根据所述第一焊接模型对所述待焊接双极板进行焊接。
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