一种桥梁H型钢高精度焊接控制系统及控制方法与流程

一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统及控制方法
技术领域
1.本发明涉及h型钢焊接技术领域，尤其涉及一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统。


背景技术：

2.h型钢是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面型材，由于h型钢的各个部位均以直角排布，因此h型钢在各个方向上都具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点，被广泛应用于桥梁建设；h型钢在生产制作的过程中，一般都是采用多个板材进行焊接而成的，一般现在底板上开设一个坡口，然后将立板插入坡口中利用等离子焊机进行焊接，由于用于桥梁建设，对焊接焊缝的质量、精度要求较高，目前的方法多是采用肉眼进行观察，肉眼观察不准确，且不能及时的调整焊机的焊接参数，导致整体的焊接质量及焊接精度低。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有技术中h型钢的焊接精度有待进一步提高问题，而提出的一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：桥梁h型钢高精度焊接控制系统，包括带有计算机的等离子焊机，还包括红外线发射模块，固定在弧形移动板的内侧，用于向焊缝发射红外线；红外线测距接收模块，设置有多个且均匀分布在红外线发射模块外周；计时模块，用于计时红外线发射模块发射红外线到红外线测距接收模块接收的时间；计算控制模块，根据计时模块计算红外线发射模块距离焊缝的距离，根据弧形移动板为预设的移动位置，依此计算出焊缝的厚度；红外线信息储存模块，用于储存焊缝的厚度；预设对比库储存模块，用于储存预设的厚度；特征对比模块，将检测焊接的焊缝的厚度与预设的厚度进行对比；差额计算模块，计算焊缝的厚度与预设的厚度差值，将差值传送到等离子焊机的计算机，计算机根据焊接状态调整等离子焊机的参数值，以达到预设的焊接质量。
5.优选的，还包括多个红外线强度接收模块，布满分布在所述的弧形移动板的内侧，红外线强度接收模块接收所述的红外线发射模块发射的红外线经过焊缝反射出的多个红外光线；强度统计分析模块，对多个红外线强度接收模块接收到不同的红外线强度进行统计分析；强度对比模块，对比强度统计分析模块中的多个红外线强度接收模块接收的多个红外线强度值；最大强度储存模块，调取并储存多个红外线强度接收模块接收的最大强度值，并
调取储存该红外线强度接收模块；计算控制模块接收并到最大强度的红外线强度接收模块和红外线发射模块与焊缝的反射点形成的夹角，依次来计算焊缝的弧度值；红外线信息储存模块储存焊缝的弧度值、厚度；预设对比库储存模块储存预设的弧度值、厚度；特征对比模块将检测焊接的焊缝的弧度值、厚度与预设的弧度值、厚度进行对比；差额计算模块，计算焊缝的弧度值、厚度与预设的弧度值、厚度的差值，将差值传送到等离子焊机的计算机，计算机根据焊接状态调整等离子焊机的参数值，以达到预设的焊接质量。
6.优选的，还包括第一光滑度计算模块，计算多个红外线强度接收模块接收的红外线强度，依次计算出焊缝表面的反光度，根据反光度计算焊缝表面的光滑度；红外线信息储存模块储存焊缝的光滑度；预设对比库储存模块储存预设的光滑度；特征对比模块将检测焊接的焊缝的光滑度与预设的光滑度进行对比；差额计算模块，计算焊缝的光滑度与预设的光滑度的差值，将差值传送到等离子焊机的计算机，计算机根据焊接状态调整等离子焊机的参数值，以达到预设的焊接质量。
7.优选的，还包括数模转换模块，用于将红外线强度接收模块接收的电信号转换成数字信号，并将数字信号传递到强度分析模块。
8.优选的，还包括强度除燥模块，用于将数模转换模块转换的数据进行除燥处理，然后在传递到强度分析模块。
9.优选的，还包括激光发射模块，固定在弧形移动板的内侧，用于向焊缝发射激光；激光测距接收模块，设置有多个且均匀分布在激光发射模块外周；计算控制模块根据计时模块计算激光发射模块距离焊缝的距离，根据弧形移动板为预设的移动位置，依此计算出焊缝的厚度；激光信息储存模块，用于储存焊缝的厚度；数据处理模块，用于接收并处理激光信息储存模块检测的厚度和红外线信息储存模块检测的厚度；数据储存模块，用于储存激光信息储存模块检测的厚度和红外线信息储存模块检测的厚度；特征对比模块，取检测焊接的焊缝的两个厚度的平均值与预设对比库储存模块的厚度进行对比；差额计算模块，计算焊缝的厚度与预设的厚度差值，将差值传送到等离子焊机的计算机，计算机根据焊接状态调整等离子焊机的参数值，以达到预设的焊接质量。
10.优选的，还包括多个激光强度接收模块，布满分布在所述的弧形移动板的内侧，激光强度接收模块接收所述的激光发射模块发射的激光经过焊缝反射出的多个激光；激光强度统计分析模块，对多个激光强度接收模块接收到不同的激光强度进行统计分析；
激光强度对比模块，对比强度统计分析模块中的多个激光强度接收模块接收的多个激光强度值；最大激光强度储存模块，调取并储存多个激光强度接收模块接收的最大强度值，并调取储存该激光强度接收模块；激光计算控制模块接收并到最大强度的激光强度接收模块和激光发射模块与焊缝的反射点形成的夹角，依次来计算焊缝的弧度值；激光信息储存模块储存焊缝的弧度值、厚度，并将弧度值和厚度传输到数据储存模块。
11.优选的，还包括第二光滑度计算模块，计算多个激光强度接收模块接收的激光强度，依次计算出焊缝表面的反光度，根据反光度计算焊缝表面的光滑度；激光信息储存模块储存焊缝的光滑度；将光滑度储存到激光信息储存模块中并传递到数据处理模块。
12.优选的，还包括跟随式摄像头，用于拍摄焊缝整体的外观图像；初始图像提取模块，提取初始的外观图像；像素数据预处理模块，对提取的外观图像进行预处理；像素数据提取模块，根据预处理后的外观图像，分析提取焊缝外观的光滑度，并将光滑度值传递到数据处理模块。
13.一种桥梁h型钢高精度焊接控制方法，采用所述的一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统，具体操作步骤如下：s1、在预设对比库储存模块中储存预设的厚度信息；s2、启动等离子切割焊机，进行焊接，弧形移动板和跟随式摄像头均位于且等离子切割焊机的后侧；s3、等离子切割焊机焊接的过程中，桥梁h型钢高精度焊接控制系统检测焊缝厚度并与预设对比库储存模块中的厚度信息进行对比并实时调整等离子切割焊机的参数值；s3、当h型钢底板的一侧焊缝完成后，此时利用等离子切割焊机焊接另外的一侧，此时桥梁h型钢高精度焊接控制系统继续检测焊缝的厚度，然后与预设对比库储存模块中的厚度信息和第一条焊缝信息储存模块中储存的厚度信息进行对比，将信息传递到等离子焊机的计算机，然后调整焊接参数。
14.与现有技术相比，本发明提供了一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统，具备以下有益效果：1、该桥梁h型钢高精度焊接控制系统，通过计算焊缝的厚度、弧度以及光滑度与预设的厚度、弧度以及光滑度差值，计算机根据焊接状态调整等离子焊机的参数值，以达到预设的焊接质量，确保了焊接质量达到预设的焊缝要求。
附图说明
15.图1为本发明提出的一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统的h型钢焊接结构示意图；
图2为本发明提出的一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统的图1中a处的结构示意图；图3为本发明提出的一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统的实施例1的控制系统图；图4为本发明提出的一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统的实施例2的控制系统图；图5为本发明提出的一种桥梁h型钢高精度焊接控制系统的实施例3的控制系统图；图6为本发明提出的一种桥梁h型钢高精度焊接控制方法的系统总图。
16.图中：1、跟随式摄像头；2、弧形移动板；3、红外线测距接收模块；4、红外线发射模块；5、红外线强度接收模块。
具体实施方式
17.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。
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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的限制。
19.实施例1：参照图1-3，桥梁h型钢高精度焊接控制系统，包括带有计算机的等离子焊机，还包括红外线发射模块4，固定在弧形移动板2的内侧，用于向焊缝发射红外线；红外线测距接收模块3，设置有多个且均匀分布在红外线发射模块4外周；参照图2当红外线发射模块4发生红外光的时候，焊缝的表面会发生反射，在红外线发射模块4外周定距离设置红外线测距接收模块3可以接收到红外光线反射的信号，由于焊缝表面具有弧度，红外光线反射的可能是散光，红外线测距接收模块3能够接收到红外线散射的微弱光线。
20.计时模块，用于计时红外线发射模块4发射红外线到红外线测距接收模块3接收的时间；计算控制模块，根据计时模块计算红外线发射模块4距离焊缝的距离，根据弧形移动板2为预设的移动位置，红外线发射模块4发射垂直的红外线光，此时红外线发射途径及反射途径与红外线发射模块4和红外线测距接收模块3形成的是直角三角形，而红外线发射模块4和红外线测距接收模块3的直角边是预设固定的，计时模块计时算出直角三角形另外的两条边的总长度，依此计算出焊缝距离弧形移动板2到红外发射模块的距离，依此计算出焊缝的厚度；多个红外线强度接收模块5，布满分布在弧形移动板2的内侧，红外线强度接收模块5接收红外线发射模块4发射的红外线经过焊缝反射出的多个红外光线；强度统计分析模块，对多个红外线强度接收模块5接收到不同的红外线强度进行
统计分析；强度对比模块，对比强度统计分析模块中的多个红外线强度接收模块5接收的多个红外线强度值；最大强度储存模块，调取并储存多个红外线强度接收模块5接收的最大强度值，最大强度值的反射为红外线发射模块4发射的中心光线，而经过焊缝的弧度会发射，此时最大强度的接收的红外线强度接收模块5为中心反射，并调取储存该红外线强度接收模块5；计算控制模块接收并到最大强度的红外线强度接收模块5和红外线发射模块4与焊缝的反射点形成的夹角，由于已经测量出焊缝距离弧形移动板2到红外发射模块的距离，而接收的红外线强度接收模块5的位置是固定的，从而根据接收强度最大的红外线强度接收模块5的位置与红外线发射模块4的距离，以及红外线强度接收模块5的位置与红外线发射模块4的距离与红外线发射途径形成的夹角是已知的，从而能够计算出红外线发射途径与强度最大的红外线反射途径形成的反射夹角，不同的弧度值会产生不同的反射夹角，依次来计算焊缝的弧度值；第一光滑度计算模块，弧形移动板2上布满密集的红外线强度接收模块5，多个红外线强度接收模块5将接收的强度信息传递到第一光滑度计算模块，若焊缝表面光滑整体反射强度强，如表面毛糙反射的强度会较弱，计算多个红外线强度接收模块5接收的红外线强度，依次计算出焊缝表面的反光度，根据反光度计算焊缝表面的光滑度；红外线信息储存模块，用于储存焊缝的厚度、弧度以及光滑度；预设对比库储存模块，用于储存预设的厚度、弧度以及光滑度；特征对比模块，将检测焊接的焊缝的厚度、弧度以及光滑度与预设的厚度、弧度以及光滑度进行对比；差额计算模块，计算焊缝的厚度、弧度以及光滑度与预设的厚度、弧度以及光滑度差值，将差值传送到等离子焊机的计算机，计算机根据焊接状态调整等离子焊机的参数值，以达到预设的焊接质量，通过红外光线发射和反射实时监测焊缝的厚度，光滑度以及弧度，然后将差额信息和需要调整的参数发送到等离子焊机，等离子焊机及时调整焊接参数，从而确保了焊接质量达到预设的焊缝要求。
21.还包括数模转换模块，用于将红外线强度接收模块5接收的电信号转换成数字信号，并将数字信号传递到强度分析模块，确保信息的传递。
22.还包括强度除燥模块，用于将数模转换模块转换的数据进行除燥处理，然后在传递到强度分析模块，进行除燥分析处理，确保检测的准确度。
23.实施例2：参照图4，桥梁h型钢高精度焊接控制系统，在实施例1的基础上，加入激光发射模块，利用激光发射模块检测厚度、光滑度和弧度，进行再次的检测，确保检测的准确度，具体的方案如下：激光发射模块，固定在弧形移动板2的内侧，用于向焊缝发射激光；激光测距接收模块，设置有多个且均匀分布在激光发射模块外周；计算控制模块根据计时模块计算激光发射模块距离焊缝的距离，根据弧形移动板2为预设的移动位置，依此计算出焊缝的厚度，具体实现原理参照实施例1中的红外线测量原理；
多个激光强度接收模块，布满分布在弧形移动板2的内侧，激光强度接收模块接收激光发射模块发射的激光经过焊缝反射出的多个激光；激光强度统计分析模块，对多个激光强度接收模块接收到不同的激光强度进行统计分析；激光强度对比模块，对比强度统计分析模块中的多个激光强度接收模块接收的多个激光强度值；最大激光强度储存模块，调取并储存多个激光强度接收模块接收的最大强度值，并调取储存该激光强度接收模块；激光计算控制模块接收并到最大强度的激光强度接收模块和激光发射模块与焊缝的反射点形成的夹角，依次来计算焊缝的弧度值，具体实现原理参照实施例1中的红外线测量原理；第二光滑度计算模块，计算多个激光强度接收模块接收的激光强度，依次计算出焊缝表面的反光度，根据反光度计算焊缝表面的光滑度；激光信息储存模块，用于储存焊缝的厚度、弧度值和光滑度值；数据处理模块，用于接收并处理激光信息储存模块检测的厚度、弧度值和光滑度值和红外线信息储存模块检测的厚度、弧度值和光滑度值；数据储存模块，用于储存激光信息储存模块检测的厚度、弧度值和光滑度值和红外线信息储存模块检测的厚度、弧度值和光滑度值；特征对比模块，取检测焊接的焊缝的两个厚度、两个弧度值和两个光滑度值的平均值与预设对比库储存模块的两个厚度、弧度值和光滑度值进行对比；差额计算模块，计算焊缝的厚度、弧度值和光滑度值与预设的厚度、弧度值和光滑度值差值，将差值传送到等离子焊机的计算机，计算机根据焊接状态调整等离子焊机的参数值，以达到预设的焊接质量，利用激光反射和红外线反射多次测量厚度、弧度值和光滑度值，并取其平均值，提高了厚度、弧度值和光滑度值的测量精度，将差额信息和需要调整的参数发送到等离子焊机，等离子焊机及时调整焊接参数，从而确保了焊接质量达到预设的焊缝要求。
24.实施例3参照图5，桥梁h型钢高精度焊接控制系统，在实施例2的基础上加入跟随式摄像头1，用于拍摄焊缝整体的外观图像；初始图像提取模块，提取初始的外观图像；像素数据预处理模块，对提取的外观图像进行预处理；像素数据提取模块，根据预处理后的外观图像，分析提取焊缝外观的光滑度，并将光滑度值传递到数据处理模块，利用跟随式摄像头1拍摄焊缝外观光滑度，实施例2检测光滑度的基础上，引入图像拍摄分析光滑度，提高光滑度的检测精度，从而提高了焊缝检测精度，确保了焊缝焊接质量。
25.实施4：参照图6，一种桥梁h型钢高精度焊接控制方法，采用实施例3的桥梁h型钢高精度焊接控制系统，具体操作步骤如下：s1、在预设对比库储存模块中储存预设的厚度、弧度值和光滑度值；
s2、启动等离子切割焊机，进行焊接，弧形移动板2和跟随式摄像头1均位于且等离子切割焊机的后侧，弧形移动板2上的红外线发射模块4以及激光发射模块开始工作，在对焊接过的焊缝进行检测，检测厚度、弧度值和光滑度值；s3、等离子切割焊机焊接的过程中，桥梁h型钢高精度焊接控制系统检测焊缝厚度、弧度值和光滑度值并与预设对比库储存模块中的厚度、弧度值和光滑度值信息进行对比并实时调整等离子切割焊机的参数值；s4、当h型钢底板的一侧焊缝完成后，此时利用等离子切割焊机焊接另外的一侧，此时桥梁h型钢高精度焊接控制系统继续检测焊缝的厚度，然后与预设对比库储存模块中的厚度信息和第一条焊缝信息储存模块中储存的厚度信息进行对比，依据预设的和第一条焊缝的厚度精确控制第二条焊缝的厚度，将信息传递到等离子焊机的计算机，然后调整焊接参数，使得h型钢板两侧的焊缝厚度质量精度高，差异性低，使得h型钢板两侧的焊缝强度质量贴近，确保了h型钢板的焊缝质量佳。
26.根据本发明实施例，所述桥梁h型钢高精度焊接控制方法还包括：获取待焊接部位图像信息；根据所述图像信息进行去噪和像素提取获取所述待焊接部位轮廓信息、类型信息和属性信息；根据所述轮廓信息、类型信息和属性信息输入桥梁工程数据库中查询获取所述待焊接部位的工艺数据和材料数据；根据所述工艺数据和材料数据在预设对比库中获取所述待焊接部位的厚度预设值、弧度预设值以及光滑度预设值。
27.需要说明的是，桥梁工程数据库包括各类桥梁部件和结构的信息数据，包括各部件结构的轮廓信息、类型信息、属性信息以及工艺数据和材料数据，根据待焊接部位的图像信息进行去噪和像素提取获取待焊接部位轮廓信息、类型信息和属性信息，类型信息包括部件种类、结构、功能等信息，属性信息包括撑力点、扭力分布、疲劳强度等信息，根据轮廓信息、类型信息和属性信息输入桥梁工程数据库中查询获取待焊接部位所属对应的工艺数据和材料数据，工艺数据包括焊接工艺数据、抗腐蚀工艺数据、弯扭应力工艺数据等，材料数据包括材料尺寸数据、材料疲劳数据、材料强度数据等，根据工艺数据和材料数据在预设对比库中查询获取待焊接部位的厚度预设值、弧度预设值以及光滑度预设值，作为焊接前准备数据。
28.根据本发明实施例，所述桥梁h型钢高精度焊接控制方法还包括：根据所述待焊接部位在桥梁工程数据库中查询相同部位历史焊接数据样本集；所述历史焊接数据样本集包括所述待焊接部位相同的多个历史焊接数据样本；所述焊接数据样本包括焊接前第一厚度值、第一弧度值以及第一光滑度值，以及焊接后第二厚度值、第二弧度值以及第二光滑度值；根据所述第一厚度值和第二厚度值、第一弧度值和第二弧度值以及第一光滑度值和第二光滑度值进行差值处理获取所述焊接数据样本的厚度差值、弧度值差值以及光滑度差值；根据多个历史焊接数据样本的所述厚度差值、弧度值差值以及光滑度差值集合获取对应厚度标准差、弧度值标准差以及光滑度标准差；
根据所述厚度标准差、弧度值标准差以及光滑度标准差修正获得所述待焊接部位的厚度预设值、弧度预设值以及光滑度预设值。
29.需要说明的是，为提高焊接精度和质量，设置待焊接部位的厚度预设值、弧度预设值以及光滑度预设值作为焊接目标值和标准值，根据待焊接部位在桥梁工程数据库中查询相同部位历史焊接数据样本集，包括相同焊接部位的多个历史焊接数据样本，各数据样本中包括焊接前后的数据包括厚度差值、弧度值差值以及光滑度差值，根据多个样本的厚度差值、弧度值差值以及光滑度差值集合获取对应厚度标准差、弧度值标准差以及光滑度标准差，再根据各标准差修正获得待焊接部位的厚度预设值、弧度预设值以及光滑度预设值，通过历史焊接质量差值数据修正获得焊接数据预设值，提高焊接标准。
30.根据本发明实施例，所述桥梁h型钢高精度焊接控制方法还包括：根据各焊接部位的多个历史焊接数据样本获得对应焊接样本缺陷数据；所述焊接样本缺陷数据包括厚度缺陷值、弧度缺陷值以及光滑度缺陷值；根据所述多个历史焊接数据样本对应的所述厚度缺陷值、弧度缺陷值以及光滑度缺陷值建立历史焊接样本缺陷数据库；根据待焊接部位的相似目标历史焊接样本获得对应目标缺陷数据；根据所述目标缺陷数据的厚度缺陷值、弧度缺陷值以及光滑度缺陷值设定所述待焊接部位的焊接预设值修正值。
31.需要说明的是，焊接样本缺陷数据是根据各焊接部位历史焊接完成后在预设时间段内出现的缺陷数据，包括厚度缺陷值、弧度缺陷值以及光滑度缺陷值，通过待焊接部位与历史焊接样本相似度对比获取目标历史焊接样本，相似度对比可以是欧式距离相似度对比或余弦相似度对比，根据目标历史焊接样本的目标缺陷数据的厚度缺陷值、弧度缺陷值以及光滑度缺陷值作为待焊接部位的焊接预设值修正值，通过于待焊接部位相似历史焊接样本的缺陷情况参照可规避焊接后的缺陷，以提高焊接质量和焊接后成功率。
32.根据本发明实施例，所述桥梁h型钢高精度焊接控制方法还包括：获取各焊接部位的多个历史焊接数据样本；根据所述历史焊接数据样本的所述厚度缺陷值、弧度缺陷值以及光滑度缺陷值与厚度合格预设值、弧度合格预设值以及光滑度合格预设值进行对比获得历史焊接样本的厚度差值、弧度差值以及光滑度差值；根据多个历史焊接样本的多个所述厚度差值、弧度差值以及光滑度差值获得厚度差阈值、弧度差阈值以及光滑度差阈值；根据所述焊接部位焊接前后的所述厚度差值、弧度值差值以及光滑度差值与对应所述厚度差阈值、弧度差阈值以及光滑度差阈值进行阈值对比；若所述厚度差阈值对比结果、弧度差阈值对比结果以及光滑度差阈值对比结果均满足预设阈值范围，则焊接部位合格；若所述各阈值对比结果不能全部满足预设阈值范围，则焊接部位存在缺陷。
33.需要说明的是，根据多个历史焊接样本的多个厚度差值、弧度差值以及光滑度差值集成为获得厚度差值集、弧度差值集以及光滑度差值集，再根据各历史焊接样本的厚度差值集、弧度差值集以及光滑度差值集进行正态分布处理获取厚度差阈值、弧度差阈值以及光滑度差阈值，再根据焊接部位焊接后的厚度差值、弧度值差值以及光滑度差值与厚度
差阈值、弧度差阈值以及光滑度差阈值进行对应阈值对比，判断焊接各差值是否在预设阈值范围内，若各差值小于预设阈值，则焊接质量合格，否则焊接质量有缺陷，需进行修正补焊，本方案中预设阈值范围设置为85%。
34.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。