一种基于三维激光扫描的钢结构焊接质量检测系统

技术领域

本发明涉及焊接质量检测技术领域，具体涉及一种基于三维激光扫描的钢结构焊接质量检测系统。

背景技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。

在建筑行业，钢结构之间的焊接方式较为常见，而为了保证钢结构焊接的稳固，需要进行焊接质量的检测，以此保证建筑工程的安全性。三维激光扫描技术在焊接质量检测中的应用已较为常见，例如专利号：CN112756840A的中国专利，利用采集的三维图像色值与标准色值进行对比，判断焊接质量，但是仅采用图像比对的方式，会由于焊接表层焊质的分散不均匀，或是不确定的外部环境导致焊接表面图像的差异而影响判断结果。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于三维激光扫描的钢结构焊接质量检测系统，能够有效地解决现有焊接质量检测系统中，利用焊接部位表面图像色值判断焊接质量，会由于焊接表层焊质的分散不均匀，或是不确定的外部环境导致焊接表面图像的差异而影响判断结果的问题。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种基于三维激光扫描的钢结构焊接质量检测系统，包括

扫描模块；用于采集焊接位置的整体三维轮廓参数信息，构建实时轮廓模型；

参照模块；包括数据库，依据实际焊接条件，调取理想轮廓模型；

处理模块；对实时轮廓模型以及理想轮廓模型进行处理，得出对应的切片模型以及标准模型；

比对模块；将顺序标记对应的切片模型与标准模型进行比对，得出焊接质量系数，确定焊接质量。

进一步的，所述扫描模块包括三维激光发射模块；用于发射激光，并接收激光反馈信号；

轨迹确定模块；根据既定焊接线路，匹配至少三条平行于焊接线路的扫描轨迹；根据三维激光发射模块的发射宽度，确保三维激光发射模块能够完整扫描并得出焊接位置的整体三维轮廓参数信息；

构建模块；用于将多次扫描得出的多组整体三维轮廓参数信息进行整合，将多组整体三维轮廓参数信息取并集，在三维坐标内，构建实时轮廓模型。

进一步的，所述参照模块包括：采集模块；用于采集待焊接的两个钢结构之间焊缝的长度以及宽度，以及待焊接的两个钢结构的钢材型号等焊接条件信息；

调取模块；用于在可写数据库内调取与当前焊接条件信息相对应的理想轮廓模型。

进一步的，处理模块内还包括切片模块，用于对实时轮廓模型以及理想轮廓模型进行切片；在垂直于焊接轨迹的两个维度上，按照等距原则，对实时轮廓模型进行切片，按照既定切片顺序得出多个带有顺序标记的切片模型；同样，按照等距原则，对理想轮廓模型进行切片，按照既定切片顺序得出多个带有顺序标记的标准模型。

进一步的，处理模块还包括投影模块，投影模块用于将对应顺序标记的切片模型以及标准模型投影在同一基准平面上，得出对应的切片曲线以及标准曲线；投影模块内还设有定位模块，用于将切片曲线与标准曲线的两端基点进行对应。

进一步的，对比模块中还包括差值计算模块，用于将处于同一基准平面上的切片曲线以及标准曲线之间的差值进行计算，求出该顺序标记位置的差异数值，对比模块还包括权重配比模块，针对不同位置的顺序标记，赋予不同权重系数，将对应的差异数值与权重系数相乘，得出该顺序标记位置的质量评估系数，而后将各个顺序标记位置的质量评估系数求和并取均值，得到对应焊接位置的焊接质量系数，确定焊接质量。

进一步的，对比模块还包括极限修正模块，用于判断差异数值的极值，极限修正模块中设有一预定值，当差异数值超出预定值时，自动修正焊接质量系数为焊接风险系数。

进一步的，还包括超声探伤模块，在扫描模块运行的同时，对焊接位置进行探伤，判断焊接位置内部是否存在气泡。

一种基于三维激光扫描的钢结构焊接质量检测方法，包括以下步骤：

S100:利用扫描设备，依据轨迹确定原则，实现对焊接位置三维轮廓信息的完整采集，并构建实时轮廓模型；

S200:通过采集当前焊接条件信息，调取与当前焊接条件信息相对应的理想轮廓模型；

S300:利用切片技术，按照等距原则，沿着两个相互垂直的方向上对实时轮廓模型以及理想轮廓模型进行切片，得到对应的切片模型以及标准模型，并对得到的切片模型以及标准模型进行定位投影，在基准面上同时得出切片曲线以及标准曲线；

S400:比对切片曲线以及标准曲线，得到两者之间单位标距内的差异数值，同时根据位置的差异，匹配对应的权重系数，将差异数值与权重系数相乘，得出对应的质量评估系数，并对全部质量评估系数求和并取出平均值，得到焊接位置的焊接质量系数，确定焊接质量。

在步骤S300中，还包含以下步骤：S310:确定两个垂直于焊接轨迹的方向；S320:并将两个方向分别与焊接方向整合，形成两个相互垂直的基准面；S330:利用平行投影方式，得出对应的切片曲线以及模型曲线，并将对应的两种曲线的端点进行对齐。

有益效果

本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

本发明通过设置的切片比对的方式，能够对焊接位置进行两个维度上的质量分析，综合两个维度的比对结果，再根据权重配比，得出焊接位置的综合质量，相比较图像检测焊接质量，采用本案中比对方式更加具体，受到外部影响因素较少，且质量检测的结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明的检测系统示意图；

图2为本发明的检测方法流程图；

图3为本发明的检测方法中，切片方法流程图；

图4为本发明构建实时轮廓模型时，三维激光发射模块的一种扫描方式示意图；

图5为本发明的实时轮廓模型结构示意图；

图6为本发明的理想轮廓模型结构示意图；

图7为本发明的一种切片模型以及标准模型获取方式示意图；

图8为本发明的另一种切片模型以及标准模型获取方式示意图；

图9为本发明的一种切片曲线与标准曲线比对示意图；

图10为本发明的另一种切片曲线与标准曲线比对示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例一：

参照附图1中所示，一种基于三维激光扫描的钢结构焊接质量检测系统，包括扫描模块；用于采集焊接位置的整体三维轮廓参数信息，构建实时轮廓模型；

参照模块；包括数据库，依据实际焊接条件，调取理想轮廓模型；

处理模块；对实时轮廓模型以及理想轮廓模型进行处理，得出对应的切片模型以及标准模型；

比对模块；将顺序标记对应的切片模型与标准模型进行比对，得出焊接质量系数，确定焊接质量。

通过设置的扫描模块，讲焊接完成位置的整体形状进行扫描，并且值得说明的是，扫描模块包括三维激光发射模块；用于发射激光，并接收激光反馈信号；具体的，可采用三维激光扫描仪对焊接位置的整体形状进行扫描，而为了保证对焊接位置的扫描完全，本案中对三维扫描仪的扫描轨迹进行限定，具体的，轨迹确定模块；根据既定焊接线路，匹配至少三条平行于焊接线路的扫描轨迹；根据三维激光发射模块的发射宽度，确保三维激光发射模块能够完整扫描并得出焊接位置的整体三维轮廓参数信息，通过拟定不少于三条的扫描路径，并且三条扫描路径沿着焊接轨迹进行扫描，以焊接轨迹为轴线，三条扫描轨迹之间的夹角可以为30度、50度或60度中的其中一种，特别的，三种不同的扫描轨迹的分配角度，是适配不同的扫描宽度而言，其目的在于，通过不同角度法轨迹扫描，能够实现对焊接位置的焊接纹路进行整体外部轮廓的完整扫描，只有将所有的形状轮廓进行扫描才可实现准确地对比。

特别的，扫描模块中还设有构建模块；用于将多次扫描得出的多组整体三维轮廓参数信息进行整合，将多组整体三维轮廓参数信息取并集，在三维坐标内，构建实时轮廓模型，具体的，通过将设置的多组的扫描形状进行聚合整理，通过整体覆盖的原则，将多种扫描角度不同的扫描结果进行整合，具体的，按照实际的扫描角度，同时将多种扫描进行进行集中投影，并集中体现在同一个三维坐标内，构建出焊接纹路的立体结构，完成实时轮廓模型的构建。

上述，通过设置的扫描模块，能够实现对焊接位置的实时纹路进行扫描，并通过设置的构建模块，完成实时轮廓模型的构建，值得说明的是，该扫描模块，能够实现对焊接纹路的整体外部形状进行扫描，作为焊接质量的外观判断标准，能够得到该焊接纹路的整体外部形状，而在实际的质量判断过程中，需要一理想轮廓模型与之进行比对，得出两者之间的差距，才可实现对该焊接位置的焊接质量进行判断，因此在本系统中，还设置一参照模块，用于根据现有的焊接条件，得出理想的焊接模型进而方便将其与实时轮廓模型进行比对，具体的，参照模块包括采集模块；用于采集待焊接的两个钢结构之间焊缝的长度以及宽度，以及待焊接的两个钢结构的钢材型号等焊接条件信息，根据采集的实际的焊接位置的焊缝的长度、宽度以及焊接对应的基础条件信息，匹配可写数据库中存放的理性轮廓模型，具体的，参照模块中还包含一调取模块；用于在可写数据库内调取与当前焊接条件信息相对应的理想轮廓模型，首先该数据库中的理想轮廓模型，能够通过手动输入的方式，根据以往的焊接经验，并对照不同焊接形状带来的不同焊接质量，得出对应的在在此种焊接条件下，最优的理想轮廓模型，调取此理想轮廓模型，判断其与当前扫描得出的实时轮廓模型之间的差异，以此判断实时的焊接质量好坏。

本系统中，理想轮廓模型与实时轮廓模型之间的比较，通过处理模块进行比对，处理模块内还包括切片模块，用于对实时轮廓模型以及理想轮廓模型进行切片；在垂直于焊接轨迹的两个维度上，按照等距原则，对实时轮廓模型进行切片，按照既定切片顺序得出多个带有顺序标记的切片模型；同样，按照等距原则，对理想轮廓模型进行切片，按照既定切片顺序得出多个带有顺序标记的标准模型，具体的，切片模块，能够在垂直于焊接轨迹的平面上对实时轮廓模型以及理想轮廓模型进行切片处理，具体的，垂直于焊接轨迹的为一平面，在该平面上规定两个保持相互垂直的基准。可理解为，焊接轨迹，两个基准能够构建成三维坐标系，为了方便描述，本实施例中以焊接轨迹为Y轴，以焊接纹路的高度为Z轴，以焊接纹路的宽度为X轴，上述，切片模型，能够对焊接纹路进行切片，具体的，切片的两个方向分别为上述的X轴以及Y轴，并且，每次切片之间的间距为X轴以及Y轴上的单位标距；

当在X轴上进行切片时，得出的切片模型为投影在Y-Z平面上二维图形，当Y轴上进行切片时，得出的切片模型为投影在X-Z平面上二维图形，上述，以不同的基准进行且切片时，需要同时对实时轮廓模型以及理想轮廓模型进行同步切片，并将处于同一基准切片后的切片模型以及理想模型放置于同一平面上，进行后续的比对。

特别的，本系统中处理模块还包括投影模块，投影模块用于将对应顺序标记的切片模型以及标准模型投影在同一基准平面上，得出对应的切片曲线以及标准曲线；投影模块内还设有定位模块，用于将切片曲线与标准曲线的两端基点进行对应，在同样的切片位置，得到的对应位置的对切片模型以及理想模型进行同步投影，并且将对应的端点的位置对齐，切片模型与理想模型之间存在部分重合，部分分离的情况，重合部分可以认为，焊接纹路的外部形状符合标准，该位置的焊接质量能够得到认可。

具体的，比对模型中对比模块中还包括差值计算模块，用于将处于同一基准平面上的切片曲线以及标准曲线之间的差值进行计算，求出该顺序标记位置的差异数值，首先通过该差值计算模块，能够针对得到的多组切片曲线与标准曲线之间的差值，通过计算出对应不同位置的对应差值，能够得出对应的焊接纹路的各个位置的焊接质量信息；

特别的，对比模块还包括权重配比模块，针对不同位置的顺序标记，赋予不同权重系数，将对应的差异数值与权重系数相乘，得出该顺序标记位置的质量评估系数，而后将各个顺序标记位置的质量评估系数求和并取均值，得到对应焊接位置的焊接质量系数，确定焊接质量，针对焊接位置而言，距离焊缝不同的位置，其影响焊接整体质量的权重有所不同，具体的，靠近焊缝位置的焊接纹路的质量相比较远离焊缝位置的焊接纹路的质量，两者对焊接的整体质量的影响也有所不同，因此，在本质量检测系统中，当得出焊接出不同位置的差异数值后，通过对应位置的权重系数，能够得到该焊接位置的焊接质量系数，此时得出的焊接质量系数，为能够对等比较，并且能够对焊接质量产生影响的焊接质量系数，通过对整体焊接系数的整体求和，并取均值的方式，能够得到实际的焊接位置的焊接质量，将其与一既定的焊接质量系数进行比对，进而得出当前焊接位置是否能够达到标准；

对比模块还包括极限修正模块，用于判断差异数值的极值，极限修正模块中设有一预定值，当差异数值超出预定值时，自动修正焊接质量系数为焊接风险系数，上述通过设置的权重配比模块，并且将其与对应的差异数值相乘，能够得出对应位置的焊接质量系数，并且采用取均值的方式，实现对焊接位置的整体焊接质量系数进行判断，但是为了规避部分焊接位置出现差异数值较大或者是较小的情况，虽然得出的均值焊接质量系数符合要求，但是焊接纹路的部分位置的质量会不符合要求，因此在本案中，设置有极限修正模块，通过将得出的多组差异数值进行初步筛查，能够将超过预定值部分的差异数值进行标记，当得出的多组差异数值中出现超过预定值时，此时对应的焊接质量系数直接被标记为焊接风险系数，此时即便得出的焊接质量系数符合要求，但是由于焊接位置的某处不符合预定值的要求，因此该焊接的整体质量也会受到影响，而不符合标准。

本案主要通过对焊接位置的外部轮廓进行检测，得出对应焊接位置的整体质量，但是在焊接过程中，由于焊接气体的纯度不够，或者是焊接气体中掺杂其他的杂物，在焊接位置会产生气泡，因此在外部轮廓的检测下，焊接位置是符合标准的，但是受到气泡的影响，该部分的焊接质量并不能达到要求，因此在本检测系统中，还设有超声探伤模块，在扫描模块运行的同时，对焊接位置进行探伤，判断焊接位置内部是否存在气泡，通过超声探伤模块，得出对应的处于焊接位置内部的气泡的大小以及位置信息，将气泡的轮廓信息，融入对应的实时轮廓模型中，在后续的切片模块中保留气泡的形状信息，并且在最终的切片曲线中，气泡均能够在对应的切片曲线中体现，得出判断气泡在切片曲线中高度或者长度的比重，进的得出该气泡是否对焊接质量造成影响，并且在判断过程中可通过设置标准值的方式得出对应气泡的影响，进而选择是否忽略气泡对该焊接质量的影响，若有影响，则对焊接质量进行高风险标记，此高风险标记与焊接风险系数，均作为可直接影响焊接质量判断的串联标准，在焊接质量系数符合要求的情况下，当存在高风险标记或是焊接风险系数中的一种，则判断该焊接质量不过关。

值得说明的是，本系统中提供的质量检测方式，主要是通过对焊接位置外部轮廓形状进行综合判断，通过直观的对焊接位置外部形状的扫描展示，并通过两个维度的比对，得出焊接位置的焊接质量是否符合标准，相比较图像成型的方式，其能够更加直接的展示焊接位置的焊接质量，并且能够极大程度的减少外部环境对检测结果带来影响。

实施例二：

参照附图2-10中所示，一种基于三维激光扫描的钢结构焊接质量检测方法，包括以下步骤：

S100:利用扫描设备，依据轨迹确定原则，实现对焊接位置三维轮廓信息的完整采集，并构建实时轮廓模型；

S200:通过采集当前焊接条件信息，调取与当前焊接条件信息相对应的理想轮廓模型；

S300:利用切片技术，按照等距原则，沿着两个相互垂直的方向上对实时轮廓模型以及理想轮廓模型进行切片，得到对应的切片模型以及标准模型，并对得到的切片模型以及标准模型进行定位投影，在基准面上同时得出切片曲线以及标准曲线；

S400:比对切片曲线以及标准曲线，得到两者之间单位标距内的差异数值，同时根据位置的差异，匹配对应的权重系数，将差异数值与权重系数相乘，得出对应的质量评估系数，并对全部质量评估系数求和并取出平均值，得到焊接位置的焊接质量系数，确定焊接质量。

上述，步骤S100-S400，提供一种基于三维激光扫描的钢结构焊接质量检测方法，具体的，首先通过三维激光扫描仪得出焊接位置的外部实时轮廓模型，在此过程中， 对该焊接位置的焊接条件信息进行完整收集，利用收集到的信息，在一可写数据库中，调取对应的符合该中焊接条件信息下的对应理想轮廓模型，通过将实时轮廓模型与该理想轮廓模型进行比较，得出对应焊接质量的判断，具体的，通过切片的方式了，在两个相互垂直的方向上，对实时轮廓模型以及理想轮廓模型进行等距的切片，并且得出的多个对应的切片模型以及理想模型同时投影到一基准面上，得到对应的切片曲线以及标准曲线，将对应位置的两种曲线进行比对，得出差异数值，并通过权重分配模块，求出对应位置的对等焊接质量系数，利用整体求和取均值的方式的，得出该焊接位置的焊接质量系数，确定焊接质量。

进一步的，在步骤S300中，还包含以下步骤：S310:确定两个垂直于焊接轨迹的方向；S320:并将两个方向分别与焊接方向整合，形成两个相互垂直的基准面；S330:利用平行投影方式，得出对应的切片曲线以及模型曲线，并将对应的两种曲线的端点进行对齐，在扫描焊接位置的实时轮廓模型时，通过设置的步骤S310-S330，能够实现对焊接位置的完整扫描。

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，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。