钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置及其方法，采用无损模型与裂纹模型相结合，利用神经网络提取裂纹，对相机进行联合标定，结合裂纹深度图和彩色图，综合运用坐标系转换和坐标轴转换，得到局部坐标系下的裂纹三维坐标，并以此建立裂纹模型，得到真实场景下的受损区域模型

【技术实现步骤摘要】
钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置及其方法


[0001]本专利技术属于有限元建模领域，具体涉及一种钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置及其方法
。

技术介绍

[0002]钢结构在焊接节点处会产生大量集中裂纹，该处裂纹形态复杂，裂纹识别工作主要还是依靠人工，检测效率低，检测效果差并且昂贵，有时也不准确
。
以钢箱梁为例，这些裂纹一般在顶板与
U
肋连接处，顶板与底板间距大，人工识别起来也有一定困难；部分采用机器识别，但是目前机器识别建模只能手动描绘裂纹，时间长
、
效率低，不适用于现场的自动识别
。
[0003]为了解决识别裂纹慢，提高现场的检测效率，设计一种钢结构焊接节点受损模型的自动建模方法及其装置已成为亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术基于计算机深度学习技术，主要针对现有受损模型建模技术在钢结构焊接节点处的不便，提供一种钢结构焊接节点受损模型的自动建模方法及其装置，可以缩短在该部位建模的时间，实现现场焊接节点处受损部位的自动建模
。
[0005]为实现上述的技术目的，本专利技术将采取如下的技术方案：
[0006]一种钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置，包括相机
、
相机支架以及计算机系统，其中：
[0007]所述相机安装在相机支架上，且相机的数量为两个，其中一个为彩色相机，另一个则为激光相机；
[0008]彩色相机用于拍摄待建模区域的二维彩色图像，并能够将所拍摄到的二维彩色图像传输至计算机系统；
[0009]激光相机用于拍摄待建模区域的深度信息，并能够将所拍摄到的深度信息形成的深度图传输至计算机系统；
[0010]所述的计算机系统，包括裂纹识别模块
、
裂纹二维信息提取模块
、
裂纹三维信息重构模块
、
裂纹有限元模型建立模块以及有限元受损模型建立模块；
[0011]所述的裂纹识别模块，根据所接收到的二维彩色图像，能够识别并提取出二维彩色图像中的裂纹平面图像，并上传至裂纹二维信息提取模块；
[0012]裂纹二维信息提取模块能够根据裂纹识别模块提取出的裂纹平面图像，获取对应的裂纹在像素坐标系下的二维平面坐标，并上传至裂纹三维信息重构模块；
[0013]裂纹三维信息重构模块，根据所接收到的待建模区域的深度图以及裂纹在像素坐标系下的二维平面坐标，基于配准原理及坐标转换原理，获得裂纹在相机坐标系中的三维点云坐标，并上传至裂纹有限元模型建立模块；
[0014]所述的裂纹有限元模型建立模块，能够根据所接收到的裂纹在相机坐标系中的三
维点云坐标，获得裂纹在局部坐标系中的三维点云坐标，而后基于有限元分析软件生成裂纹有限元模型，并上传至受损模型建立模块；
[0015]所述的有限元受损模型建立模块，基于有限元分析软件构建，能够将所接收到的裂纹有限元模型插入到有限元无损模型中，以生成与待建模区域对应的有限元受损模型；所述的有限元无损模型，通过在有限元软件中预先输入待建模区域的实际结构尺寸及其边界
、
现场荷载条件而生成
。
[0016]优选地，彩色相机
、
激光相机装配形成双目视觉相机；相机支架包括夹持装置
、
底托装置以及三角支架，底托装置通过三角支架支撑，夹持装置安装在底托装置上，而双目视觉相机则通过所述的夹持装置固定
。
[0017]优选地，夹持装置包括两个并列布置的夹持机构；两个夹持机构对应为第一
、
第二夹持机构，且两个夹持机构的结构一致，均包括夹头以及能够实现夹头夹紧
/
松开相机的锁组件；
[0018]所述的夹头包括双侧固定肢
、
活动限位板
、
固定连杆
、
矩形块
、
固定板以及中部螺纹孔洞，锁组件包括旋进螺纹杆
、
旋进螺帽和轴承；
[0019]双侧固定肢整体呈
U
形设置，包括两侧臂以及将两侧臂封接的封闭端，双侧固定肢的封闭端在中部位置处通过矩形块安装固定连杆，以与底托装置连接；双侧固定肢的两侧臂之间布置所述的活动限位板
、
固定板，固定板与双侧固定肢的封闭端固定连接成一体，活动限位板则可移动地设置在双侧固定肢的两侧臂之间；
[0020]双侧固定肢的两侧臂对应为固定肢第一侧臂
、
固定肢第二侧臂，固定肢第一侧臂处于外侧，而固定肢第二侧臂处于内侧，活动限位板靠近固定肢第一侧臂设置，而固定板则靠近固定肢第二侧臂设置；
[0021]固定肢第一侧臂上与固定肢第二侧臂设置有与旋进螺纹杆相配合的旋进螺纹孔，活动限位板
、
固定板在与所述的旋进螺纹孔对应的位置处均开设通孔；
[0022]旋进螺纹杆的外侧配装有旋进螺帽，且旋进螺纹杆的外围通过轴承安装在活动限位板上所开设的通孔内
。
[0023]优选地，三角支架由三根呈环形均匀分布在支座下方的支撑杆组成，各支撑杆均呈倾斜布置，且支撑杆的上端通过铰链与底托装置的支座连接，而支撑杆的下端则设置有底部尖角
。
[0024]优选地，每一根支撑杆均为可伸缩杆件，包括空心套筒以及能够沿着空心套筒伸缩的支撑连杆，同时空心套筒与支撑连杆之间通过可解离的锁紧组件紧固
。
[0025]优选地，所述的底托装置包括支座
、
底板和竖板，竖板与底板连接以形成一个
L
形安装座；双目视觉相机安装在所述
L
形安装座的竖板上，而支座与所述
L
形安装座的底板连接固定并位于底板的下方
。
[0026]优选地，相机与计算机系统之间通过
5G
传输系统通信
。
[0027]一种钢结构焊接节点受损模型的自动建模方法，基于上述的钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置而实现，包括如下步骤：
[0028]步骤一：无损有限元模型建立
[0029]使用有限元分析软件，根据现场实际情况设置好结构尺寸以及边界和荷载条件，得到待建模区域的无损有限元模型；
[0030]步骤二
、
获取待建模区域的图像
[0031]采用彩色相机和激光相机同时对待建模区域进行拍摄，其中：
[0032]通过彩色相机拍摄获得待建模区域的彩色图像，而通过激光相机进行待建模区域的裂纹深度
d
的测量，以获得待建模区域的裂纹的深度图；
[0033]步骤三：识别裂纹并计算裂纹的二维平面坐标
[0034]基于步骤二拍摄到的待建模区域的彩色图像，提取出裂纹的二维平面图像，进而计算出裂纹在像素坐标系下的二维平面坐标
(u,v)
；
[0035]步骤四：生成裂纹三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置，其特征在于，包括相机
、
相机支架以及计算机系统，其中：所述相机安装在相机支架上，且相机的数量为两个，其中一个为彩色相机，另一个则为激光相机；彩色相机用于拍摄待建模区域的二维彩色图像，并能够将所拍摄到的二维彩色图像传输至计算机系统；激光相机用于拍摄待建模区域的深度信息，并能够将所拍摄到的深度信息形成的深度图传输至计算机系统；所述的计算机系统，包括裂纹识别模块
、
裂纹二维信息提取模块
、
裂纹三维信息重构模块
、
裂纹有限元模型建立模块以及有限元受损模型建立模块；所述的裂纹识别模块，根据所接收到的二维彩色图像，能够识别并提取出二维彩色图像中的裂纹平面图像，并上传至裂纹二维信息提取模块；裂纹二维信息提取模块能够根据裂纹识别模块提取出的裂纹平面图像，获取对应的裂纹在像素坐标系下的二维平面坐标，并上传至裂纹三维信息重构模块；裂纹三维信息重构模块，根据所接收到的待建模区域的深度图以及裂纹在像素坐标系下的二维平面坐标，基于配准原理及坐标转换原理，获得裂纹在相机坐标系中的三维点云坐标，并上传至裂纹有限元模型建立模块；所述的裂纹有限元模型建立模块，能够根据所接收到的裂纹在相机坐标系中的三维点云坐标，获得裂纹在局部坐标系中的三维点云坐标，而后基于有限元分析软件生成裂纹有限元模型，并上传至受损模型建立模块；所述的有限元受损模型建立模块，基于有限元分析软件构建，能够将所接收到的裂纹有限元模型插入到有限元无损模型中，以生成与待建模区域对应的有限元受损模型；所述的有限元无损模型，通过在有限元软件中预先输入待建模区域的实际结构尺寸及其边界
、
现场荷载条件而生成
。2.
根据权利要求1所述的钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置，其特征在于，彩色相机
、
激光相机装配形成双目视觉相机；相机支架包括夹持装置
、
底托装置以及三角支架，底托装置通过三角支架支撑，夹持装置安装在底托装置上，而双目视觉相机则通过所述的夹持装置固定
。3.
根据权利要求2所述的钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置，其特征在于，夹持装置包括两个并列布置的夹持机构；两个夹持机构对应为第一
、
第二夹持机构，且两个夹持机构的结构一致，均包括夹头以及能够实现夹头夹紧
/
松开相机的锁组件；所述的夹头包括双侧固定肢
、
活动限位板
、
固定连杆
、
矩形块
、
固定板以及中部螺纹孔洞，锁组件包括旋进螺纹杆
、
旋进螺帽和轴承；双侧固定肢整体呈
U
形设置，包括两侧臂以及将两侧臂封接的封闭端，双侧固定肢的封闭端在中部位置处通过矩形块安装固定连杆，以与底托装置连接；双侧固定肢的两侧臂之间布置所述的活动限位板
、
固定板，固定板与双侧固定肢的封闭端固定连接成一体，活动限位板则可移动地设置在双侧固定肢的两侧臂之间；双侧固定肢的两侧臂对应为固定肢第一侧臂
、
固定肢第二侧臂，固定肢第一侧臂处于外侧，而固定肢第二侧臂处于内侧，活动限位板靠近固定肢第一侧臂设置，而固定板则靠近
固定肢第二侧臂设置；固定肢第一侧臂上与固定肢第二侧臂设置有与旋进螺纹杆相配合的旋进螺纹孔，活动限位板
、
固定板在与所述的旋进螺纹孔对应的位置处均开设通孔；旋进螺纹杆的外侧配装有旋进螺帽，且旋进螺纹杆的外围通过轴承安装在活动限位板上所开设的通孔内
。4.
根据权利要求2所述的钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置，其特征在于，三角支架由三根呈环形均匀分布在支座下方的支撑杆组成，各支撑杆均呈倾斜布置，且支撑杆的上端通过铰链与底托装置的支座连接，而支撑杆的下端则设置有底部尖角
。5.
根据权利要求4所述的钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置，其特征在于，每一根支撑杆均为可伸缩杆件，包括空心套筒以及能够沿着空心套筒伸缩的支撑连杆，同时空心套筒与支撑连杆之间通过可解离的锁紧组件紧固
。6.
根据权利要求2所述的钢结构焊接节点受损模型的自动建模装置，其特征在于，所述的底托装置包括支座

【专利技术属性】
技术研发人员：季宏，唐浩然，袁周致远，高天，吉伯海，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：