钢管高频焊接温区监测方法、装置、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及高频直缝焊管生产过程检测，尤其涉及一种钢管高频焊接温区监测方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、高频直缝焊接钢管广泛应用于油气输送、工程结构及机械制造领域，其焊缝质量与管材尺寸精度是衡量产品性能的核心指标。高频焊接过程中，焊接热影响区的空间范围、边界形态及分布稳定性，直接决定焊接残余应力场的均匀性，是管控钢管不圆度、抑制成型缺陷的关键工艺环节。

2、目前焊管生产中对焊接温区的管控多依赖操作工经验调节与事后抽检，在线监测多采用单点红外测温方案，仅能获取焊缝局部的温度峰值，无法完整表征温区的二维形态与边界分布，难以实时掌握热影响区的尺寸波动与形态偏移。

3、部分采用红外热成像的监测方案，多止步于整图温度阈值告警与简单温度统计，未针对温区边界开展精细化提取与形态量化分析；且常规边缘检测算法受现场弧光、烟尘干扰及像素网格精度限制，边界定位精度不足，无法实现温区形态时序波动的定量评估，难以为焊接应力管控与不圆度控制提供可靠的实时数据支撑。

4、上述技术局限导致焊接温区形态的稳定性无法被在线量化，热影响区范围易偏离预设工艺区间，进而引发焊接应力分布不均，最终造成钢管圆度超差、焊缝力学性能波动等质量问题，制约了高速焊管产线成品率与产品一致性的提升。

5、基于此，需要开发设计出一种钢管高频焊接温区监测方法。

技术实现思路

1、本发明实施方式提供了一种钢管高频焊接温区监测方法、装置、电子设备及存储介质，用于解决现有技术中焊接温区形态不稳定导致应力分布不均从而影响钢管圆度的问题。

2、第一方面，本发明实施方式提供了一种钢管高频焊接温区监测方法，包括：

3、获取第一热成像图序列，其中，第一热成像图序列包括多张按照时序排列的热成像图，热成像图基于钢管高频焊接区获得，热成像图中的每个像素点对应一个温度观测值；

4、对第一热成像图序列中的每张热成像图进行差分化处理，并将获得表征差分幅值以及表征差分方向的差分幅值图构建为差分图像序列；

5、对所述差分图像序列中的每张差分幅值图进行边界特征提取，并将获得的表征温度梯度边缘线的边界图构建为边界图像序列；

6、对所述边界图像序列进行边界形式分析，并根据形式分析结果评估焊接状态的稳定性。

7、在一种可能实现的方式中，所述对第一热成像图序列中的每张热成像图进行差分化处理，包括：

8、对所述第一热成像图序列中的每张热成像图，分别执行如下步骤：

9、获得水平差分数据块以及竖直差分数据块；

10、按照预定的滑移方向，从热成像图中提取出待差分数据块，其中，所述待差分数据块与所述水平差分数据块以及所述竖直差分数据块的规格相同；

11、将所述待差分数据块与所述水平差分数据块按位点乘并求和，获得水平差分值；

12、将所述竖直差分数据块与所述竖直差分数据块按位点乘并求和，获得竖直差分值；

13、将所述水平差分值以及所述竖直差分值分别存入水平差分图以及竖直差分图；

14、若未完成对热成像图的遍历，则跳转至所述按照预定的滑移方向，从热成像图中提取出待差分数据块的步骤；

15、否则，根据所述水平差分图以及所述竖直差分图，构建表征差分幅值以及表征差分方向的差分幅值图。

16、在一种可能实现的方式中，所述根据所述水平差分图以及所述竖直差分图，构建表征差分幅值以及表征差分方向的差分幅值图，包括：

17、获取位置索引；

18、根据所述位置索引指向的位置，从所述水平差分图以及所述竖直差分图中分别取出待处理水平差分值以及待处理竖直差分值；

19、计算所述待处理水平差分值以及所述待处理竖直差分值的平方和，并将平方和的开方，作为差分幅值；

20、计算所述待处理竖直差分值与所述待处理水平差分值的商，并计算获得的商的反正切值，作为差分方向角；

21、将差分方向角除以，并将获得的商四舍五入，获得差分方向；

22、根据所述位置索引，将差分幅值以及差分方向加入差分幅值图；

23、若所述位置索引未完成对差分图的遍历，则对所述位置索引进行调整，并跳转至所述根据所述位置索引指向的位置，从所述水平差分图以及所述竖直差分图中分别取出待处理水平差分值以及待处理竖直差分值的步骤。

24、在一种可能实现的方式中，所述对所述差分图像序列中的每张差分幅值图进行边界特征提取，包括：

25、对于每张差分幅值图，分别执行如下步骤：

26、遍历地从差分幅值图中提取像素点作为候选像素点；

27、沿所述候选像素点的差分方向，定位得到该候选像素点在差分幅值图上的两个邻域对比像素点；

28、将所述候选像素点的差分幅值分别与两个邻域对比像素点的差分幅值进行大小比较；

29、若所述候选像素点的差分幅值大于两个邻域对比像素点的差分幅值，则保留该候选像素点作为边界像素；

30、若所述候选像素点的差分幅值小于或等于任意一个邻域对比像素点的差分幅值，则剔除该候选像素点；

31、若未完成对差分幅值图的遍历，则跳转至所述遍历地从差分幅值图中提取像素点作为候选像素点的步骤。

32、在一种可能实现的方式中，所述沿所述候选像素点的差分方向，定位得到该候选像素点在差分幅值图上的两个邻域对比像素点，包括：

33、根据所述候选像素点的差分方向角度，分解得到亚像素级的方向偏移分量；

34、基于所述方向偏移分量，对候选像素点沿差分方向的前后两侧相邻像素进行双线性插值，分别计算得到两侧邻域对比像素对应的插值差分幅值，并将插值差分幅值作为两个邻域对比像素点的差分幅值。

35、在一种可能实现的方式中，所述对所述边界图像序列进行边界形式分析，并根据形式分析结果评估焊接状态的稳定性，包括：

36、对于所述边界图像序列中的每张边界图，提取边界线的中心坐标，并基于中心坐标建立相对坐标系；

37、基于每个相对坐标系，按照顺时针或逆时针顺序，将多个边界坐标构建为多个边界复数，并将所述多个边界复数按照对应的时针位置排列成边界队列，其中，每个边界复数基于一个边界坐标构建

38、对每个边界队列进行频域特征提取，并将获得多个频域幅值构建为第一边界形式描述向量；

39、根据多个第一边界形式描述向量以及标准边界形式描述向量进行形式分析，获得表征焊接状态稳定性的形式分析结果。

40、在一种可能实现的方式中，所述对每个边界队列进行频域特征提取，包括：

41、根据第一公式对每个边界队列进行频域特征提取，其中，所述第一公式为：

42、

43、式中，为第个频域幅值，为边界队列中数据的总数量，为第个边界复数，为自然常数，为虚数单位，为圆周率，为第个边界坐标点的轴坐标，为第个边界坐标点的轴坐标，为频域分析的基波频率；

44、所述根据多个第一边界形式描述向量以及标准边界形式描述向量进行形式分析，获得表征焊接状态稳定性的形式分析结果，包括：

45、根据第二公式、多个第一边界形式描述向量以及标准边界形式描述向量计算每个第一边界与标准边界的相似度，其中，所述第二公式为：

46、

47、式中，为相似度，a为标准边界形式描述向量，为第一边界形式描述向量；

48、将多个相似度的平均值以及多个相似度的标准差作为形式分析结果。

49、第二方面，本发明实施方式提供了一种钢管高频焊接温区监测装置，用于实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的钢管高频焊接温区监测方法，所述钢管高频焊接温区监测装置包括：

50、热成像图获取模块，用于获取第一热成像图序列，其中，第一热成像图序列包括多张按照时序排列的热成像图，热成像图基于钢管高频焊接区获得，热成像图中的每个像素点对应一个温度观测值；

51、热成像图预处理模块，用于对第一热成像图序列中的每张热成像图进行差分化处理，并将获得表征差分幅值以及表征差分方向的差分幅值图构建为差分图像序列；

52、边界特征提取模块，用于对所述差分图像序列中的每张差分幅值图进行边界特征提取，并将获得的表征温度梯度边缘线的边界图构建为边界图像序列；

53、以及，

54、焊接稳定性评估模块，用于对所述边界图像序列进行边界形式分析，并根据形式分析结果评估焊接状态的稳定性。

55、第三方面，本发明实施方式提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

56、第四方面，本发明实施方式提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

57、本发明实施方式与现有技术相比存在的有益效果是：

58、本发明实施方式公开了一种钢管高频焊接温区监测方法，其首先获取第一热成像图序列，其中，第一热成像图序列包括多张按照时序排列的热成像图，热成像图基于钢管高频焊接区获得，热成像图中的每个像素点对应一个温度观测值；然后对第一热成像图序列中的每张热成像图进行差分化处理，并将获得表征差分幅值以及表征差分方向的差分幅值图构建为差分图像序列；接着对所述差分图像序列中的每张差分幅值图进行边界特征提取，并将获得的表征温度梯度边缘线的边界图构建为边界图像序列；最后对所述边界图像序列进行边界形式分析，并根据形式分析结果评估焊接状态的稳定性。

59、本发明通过红外热成像时序差分与边界提取技术，可精准定位钢管高频焊接温区的温度梯度边缘，实时将焊接热影响区限定在预设范围内，实现对应力区尺寸与分布的精准管控，保障焊接应力场均匀稳定。

60、本发明基于频域形态分析，可在线量化多帧温区边界与标准稳态形态的相似度，通过平均值与标准差双重指标评估焊接过程波动，及时捕捉工艺参数偏移。

61、本发明从热输入源头保障温区形态一致性，为直缝焊管不圆度控制提供前置工艺依据，可有效降低残余应力不均引发的成型尺寸偏差，提升钢管尺寸精度与焊接质量；非接触式监测不干扰生产节奏，适配高速焊接产线的在线质量管控。