基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法及系统与流程

本发明涉及结构检测，尤其涉及基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法及系统。

背景技术：

1、钢箱梁因具有承载能力强、整体刚度高、适用于大跨径桥梁等特点，被广泛应用于桥梁工程建设中；在钢箱梁制造和悬臂拼装过程中，组拼焊接后的横向线形精度直接影响梁段对接质量、整体受力状态以及后续安装精度；现有工程中，为保证钢箱梁横向线形，通常会在拼装或焊接过程中采用机械调整装置进行补救性矫正，如通过双向千斤顶、竖向千斤顶、垫座、顶压牛腿或其他专用工装，对待架梁段或焊后构件施加外部顶压力，使其横向变形或接口错位得到调整，从而提高线形匹配精度。

2、然而上述机械调整措施通常要求在构件尚未完全稳定、仍具有可调整余量时实施；如果等到焊缝彻底冷却、残余应力释放基本完成、构件形态基本固化之后才发现横向线形偏差超差，则再通过顶压、千斤顶或工装进行矫正的难度显著增大，甚至可能错过最佳补救窗口；因此，钢箱梁焊后横向线形检测不仅要判断最终是否超差，还需要在焊后冷却及形态释放过程中尽早预判稳定线形趋势，为后续机械调整或工艺补救预留时间。

3、现有检测方法多采用视觉测量、激光扫描或点云拟合等方式获取焊后截面轮廓，并直接根据当前观测轮廓计算曲率或线形偏差；但钢箱梁组拼焊接完成后，截面形态并非立即稳定，而是同时受到焊接热收缩、残余应力释放、夹具解除后的延迟回弹以及局部约束差异的影响，当前观测轮廓往往属于过渡形变状态；若直接将该过渡状态作为最终线形进行评价，容易将暂态偏差误判为真实超差，或者无法及时识别后续可能形成的稳定超差趋势。

4、因此，亟需一种钢箱梁组拼焊接横向线形精度检测方法，能够在焊后构件仍处于可检测、可补救的温度窗口内，识别截面所处的曲率释放阶段，并基于当前过渡形变轮廓重建稳定曲率轮廓，从而以曲率分布表征横向线形精度，提前判断稳定线形是否满足设计要求，为后续机械调整装置实施补救性矫正提供可靠依据。

技术实现思路

1、本发明提供了基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法及系统。

2、第一方面，基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，包括以下步骤：

3、获取目标钢箱梁组拼焊接截面的焊后截面图像，并输入卷积深度网络，识别焊后截面图像对应的曲率释放阶段；

4、输出与焊后截面图像对应的阶段曲率表征单元；

5、基于阶段曲率表征单元，对焊后截面图像中的过渡形变轮廓进行阶段校正；

6、获取目标钢箱梁组拼焊接截面的稳定曲率轮廓；

7、基于稳定曲率轮廓提取目标钢箱梁组拼焊接截面的横向曲率检测值，并将横向曲率检测值与预设设计曲率进行比对，输出横向曲率精度结果。

8、第二方面，基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测系统，包括以下模块：

9、图像采集模块，图像采集模块用于获取目标钢箱梁组拼焊接截面的焊后截面图像；

10、阶段识别模块，阶段识别模块用于将焊后截面图像输入卷积深度网络并识别对应的曲率释放阶段；

11、表征输出模块，表征输出模块用于输出与焊后截面图像对应的阶段曲率表征单元；

12、阶段校正模块，阶段校正模块用于基于阶段曲率表征单元对焊后截面图像中的过渡形变轮廓进行阶段校正；

13、曲率重建模块，曲率重建模块用于获取目标钢箱梁组拼焊接截面的稳定曲率轮廓；

14、精度检测模块，精度检测模块用于基于稳定曲率轮廓提取横向曲率检测值，并将横向曲率检测值与预设设计曲率进行比对，输出横向曲率精度结果。

15、本发明的有益效果：

16、本发明，通过卷积深度网络识别焊后截面的曲率释放阶段，并构建阶段曲率表征单元，进一步解析得到横向位移矢量场和曲率分布信息，对过渡形变轮廓进行反向补偿和稳定曲率重建，实现由焊后瞬时观测形态向最终稳定线形的转换，能够有效区分过渡态形变与真实线形偏差，避免因暂态形变导致的误判，提高横向线形检测结果的准确性和可靠性。

17、本发明，无需长时间等待钢箱梁截面完全稳定后再开展检测，而是基于当前观测轮廓预测和重建稳定曲率轮廓，在保证检测精度的同时提高检测效率，更符合钢箱梁制造现场的生产节拍需求；同时，通过卷积深度网络自动建立焊后形态与曲率释放状态之间的映射关系，减少对人工经验判断的依赖，提高检测过程的自动化程度、适应能力以及检测结果与结构实际服役状态之间的一致性。

1.基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，通过架设于钢箱梁组拼工位正上方的高分辨率工业相机阵列，获取目标钢箱梁组拼焊接截面在焊后冷却至预设可检测温度窗口内的焊后截面图像，当截面温度由高温冷却进入预设可检测温度窗口，且未低于拍照截止温度下限时，触发图像采集，预设可检测温度窗口表示为：

3.根据权利要求2所述的基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，将所述过渡形变轮廓图输入预先训练好的卷积深度网络，所述卷积深度网络包含至少三个并联的输出分支，分别对应弹性回复阶段、塑性压缩阶段和热收缩阶段；

4.根据权利要求3所述的基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，提取所述卷积深度网络中对应于曲率释放阶段的隐含层特征张量，经全连接映射后输出作为所述阶段曲率表征单元，阶段曲率表征单元表示为：

5.根据权利要求1所述的基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，解析所述阶段曲率表征单元，获取所述曲率释放阶段对应的横向位移矢量场与局部曲率半径分布系数，横向位移矢量场可表示为：，其中，为像素点处的横向位移矢量，为水平方向位移分量，为垂直方向位移分量，局部曲率半径分布系数表示为：；其中，为像素点处的曲率系数，为对应位置的局部曲率半径。

6.根据权利要求5所述的基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，基于所述横向位移矢量场，对所述焊后截面图像中提取的过渡形变轮廓上的离散采样点进行反向位移补偿，消除因当前曲率释放阶段产生的瞬时弹性形变分量，设过渡形变轮廓上的第个离散采样点表示为：，则其补偿后的点坐标表示为：

7.根据权利要求6所述的基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，利用所述局部曲率半径分布系数构建平滑约束函数，对补偿后的轮廓点集进行样条曲线拟合，生成所述目标钢箱梁组拼焊接截面的稳定曲率轮廓，平滑约束函数可表示为：；其中，为拟合优化目标函数，为第个补偿后的轮廓点，为待求的样条曲线函数，为参数化变量，为样条曲线在参数处的曲率，为平滑权重系数，为轮廓点数量。

8.根据权利要求1所述的基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，对所述稳定曲率轮廓进行等弧长离散采样，获得横向截面轮廓的采样点序列，并计算每一采样点处的局部横向曲率值，局部横向曲率值表示为：；其中，为第个采样点的局部横向曲率值，为一阶导数；为二阶导数。

9.根据权利要求8所述的基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，将所述局部横向曲率值与预设设计曲率数据库中对应截面位置的设计曲率值进行逐点比对，计算曲率偏差量，设设计曲率值为，则曲率偏差量表示为：；其中，为第个采样点的曲率偏差量，为实际曲率值，为对应位置的设计曲率值；

10.基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测系统，用于实现如权利要求1-9任一所述的基于深度卷积的钢箱梁焊接横向线形精度检测方法，其特征在于，包括以下模块：