用于压力容器筒体纵缝焊接的温度监控系统的制作方法

1.本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及用于压力容器筒体纵缝焊接的温度监控系统。


背景技术：

2.压力容器是在能源工业、科研和石油化学工业等国民经济各个部门常用的重要设备，一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔、接管、支座等构成，筒体是最重要的元件，制造其最关键的工序是焊接，筒体纵缝在焊接之前，为了降低焊接应力，提高焊接接头的抗裂性，要对筒体距纵缝中心两侧指定区域进行预热，当预热温度达到工艺要求时，才能进行焊接，否则温度太低，裂纹发生率增大，温度太高，又容易恶化劳动条件，加剧冷裂纹的产生，同时，焊接时，层间温度也要控制在工艺要求范围内，层间温度过高会引起热影响区晶粒粗大，使焊缝强度及低温冲击韧性下降，如果低于预热温度则可能在焊接过程中产生裂纹，焊接后，为防止急冷过程中产生延迟裂纹，需要进行后热处理，因此，在整个压力容器筒体纵缝焊接过程中对预热温度、层间温度和后热温度的监控是非常重要的，它是保证焊缝质量，提高企业生产率，满足压力容器使用要求的必要手段；
3.现有技术中，如cn 105499854b公开了“用于压力容器筒体纵缝焊接的温度监控系统”，并具体公开了：测温探头通过磁铁直接吸附于筒体，终端采集和控制设备的实时显示功能和信号灯提醒功能，保证了现场工作人员的合理操作，整个系统借助于无线网络，及时准确的记录和保存了压力容器筒体纵缝焊接过程中预热、层间及后热的温度信息和时间信息；然而，上述技术中，温度的监控主要通过测温，监控数据来源单一，一旦测温探头出现故障，监控就完全失效，而且测温探头直接置于筒体上，受热容易损坏，因此，本发明提出用于压力容器筒体纵缝焊接的温度监控系统以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提出用于压力容器筒体纵缝焊接的温度监控系统，该用于压力容器筒体纵缝焊接的温度监控系统监控数据来源多样化，综合直接测量和影像分析，监控结论更准确，在单一数据来源出现故障时，不会造成整体监控失效。
5.为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：用于压力容器筒体纵缝焊接的温度监控系统，包括采集硬件、测温中心和控制系统，所述采集硬件包括红外测温探头和ccd相机阵列，所述测温中心包括cpu处理模块、显示器、信号采集模块、模型对比模块和云端数据库；
6.所述红外测温探头用于远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，并将信号通过导线传输给信号采集模块，所述ccd相机阵列用于拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，并将数据通过导线传输给信号采集模块，所述云端数据库储存有筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时，随温度变化的标准影像数据，所述cpu处理模块用于对信号采集模块采集的数据分析处理，所述模型对比模块用于将分析处理后的影像数据建模成筒体
模型显示在显示器上，并提取当前阶段影像数据纵缝区域处的像素特征、纹理特征，同步提取云端数据库中相应阶段标准影像数据的像素特征、纹理特征，以此对比，确定加热温度以及加热范围，结合红外测温探头测量的数据，综合获取监控结论。
7.进一步改进在于：筒体纵缝焊接过程中三阶段温度包括：预热温度、层间温度以及后热温度。
8.进一步改进在于：所述红外测温探头和ccd相机阵列均位于待焊接筒体的上方，且红外测温探头和ccd相机阵列的测量端朝向筒体纵缝处，不与筒体接触。
9.进一步改进在于：所述cpu处理模块包括信号转换模块和影像处理模块，所述信号转换模块用于对红外测温探头测量的信号进行计算，转换为所测筒体的温度数据，并显示在显示器上，同步标记时间，提供查询功能。
10.进一步改进在于：所述影像处理模块用于对ccd相机阵列拍摄的影像数据进行降噪处理，并利用卷积运算调节分辨率，显示在显示器上，同步标记时间，提供查询功能。
11.进一步改进在于：所述信号采集模块采用双导线分别与红外测温探头和ccd相机阵列，分流对数据进行采集。
12.进一步改进在于：所述模型对比模块包括建模模块、特征提取模块、对比模块，所述建模模块基于影像处理模块处理后的的影像数据，利用bim应用构建3d动态模型，所述特征提取模块利用hog特征提取算法提取当前阶段筒体纵缝处的影像颜色特征，利用滤波和密度分析流程提取前阶段筒体纵缝处的影像的纹理特征，再直接提取加热范围数据，综合作为阶段矢量数据，并在3d动态模型的纵缝焊接处显示当前阶段的光谱影像，以此作为加热范围的显示，且特征提取模块同步提取云端数据库中相应阶段标准温度、以及低于标准温度、高于标准温度的影像数据的颜色特征和纹理特征，以及范围数据，作为矢量对比数据。
13.进一步改进在于：所述对比模块用于对比阶段矢量数据和矢量对比数据，判断该阶段的纵缝处加热温度是否符合标准温度、判断大于或者小于标准温度、判断加热范围是否符合标准，所述对比模块还包括结论输出模块，且结论输出模块同步红外测温探头探测的当前阶段温度数值，综合判断结论，输出监控总结论，显示在显示器上。
14.进一步改进在于：所述云端数据库接入互联网，搜索网络中筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时，随温度变化的标准影像数据，且云端数据库提供个人上传空间，用于上传个人实际操作中，所采集的筒体纵缝焊接过程中三阶段加热的标准影像数据。
15.进一步改进在于：所述控制系统包括报警模块和开关控制器，所述控制系统接入模型对比模块，所述报警模块用于在监控结论出现异常时，通过显示器发出报警提示，所述开关控制器用于在监控结论出现异常时，操控加热机、焊接停止运行。
16.本发明的有益效果为：
17.1、本发明红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，拍摄三阶段加热时的影像数据，并具备三阶段加热的标准影像数据库，通过提取影像数据纵缝区域处的像素特征、纹理特征，与相应阶段标准影像的特征对比，来确定加热温度以及加热范围，结合红外测量的数据，使得监控数据来源多样化，综合直接测量和影像分析，监控结论更准确，在单一数据来源出现故障时，不会造成整体监控失效。
18.2、本发明红外测温探头远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，ccd相机
阵列悬空拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，不和筒体直接接触，不受热，不容易损坏。
19.3、本发明构建3d动态模型，显示当前阶段的光谱影像，以此作为加热范围的显示，便于管理人员直观了解加热范围，后续与云端数据库标准范围对比，判断加热范围是否符合标准，监控数据多样化。
附图说明
20.图1为本发明的组成图；
21.图2为本发明的采集硬件示意图。
具体实施方式
22.为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
23.实施例一
24.根据图1、2所示，本实施例提出了用于压力容器筒体纵缝焊接的温度监控系统，包括采集硬件、测温中心和控制系统，所述采集硬件包括红外测温探头和ccd相机阵列，所述测温中心包括cpu处理模块、显示器、信号采集模块、模型对比模块和云端数据库；
25.所述红外测温探头用于远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，并将信号通过导线传输给信号采集模块，所述ccd相机阵列用于拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，并将数据通过导线传输给信号采集模块，所述云端数据库储存有筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时，随温度变化的标准影像数据，所述cpu处理模块用于对信号采集模块采集的数据分析处理，所述模型对比模块用于将分析处理后的影像数据建模成筒体模型显示在显示器上，并提取当前阶段影像数据纵缝区域处的像素特征、纹理特征，同步提取云端数据库中相应阶段标准影像数据的像素特征、纹理特征，以此对比，确定加热温度以及加热范围，结合红外测温探头测量的数据，综合获取监控结论。本发明通过红外测温探头远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，通过ccd相机阵列拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，通过云端数据库储存筒体纵缝焊接过程中三阶段加热的标准影像数据，通过模型对比模块提取影像数据纵缝区域处的像素特征、纹理特征，并同步提取云端数据库中相应阶段标准影像数据的像素特征、纹理特征，以此对比，便于确定加热温度以及加热范围，结合红外测温探头测量的数据，使得监控数据来源多样化，综合直接测量和影像分析，监控结论更准确，且单一数据来源出现故障时，不会造成整体监控失效。且本发明的红外测温探头远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，ccd相机阵列悬空拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，不和筒体直接接触，不受热，不容易损坏。
26.筒体纵缝焊接过程中三阶段温度包括：预热温度、层间温度以及后热温度。
27.所述红外测温探头和ccd相机阵列均位于待焊接筒体的上方，且红外测温探头和ccd相机阵列的测量端朝向筒体纵缝处，不与筒体接触。
28.所述cpu处理模块包括信号转换模块和影像处理模块，所述信号转换模块用于对红外测温探头测量的信号进行计算，转换为所测筒体的温度数据，并显示在显示器上，同步标记时间，提供查询功能。
29.所述影像处理模块用于对ccd相机阵列拍摄的影像数据进行降噪处理，并利用卷积运算调节分辨率，显示在显示器上，同步标记时间，提供查询功能。降噪具体为：采用双边滤波的方法，以目标像素周围3
×
3的邻域为例，将3
×
3邻域中九个像素灰度值的平均值作为目标像素的灰度值，接着将上述平均值改为高斯加权平均值，邻域中离目标像素越远的像素灰度值权重越小，生成一个高斯模板，然后在权重设计中进一步减去像素灰度梯度的影响，以此获得降噪后的影像；调节分辨率具体为：利用拉普拉斯算子进行图像增强，利用图像的二次微分对图像进行蜕化，利用二次微分对图像进行蜕化即利用邻域像素提高对比度；接着通过超分算法srcnn，基于卷积神经网络，以原始视频影像为输入，用上采样算法将分辨率提升到设定值，经过卷积运算，增强图像的分辨率。
30.所述信号采集模块采用双导线分别与红外测温探头和ccd相机阵列，分流对数据进行采集。
31.所述模型对比模块包括建模模块、特征提取模块、对比模块，所述建模模块基于影像处理模块处理后的的影像数据，利用bim应用构建3d动态模型，具体为：采用revit软件进行建模处理，首先设置标高和轴网，然后将影像数据导入，实现任意的缩放，多角度查看以及动态调整功能；
32.所述特征提取模块利用hog特征提取算法提取当前阶段筒体纵缝处的影像颜色特征，利用滤波和密度分析流程提取前阶段筒体纵缝处的影像的纹理特征，再直接提取加热范围数据，综合作为阶段矢量数据，并在3d动态模型的纵缝焊接处显示当前阶段的光谱影像，以此作为加热范围的显示，且特征提取模块同步提取云端数据库中相应阶段标准温度、以及低于标准温度、高于标准温度的影像数据的颜色特征和纹理特征，以及范围数据，作为矢量对比数据。本发明基于影像数据，利用bim应用构建3d动态模型，利用特征提取模块，提取加热范围数据，并在3d动态模型的纵缝焊接处显示当前阶段的光谱影像，以此作为加热范围的显示，便于管理人员直观了解加热范围。其中，利用hog特征提取算法，将一个要检测的目标灰度化(将图像看做一个x,y,z(灰度)的三维图像)；采用gamma校正法对输入图像进行颜色空间的标准化，调节图像的对比度，降低图像局部的阴影和光照变化所造成的影响，接着计算图像每个像素的梯度(包括大小和方向)；捕获轮廓信息，进一步弱化光照的干扰；将图像划分成小cells(例如6*6像素/cell)；统计每个cell的梯度直方图(不同梯度的个数)，即可形成每个cell的descriptor；将每几个cell组成一个block(例如3*3个cell/block)，一个block内所有cell的特征descriptor串联起来便得到该block的hog特征descriptor；将目标内的所有block的hog特征descriptor串联起来就可以得到该目标的hog特征descriptor，即为特征向量，以此获得颜色特征；接着，对图像进行滤波，并将其滤波提取的纹理结果置于arcgis进行密度分析，确定图像的纹理粗糙度，对图像进行光谱二阶导数的求取，在envi idl中编写二阶导数运算算法，增强图像的特征值，二阶导数的算法为：deriv(deriv(reform(float(slice[*,s])))，s代表光谱spectral，在envi idl中输入二阶导数公式y"＝d2 y/dx2，并编程完成对图像的二阶导数计算，然后使用overlay的逻辑分析方法，将图像的特征值转换为栅格数据，确定纹理特征。
[0033]
所述对比模块用于对比阶段矢量数据和矢量对比数据，判断该阶段的纵缝处加热温度是否符合标准温度、判断大于或者小于标准温度、判断加热范围是否符合标准，监控数据多样化，所述对比模块还包括结论输出模块，且结论输出模块同步红外测温探头探测的
当前阶段温度数值，综合判断结论，输出监控总结论，显示在显示器上。
[0034]
所述云端数据库接入互联网，搜索网络中筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时，随温度变化的标准影像数据，且云端数据库提供个人上传空间，用于上传个人实际操作中，所采集的筒体纵缝焊接过程中三阶段加热的标准影像数据。数据来源多样化，提供个人更新的功能，使得数据具备代表性。
[0035]
实施例二
[0036]
根据图1、2所示，本实施例提出了用于压力容器筒体纵缝焊接的温度监控系统，包括采集硬件、测温中心和控制系统，所述采集硬件包括红外测温探头和ccd相机阵列，所述测温中心包括cpu处理模块、显示器、信号采集模块、模型对比模块和云端数据库；
[0037]
所述红外测温探头用于远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，并将信号通过导线传输给信号采集模块，所述ccd相机阵列用于拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，并将数据通过导线传输给信号采集模块，所述云端数据库储存有筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时，随温度变化的标准影像数据，所述cpu处理模块用于对信号采集模块采集的数据分析处理，所述模型对比模块用于将分析处理后的影像数据建模成筒体模型显示在显示器上，并提取当前阶段影像数据纵缝区域处的像素特征、纹理特征，同步提取云端数据库中相应阶段标准影像数据的像素特征、纹理特征，以此对比，确定加热温度以及加热范围，结合红外测温探头测量的数据，综合获取监控结论。本发明通过红外测温探头远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，通过ccd相机阵列拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，通过云端数据库储存筒体纵缝焊接过程中三阶段加热的标准影像数据，通过模型对比模块提取影像数据纵缝区域处的像素特征、纹理特征，并同步提取云端数据库中相应阶段标准影像数据的像素特征、纹理特征，以此对比，便于确定加热温度以及加热范围，结合红外测温探头测量的数据，使得监控数据来源多样化，综合直接测量和影像分析，监控结论更准确，且单一数据来源出现故障时，不会造成整体监控失效。且本发明的红外测温探头远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，ccd相机阵列悬空拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，不和筒体直接接触，不受热，不容易损坏。
[0038]
筒体纵缝焊接过程中三阶段温度包括：预热温度、层间温度以及后热温度。
[0039]
所述控制系统包括报警模块和开关控制器，所述控制系统接入模型对比模块，所述报警模块用于在监控结论出现异常时，通过显示器发出报警提示，所述开关控制器用于在监控结论出现异常时，操控加热机、焊接停止运行。有利于根据监控的结论自动化报警和操控加热机、焊接停止启停，保证纵缝焊接过程的标准稳定性，提高纵缝焊接质量。
[0040]
本发明通过红外测温探头远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，通过ccd相机阵列拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，通过云端数据库储存筒体纵缝焊接过程中三阶段加热的标准影像数据，通过模型对比模块提取影像数据纵缝区域处的像素特征、纹理特征，并同步提取云端数据库中相应阶段标准影像数据的像素特征、纹理特征，以此对比，便于确定加热温度以及加热范围，结合红外测温探头测量的数据，使得监控数据来源多样化，综合直接测量和影像分析，监控结论更准确，且单一数据来源出现故障时，不会造成整体监控失效。且本发明的红外测温探头远程红外测量筒体纵缝焊接过程中三阶段温度，ccd相机阵列悬空拍摄筒体纵缝焊接过程中三阶段加热时的影像数据，不和筒体直接接触，不受热，不容易损坏。同时，本发明基于影像数据，利用bim应用构建3d动态
模型，利用特征提取模块，提取加热范围数据，并在3d动态模型的纵缝焊接处显示当前阶段的光谱影像，以此作为加热范围的显示，便于管理人员直观了解加热范围，后续与云端数据库标准范围对比，判断加热范围是否符合标准，监控数据多样化。
[0041]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。