CN105312731A - 基于递送边位移传感的螺旋钢管内焊焊缝自动跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及视觉传感图像识别技术、位移传感技术、焊接过程质量实时传感及控制技术，特别涉及基于递送边位移传感的螺旋钢管内焊焊缝自动跟踪方法。针对于螺旋钢管内焊，受其钢管内部工作的辊粱、焊剂管、焊枪及焊枪电缆等构件影响，尤其管径较小时，钢管内部剩余的有效空间安装检测焊缝的传感器几乎不可能。本发明采用位移传感器，检测靠近合缝处带钢递送边边沿位置及位移，彻底解决受小管径管体内部空间限制的焊缝自动跟踪难以检测的问题，经过信号处理及运算，通过智能仪表、计算机等进行处理将焊缝偏差方向及偏差量送入驱动器，控制电动滑移台带动内焊焊枪进行位置调整，实现焊枪的精准定位，实现螺旋钢管内焊焊缝的自动跟踪。

Description

基于递送边位移传感的螺旋钢管内焊焊缝自动跟踪方法

技术领域

本专利涉及视觉传感图像识别技术、位移传感技术、焊接过程质量实时传感及控制技术，特别涉及基于递送边位移传感的螺旋钢管内焊焊缝自动跟踪方法。

背景技术

在焊接过程中实现焊缝自动跟踪对保证焊接质量，提高焊接自动化水平有着极其重要的实际意义，焊缝自动跟踪技术的关键是焊缝位置的传感方法，目前国内外广泛应用的是激光视觉传感器，通过采集焊缝的变形激光条纹图像，计算获得焊缝位置、坡口宽度、坡口深度、焊枪高度、错边量、开缝量等焊缝特征信息，实现焊缝自动跟踪、焊枪高度自动控制及焊缝特征参数的监测。

然而，针对于螺旋钢管内焊，受其钢管内部工作的辊粱、焊剂管、焊枪机械机构及焊枪电缆等部分构件影响，尤其是管径较小（管径小于700mm）时，钢管内部剩余的有效空间使得安装检测焊缝的传感器几乎不可能，此外，如果采用螺旋钢管内焊外检法检测焊缝位置，通过位移传感器实现内部焊枪与外部焊缝传感器异步移动的方法，焊缝自动跟踪实时性、精度、可靠性、同步性均很差。因此，多年来在小管径螺旋钢管内焊焊缝检测方法及自动跟踪的实现方面一直困扰业界研究及生产人员，目前，国内螺旋钢管埋弧焊内焊实现焊缝跟踪几乎全部采用人工手动操作完成，受操作人的责任心、工作能力等影响较大，而且人工操作很难做到精准的微细调整，生产中通常造成焊缝拐急弯，不美观而且给后续的防腐工作带来很多不利影响，甚至造成焊缝的未熔合、未焊透等缺陷，要进行返修，浪费大量的人力、财力。实际生产迫切需要一种高效、可靠的传感方法检测螺旋钢管内焊焊缝位置或者位移变化情况，从而实现螺旋钢管埋弧焊内焊焊缝自动跟踪，提高焊接自动化程度、焊接质量、焊接速度，达到高效节能、增产增效。

在螺旋钢管内焊的焊接生产中，为了调节管径大小及合缝的间隙，通常以焊接点为轴摆动钢管即摆桥来实现，如图1、图2所示，从图中可以看出，在摆桥时，由于以焊接点为轴心所以基本不会造成焊缝偏差。焊缝偏差主要是由于带钢存在变形如“月牙弯”造成的，如图3、图4所示，当带钢左右移动时，焊缝将会产生偏差，带钢移动与焊缝偏差具有较好的线性关系，如果采用合适的传感器，实时监测带钢串动，控制焊枪及时做出偏差修正，确保焊接电极实时跟踪焊缝，从而实现螺旋钢管内焊的焊缝自动跟踪。如果采用传感器置于钢管外部检测带钢串动方法，将彻底解决受小管径管体内部空间限制的焊缝自动跟踪难以检测的问题。

发明内容

本专利内容采用接触或非接触位移传感器，检测靠近合缝前、后、包括传感器置于钢管内、外的带钢递送边边沿位置及位移，可以在垂直于递送边板端面方向进行检测，如图5递送边正面机械接触式传感、图6递送边正面激光位移传感、图7递送边正面激光条纹视觉传感；可以在垂直于递送边钢板板面方向，如图8递送边侧面机械接触式位移传感、图9递送边侧面激光条纹视觉传感。位移传感器将位移转变成电信号，经过信号处理及运算，通过智能仪表、计算机等进行处理将焊缝偏差方向及偏差量送入驱动器，控制电动滑移台带动内焊焊枪进行位置调整，实现焊枪的精准定位，实现螺旋钢管内焊焊缝的自动跟踪。同时，还可以进行焊缝偏差、焊缝特征参数、工作状态等等的数据显示及存储。

本专利特点（1）检测靠近预合缝前、后、包括传感器置于钢管内、外的位置的递送边边沿位移，由于传感器可以置于钢管外部，不受管径限制，彻底解决小管径管体内部空间的限制问题，具有很好的适用于各种管径螺旋钢管内焊焊缝位置检测的通用性（2）传感器可以是机械接触式位移传感器、激光位移式传感器、激光条纹视觉传感器等等，可选择范围宽。（3）传感器固定于焊枪，与焊枪同步移动，焊缝检测实时、同步性好、检测控制精度均很高。（4）由于检测递送边边沿位移，因此，检测不受焊缝是否有坡口、焊缝间隙大小等因素的影响。

附图说明

图1摆桥3°对焊缝偏差影响效果示意图。

图2摆桥-3°对焊缝偏差影响效果示意图。

图3带钢串动2mm对焊缝偏差影响效果示意图。

图4带钢串动-2mm对焊缝偏差影响效果示意图。

图5递送边正面机械接触式传感焊缝自动跟踪原理示意图。

图6递送边正面激光位移传感焊缝自动跟踪原理示意图。

图7递送边正面激光条纹视觉传感焊缝自动跟踪原理示意图。

图8递送边侧面机械接触式位移传感焊缝自动跟踪原理示意图。

图9递送边侧面激光条纹视觉传感焊缝自动跟踪原理示意图。

具体实施方式

传感器固定在焊枪上，与焊枪同步移动，传感器的姿态可以通过多自由度固定机构进行调节，根据传感器安装方向可以分为以下几种情况，目的均为检测预合缝附近递送边边沿位移或位置。

（1）传感器传感方向垂直带钢递送边端面模式。图5所示为机械接触式位移传感，位移传感器探头端滚轮与递送边钢板端面紧密接触，实时检测带钢在钢管轴线方向的串动，并将位移信号转变为电信号送入信号处理器，再通过处理器计算出位移方向及位移量；

图6所示为激光位移传感器传感，激光位移传感器通过照射于递送边端面的点状光斑在内部线阵光电耦合器的投影位置，感知递送边端面和传感器之间的距离及其变化。当带钢串动时，激光点状光斑在传感器中的线阵光电耦合器中投影位置也将会等比例变化，传感器输出信号通过计算机运算处理可以计算出递送边位移方向及位移量；图7所示为激光条纹视觉传感，激光位移传感器通过照射于递送边端面的线状光斑在内部面阵光电耦合器的投影位置，感知递送边端面和传感器之间的距离及其变化。当带钢串动时，激光线状光斑在传感器中的面阵光电耦合器中投影位置也将会等比例变化，传感器输出信号通过计算机图像处理可以计算出递送边位移方向及位移量；

（2）传感器传感方向垂直带钢表面模式。图8所示为采用机械接触式位移传感，位移传感器探头端滚轮与递送边钢板端面紧密接触，实时检测带钢在钢管轴线方向的串动，并将位移信号转变为电信号送入信号处理器，再通过处理器计算出位移方向及位移量；图9所示为采用激光条纹视觉传感，传感器中激光管通过柱面镜发出条形激光，照射在钢板板面上形成条状光斑，条状光斑在递送边边沿处被折断，当带钢串动时，激光条纹递送边处的特征在传感器中的摄像机中面阵光电耦合器上投影位置也将会等比例变化，通过计算机图像处理可以计算出递送边位移方向及位移量。

上述几种传感模式计算出递送边位置、位移方向及位移量，通过采用如单片微型计算机、智能控制仪表、可编程序逻辑控制器（PLC）、计算机等的核心部件进行运算处理，将焊缝偏差方向及偏差量信号输出至步进电动机或伺服电动机驱动器，通过步进电动机或伺服电动机拖动电动平移台移动，从而移动焊枪实现焊接电极实时对准焊缝，实现焊缝自动跟踪。根据使用需求，可以通过人机界面或者显示元件进行参数设定及显示。

Claims (3)

1.采用接触或非接触传感器检测螺旋钢管内焊预合缝前、后、包括传感器置于钢管内、外的递送边边沿位移或位置，实现螺旋钢管内焊焊缝位置检测或焊缝自动跟踪的方法。

2.采用机械接触式位移传感器、激光位移传感器、激光条纹视觉传感器等检测螺旋钢管内焊预合缝前、后、包括传感器置于钢管内、外的递送边边沿位移或位置，实现螺旋钢管内焊焊缝位置检测或焊缝自动跟踪的方法。

3.传感器安装方式包括任意方向的检测螺旋钢管内焊预合缝前、后、包括传感器置于钢管内、外的递送边边沿位移或位置，实现螺旋钢管内焊焊缝位置检测或焊缝自动跟踪的方法。