CN107423510B - 相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用 - Google Patents

相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用，垂直于存在装夹旋转偏差的相贯管道的焊缝方向上进行测距扫描，对测距波形进行分析，得到实际焊缝点坐标；根据理论相贯线的方程求出理论相贯线在该处的理论坐标；基于实际焊缝点坐标和理论坐标，计算两点的支管旋转偏差角，实现偏差量化。能够对非理想模型的相贯钢管形成的相贯线进行偏差量化与补偿，从而实现非理想相贯钢管的自动化、精确化焊接，提高了焊接效率。

Description

相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用
技术领域
本发明涉及相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用。
背景技术
相贯线是两个圆柱面的公共交线，它是一条正规的(等径相贯时为逐段正规)、简单的空间闭合曲线。两管相贯管道可以分为相贯线的主管和相贯线的支管。给定一组相贯管道，根据所有相贯线是否依附与同一根公共管道，多管相贯又可分为共管相贯和非共管相贯，若公共管道是所有相贯线的主管，则称为两管相贯。
多管相贯都可以拆分为多组两管相贯的形式，每组相贯管道生成的相贯线的描述相对于固定的工件坐标系的坐标都是不同的，该坐标称为支管坐标。支管坐标包括支管偏距Y与支管旋转角。
相贯管道广泛应用于各种气液体的输送管道、集散设备中，尤其是两管相贯，是相贯中最常见的相贯形式。关于相贯线的理论研究已经比较成熟，但是在实际生产应用中，钢管的直线度与圆度差异比较大，此时如果直接按照理论相贯线焊接，很难保证焊接的精度和可靠性。
将实际焊缝与根据理想模型构建的焊缝之间的偏差称为焊缝偏差。焊缝偏差源是多方面的，主要包括钢管的直线度、装夹偏差带来的支管坐标偏差等。一般来说各项偏差对相贯线位姿的影响是相互耦合的，为了获得实际焊缝的准确信息，必须结合焊缝寻位的焊缝点信息对焊缝偏差进行量化与补偿。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种相贯管道支管旋转偏差量化方法及应用，本发明结合测距设备对实际相贯线焊缝进行扫描，通过对测距设备的波形进行识别，得到实际焊缝点，进而计算得到两管相贯管道支管旋转偏差，能够有效的减小偏差对焊接精度的影响，从而提高焊接效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种相贯管道支管旋转偏差量化方法，包括以下步骤：
(1)垂直于存在装夹旋转偏差的相贯管道的焊缝方向上进行测距扫描，对测距波形进行分析，得到实际焊缝点坐标；
(2)根据理论相贯线的方程求出理论相贯线在该处的理论坐标；
(3)基于实际焊缝点坐标和理论坐标，计算两点的支管旋转偏差角，实现偏差量化。
所述步骤(1)中，在支管圆周角处位置利用测距设备在垂直于焊缝方向上平移进行扫描。
所述步骤(1)中，利用自动移动的机械臂夹持测距装置沿同一方向平稳移动。
所述步骤(1)中，在测距设备波形的极大值处记录下焊缝点坐标。
所述步骤(2)中，根据两管相贯管道相贯线的特性，得相贯线关于支管圆周角θ的参数方程
Figure BDA0001361495520000031
将
Figure BDA0001361495520000032
代入到上述方程中，得到了理论相贯线在该处的理论坐标P1。其中ro为支管外半径，Ro为主管外半径，e为支管偏距。
所述步骤(3)中，根据通过焊缝扫描获得的实际焊缝点的坐标P2，与该处理论相贯线焊缝点坐标，根据公式
Figure BDA0001361495520000033
计算可得对应的支管旋转角，二者的偏差即为支管旋转偏差。其中P1z、P1x为点P1的Z坐标和X坐标，P2z、P2x为点P2的Z坐标和X坐标。
所述步骤(1)和步骤(2)的顺序可以互换。
应用上述方法的焊接方法，还包括：根据得到的支管旋转偏差角，对焊缝偏差进行补偿。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
结合焊缝寻位的焊缝点信息，本发明能够对非理想模型的相贯钢管形成的相贯线进行偏差量化与补偿，从而实现非理想相贯钢管的自动化、精确化焊接，提高了焊接效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为理论相贯线焊缝点与实际焊缝点相对位置示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在难以获得实际焊缝的准确信息的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种相贯管道支管旋转偏差量化方法。
作为本发明的一种典型实施例，图1中，本发明的偏差量化方法为：
第一步：假设一组两管相贯管道(Do＝220,ro＝140,e＝0,α＝90°)，支管存在装夹旋转偏差，Do为主管外径，ro为支管外径，e为支管偏距，α为主支管的交叉角。
第二步：结合示意图，在图示位置利用机器人或者特殊设备夹持测距设备在垂直于焊缝方向上进行扫描，对测距设备波形进行分析，从而在机器人或者设备上得到实际焊缝点的坐标P2；
第三步：根据理论相贯线的方程求出理论相贯线在该处的理论坐标P1；
第四步：计算两点的支管旋转偏差角Δβ。
所述第二步中，结合示意图1，在支管圆周角处位置利用机器人或者特殊设备夹持测距设备在垂直于焊缝方向上进行扫描。由图可以看出，在测距设备扫描过程中，测距设备到实际焊缝点的距离最大，因此在测距设备波形的极大值处记录下焊缝点坐标P2，此坐标可从机器人或者专用设备上获得。
所述第三步中，根据两管相贯管道相贯线的特性，可得相贯线关于支管圆周角θ的参数方程
Figure BDA0001361495520000051
将代入到上述方程中，得到了理论相贯线在该处的理论坐标P1。
所述第四步中，根据通过焊缝扫描获得的实际焊缝点的坐标P2，与该处理论相贯线焊缝点坐标，根据公式
Figure BDA0001361495520000053
计算可得对应的支管旋转角，二者的偏差即为支管旋转偏差Δβ。
Δβ＝β2-β1
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种相贯管道支管旋转偏差量化方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)垂直于存在装夹旋转偏差的相贯管道的焊缝方向上进行测距扫描，对测距设备波形进行分析，得到实际焊缝点坐标P2；
(2)根据理论相贯线的方程求出理论相贯线在该处的理论坐标P1；
(3)基于实际焊缝点坐标和理论坐标，计算两点的支管旋转偏差角，实现偏差量化；
步骤(1)中，在支管圆周角
Figure FDA0002283077860000011
处位置利用测距设备在垂直于焊缝方向上平移进行扫描；
在测距设备扫描过程中，测距设备到实际焊缝点的距离最大时，在测距设备波形的极大值处记录下此时的实际焊缝点坐标P2；
步骤(3)中，根据通过焊缝扫描获得的实际焊缝点的坐标P2，与该处理论相贯线焊缝点理论坐标P1，根据公式
Figure FDA0002283077860000012
计算可得对应的支管旋转角，二者的偏差即为支管旋转偏差，其中P1z、P1x为点P1的Z坐标和X坐标，P2z、P2x为点P2的Z坐标和X坐标；
根据得到的支管旋转偏差角，对焊缝偏差进行补偿。
2.如权利要求1所述的一种相贯管道支管旋转偏差量化方法，其特征是：步骤(1)中，利用自动移动的机械臂夹持测距设备沿同一方向平稳移动。
3.如权利要求1所述的一种相贯管道支管旋转偏差量化方法，其特征是：步骤(2)中，根据两管相贯管道相贯线的特性，得理论相贯线关于支管圆周角θ的参数方程
Figure FDA0002283077860000021
将
Figure FDA0002283077860000022
代入到上述方程中，得到了理论相贯线在该处的理论坐标P1，其中ro为支管外半径，Ro为主管外半径，e为支管偏距，α为主支管的交叉角。
4.如权利要求1所述的一种相贯管道支管旋转偏差量化方法，其特征是：步骤(1)和步骤(2)的顺序可以互换。
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