CN107813085A - 一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节*** - Google Patents

一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***，用于锅炉制造过程中锅筒与对流管焊接存在偏差时，自适应调节焊枪旋转轴倾角以满足管管焊接的技术要求。该***首先利用基于ELSA传感器进行对流管位置及轮廓识别，运用ELSA算法对对流管的横截面图像信息进行图像边缘检测，得到ELSA传感器采集的管管焊接中对流管的横截面图像的中心点O；运动控制器利用获取的O点坐标控制焊接小车和滑架的伸出长度；焊枪旋转轴倾角自适应调节机构利用弹簧增加机构调节的自由度，使焊枪旋转轴与对流管的中心轴重合；导电螺线管的通电与断电、滑架的伸长与收缩控制整个焊接过程中焊枪旋转轴倾角的自适应调节精度。

Description

一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***
技术领域
本发明主要涉及自动化焊接领域，具体涉及一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***。
背景技术
目前，在工程机械、海工装备、轨道车辆、锅炉行业等大型机械制造行业中，手工焊接已逐渐退出生产线，自动化焊接机器人、自动化焊接专机以及智能化焊接已经成为焊接技术的发展趋势。而在锅炉行业焊接生产过程中，仍存在大量的手工焊接现象，主要是因为锅筒直径比较小，锅炉中对流管、换热管等管道很多，在目前的工装条件下，管道的装配精度还不够高，对流管装配过程中无法沿锅筒的半径进行准确装配，一般会出现5°以内的安装误差，因此锅炉的焊接生产过程中对自动化焊接专机的体积和灵活性提出了很高的要求。
为了在焊接过程中能够让焊接专机识别锅炉中对流管、换热管等管道的位置并能够判断出管道的中心，多传感器技术得到了发展和应用。在锅炉行业的焊接生产过程中，主要是采用视觉传感器识别管道的形状，再利用复杂的图像处理算法进行管道中心位置的判断，传感器技术与复杂算法的融合使得机械设备更加智能化，同时也使得焊接专机的体积更小；辅以更加柔性化的焊枪旋转轴倾角自适应调节***，使得焊接专机更加灵活。
发明内容
为了解决现有的焊枪旋转轴倾角调节***控制复杂，自由度数量不够，功能单一等方面存在的各种问题，更好的推动小体积、多自由度自动化焊接专机的发展，针对目前十分复杂的管管焊接中管道位置难以确定，焊枪旋转轴与管道轴线难以重合，焊接工人劳动强度大等各种问题，本发明提出了一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***。本发明主要解决了现有的焊枪旋转轴倾角调节***控制复杂，自由度数量不够，功能单一等设备问题，同时也解决了焊接工人劳动强度大的问题，也为企业提高了生产效率。一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***包括ELSA传感器、焊枪旋转轴倾角自适应调节机构及运动控制器；该管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***利用ELSA传感器采集管管焊接中对流管的横截面图像并得到截面形状的中心点；焊枪旋转轴倾角自适应调节机构通过读取对流管的横截面图像的中心点信息确定焊缝位置并通过焊枪旋转轴倾角自适应调节机构末端定位杆调节焊枪旋转轴的倾角。
本发明所述的一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***，发明了一种ELSA传感器，其特征是：该ELSA传感器主要基于视觉传感器与ELSA算法；视觉传感器用于采集管管焊接中对流管的横截面图像，ELSA算法对对流管的横截面图像信息进行图像分割，将截面形状长轴与短轴的交点作为对流管横截面的中心点。该传感器的工作方式：在焊接生产之前在存储器中输入该锅筒直径，通过视觉传感器拍摄并记录对流管的形状坐标信息，ELSA算法智能计算管管相交相贯线的形状信息，并对该马鞍形相贯线进行图像分割，计算相交截面的中心点，并记录其位置坐标。
根据权利要求2所述的一种ELSA传感器，发明了一种ELSA算法，其特征是：该算法利用图像梯度性质，在ELSA传感器采集管管焊接中对流管的横截面图像的(x,y)位置处寻找边缘的强度和方向，建立强度变化的梯度向量，分别在横向位置和纵向位置检测梯度向量变化率最大的(x，y)坐标值，分别连接横向位置和纵向位置两个梯度向量变化率最大的两个点，连线交点坐标为ELSA传感器采集管管焊接中对流管的横截面图像的中心位置坐标。
本发明所述的一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***，发明了一种焊枪旋转轴倾角自适应调节机构，其特征是：该焊枪旋转轴倾角自适应调节机构包括转轴、滑架、导电螺线管、支撑工件、定位杆、弹簧等部件；转轴、滑架分别用来调整焊枪旋转轴倾角自适应调节机构的旋转角度和伸出的长度；通过控制导电螺线管是否通电以及电流大小来调节导电螺线管的磁性大小；支撑工件用来提供焊接机械手臂旋转过程中所需的刚度；定位杆用来确定焊枪旋转轴的倾角；弹簧用来提供焊枪旋转轴倾角自适应调节过程中所需的自由度。
附图说明
图1是本发明一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***的机械结构图
其中：1-焊接导轨；2-焊接小车；3-伺服转盘；4-90°转臂；5-ELSA传感器；6-滑架；7-支撑工件；8-弹簧；9-焊***架；10-定位杆；11-焊枪；12-对流管；13-支撑筒；14-锅筒；15-导电螺线管
图2：ELSA传感器识别A、B、C、D点的位置
图3：焊接工作之前焊枪旋转轴倾角自适应调节***示意图
图4：焊接工作中焊枪旋转轴倾角自适应调节***示意图
图5：焊接完成后焊枪旋转轴倾角自适应调节***示意图
具体实施方式
为了更好的表达整个发明的技术方案与有益效果，下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。但是，本发明的实施方式不限于此。
实施例1，本发明基于一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***，发明了一种ELSA传感器，该ELSA传感器基于视觉传感器和ELSA算法。该算法主要依据图像梯度及其性质。为了在视觉传感器采集的管管焊接中对流管的横截面图像中(x,y)位置处寻找边缘的强度和方向，使用图像梯度进行边缘识别，梯度用表示，并用向量来定义：
该向量可以指出图像在位置(x,y)处的最大梯度变化率。为了得每个像素位置的梯度值，要求在图像每个像素位置计算偏导数和利用grad函数得到梯度值变化率最大的点的坐标，分别将x和y最大的四个点筛选出来，如图2所示，沿着锅筒的轴线方向得到A、B两点，沿着锅筒的径向方向得到C、D两点，分别连接AB和CD，可得到交点O，通过简单的线性计算可以得到O点的坐标值(x,y)。
实施例2，本发明基于一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***，该***的机械结构图如图1所示:该结构包括1-焊接导轨；2-焊接小车；3-伺服转盘；4-90°转臂；5-ELSA传感器；6-滑架；7-支撑工件；8-弹簧；9-焊***架；10-定位杆；11-焊枪；12-对流管；13-支撑筒；14-锅筒；15-导电螺线管，其中3-11以及13、15号零部件为焊枪旋转轴倾角自适应调节***的主要部件。在焊接开始之前，***自动将小车的行进路线规定为z轴，在行进过程记录小车的z向坐标；将z坐标的数值与实施例1中的ELSA传感器得到O点的(x,y)坐标相结合，得到O点的三维坐标值(x,y,z)；运动控制器通过获取的坐标信息自动控制焊接小车以及滑架的运动。
实施例3，本发明基于一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***，该***的机械结构图如图1所示:该结构包括1-焊接导轨；2-焊接小车；3-伺服转盘；4-90°转臂；5-ELSA传感器；6-滑架；7-支撑工件；8-弹簧；9-焊***架；10-定位杆；11-焊枪；12-对流管；13-支撑筒；14-锅筒；15-导电螺线管，其中3-11以及13、15号零部件为焊枪旋转轴倾角自适应调节***的主要部件。在对流管安装过程由于会出现一定的角度误差，增加焊接的难度，在本发明中焊枪旋转轴倾角自适应调节机构可解决此类问题。一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***的工作流程如下：
步骤1：在焊接之前，如图1和图3所示，15-导电螺线管是断电状态，支撑工件伸入13-支撑筒中，能够提供4-90°转臂转动时需要的刚度，保证焊枪所在的部分不会随着转臂的转动出现晃动。
步骤2：在焊接过程中：如图1和图4所示，定位杆刚进入对流管中，此时15-导电螺线管通电，产生磁力吸引7-支撑工件，直到支撑工件脱离支撑筒，此时管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***机械结构末端的刚度消失，随着10-定位杆的逐步深入，靠8-弹簧提供调整焊枪旋转轴轴线的自由度，使10-定位杆的轴线与12-对流管的轴线重合，最终结果如图4所示，从而保证焊枪旋转轴线与对流管的轴线重合，大幅度提高焊接精度，保证焊接质量。
步骤3：如图1和图5所示，焊接结束后10-定位杆末端的胀气结构失效，8-弹簧的弹性消失，6-滑块缩短，此时15-导电螺线管断电，磁力消失，7-支撑工件伸入13-支撑筒中，最终结果如图5所示。
3个步骤为一个焊接过程中焊枪旋转轴倾角自适应调节循环，导电螺线管的通电与断电、滑架的伸长与收缩控制整个焊接过程中焊枪旋转轴倾角的自适应调节精度。

Claims (4)

1.本发明公开了一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***，它主要解决现有的焊枪旋转轴倾角调节***控制复杂，自由度数量不够，功能单一等问题；其特征是：一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***包括ELSA传感器、焊枪旋转轴倾角自适应调节机构及运动控制器；该管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***利用ELSA传感器采集管管焊接中对流管的横截面并得到截面图像的中心点O；运动控制器通过读取对流管的横截面图像的中心点信息确定对流管位置并通过焊枪旋转轴倾角自适应调节机构末端定位杆调节焊枪旋转轴的倾角。
2.根据权利要求1所述的一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***，发明了一种ELSA传感器，其特征是：该ELSA传感器主要基于视觉传感器与ELSA算法；视觉传感器用于采集管管焊接中对流管的横截面图像，ELSA算法对对流管的横截面图像信息进行图像边缘检测，将截面形状长轴与短轴的交点作为对流管横截面的中心点。
3.根据权利要求2所述的一种ELSA传感器，发明了一种ELSA算法，其特征是：该算法利用图像梯度性质，在ELSA传感器采集管管焊接中对流管的横截面图像的（x,y）位置处寻找边缘的强度和方向，建立梯度向量，分别在横向位置和纵向位置检测梯度向量变化率最大的（x，y）坐标值，分别连接横向位置和纵向位置两个梯度向量变化率最大的两个点，连线交点O的坐标为ELSA传感器采集管管焊接中对流管的横截面图像的中心位置坐标。
4.根据权利要求1所述的一种管管焊接焊枪旋转轴倾角自适应调节***，发明了一种焊枪旋转轴倾角自适应调节机构，其特征是：该焊枪旋转轴倾角自适应调节机构包括转轴、滑架、导电螺线管、支撑工件、定位杆、弹簧等部件；转轴、滑架分别用来调整焊枪旋转轴倾角自适应调节机构的旋转角度和伸出的长度；通过控制导电螺线管是否通电以及电流大小来调节导电螺线管的磁性大小；支撑工件用来提供焊接焊枪旋转轴自适应调节机构旋转过程中所需的刚度；定位杆用来确定焊枪旋转轴的倾角；弹簧用来提供焊枪旋转轴倾角自适应调节过程中所需的自由度。
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